诺奖得主Karl Barry Sharpless:生物医药与分子化学的融合带来创新改变

柚子 · 2019-10-30
相关科目之间的融合正在不断地进行,就像太阳系氢的由核聚变的反应一样。

点击化学的概念作为化学合成领域最吸引人的合成理念之一,主旨是通过小单元的拼接,来快速可靠地完成形形色色分子的化学合成。它尤其强调开辟以碳-杂原子键(C-X-C)合成为基础的组合化学新方法,并借助这些反应(点击反应)来简单高效地获得分子多样性。

自2001年这个合成概念被引入,就广泛应用于药物开发和生物医用材料等诸多领域。概念提出者Karl Barry Sharpless(巴瑞·夏普莱斯)在10月30日举行的2019全球硬科技大会上,发表了主题为《点击化学应用与前景》的主题演讲。

以下是Karl Barry Sharpless的演讲译文(有适当删减):

大家好,非常荣幸能来参加2019全球硬科技大会。

刚才姚院士提到了很多在高校,在西安落地的合作。其实我也经常会去上海,和上海的朋友也进行了一些交流。差不多一年半或者两年以前我们发现人工智能逐渐成为了热点话题,昨天和姚院士在圆桌讨论的时候谈到的一些问题,都让我印象非常深刻。对我来说,我们知道计算能大幅提高生产力,我们现在也在思考如何通过计算、通过不同的算法能够不断提升产业的效率。所以刚才姚院士在演讲中所提到的东西让我感到非常振奋,现在我觉得,一旦你了解并掌握了计算机性能,就好象就打开一扇新的大门。

正是因为计算机科学,在产业化的过程中,我们可以看到更多无限的可能性,也可以看到很多商机。

现在,我们也在不断去探索物理或者基础科学如何能更好地进行商业化应用:比如说太阳里面进行的核聚变,给我们带来了大量的能源供给。我们现在有足够的这个化学物质,所以在物理学和化学元素的助力下建立了元素周期表,比如说氮、氢、氧是生物体组成的重要的元素。

进入到今天的正题。我们知道的都是我们在学校里学到的,但是从教授、老师那里所学到的是远远不够的,因为知识一直都在变化。以前这些科目是独立的在进步、演进的,比如生物学、物理化学都是独立的学科,而我们现在看到越来越多的科目正在融合,人们都说人工智能能够模拟人类,很多人都觉得这不可思议,但我现在在化学的研究当中,努力让生物、医学能够融合在一起,我相信这个融合能为人类带来更多好处。

我想说的一点是,在人的认知系统当中,现在已经无法把这些科目割裂开来看,现在所有的科目都是融合在一起的。化学研究的应用场景很多,但最重要的是必须对化学有兴趣。

在这个地球上所有的生命都依靠这么一种机制,我认为总体上来说这是一种非常强大的力量,很多东西并不能用规则解释,很多东西是无序、无规则的,如果我们要研究规则的话,会越来越多地陷入到泥潭当中。当有一个反应物或者是结果,我们测试一个纯的反应物是没有意义的,我们需要进行一些实质性的研究,比如说“在一个生命体当中细胞是怎么运作的”,这就是为什么我认为系统性的研究非常重要。

计算科学和我所从事的工作之间有很大关联,也有很高的相似性。我有一个科学家朋友,他说如果你有一个好的想法的话,你就必须得想办法把它们表达出来。我们都愿意做出一些新的贡献,但是我们都必须要进行这样系统性的研究,否则很难再向前迈步。

我之所以把它命名为点击化学,是因为大家把这个插上的话,就会发出“啪嗒”一声。自从2002年以来,我发现了一系列类似的反应,它的反应完成度可以达到99.99%,所有的这些反应应该说是最终的反应,没有其它反应的完成度可以达到这么高,比如有一些反应几乎是没有办法逆转的,或者是制止的。

中国如何受益于点击化学?上海市在这方面做了很多研究,比如癌症筛查、新药研究等等,他们可能在一个小时之内就能制备出五千多种化合物,这对中国来说是非常大的机会。换言之,可以研发一些大众都能够负担得起的新药,并且还要提高对于微生物耐药性的研究。

其次是新型材料,在聚合方面我没有太多经验,但这确实是非常重要的领域。这是关于CuAAC和SuFEx的研究,是阻挡耐药性的一种机制。

我们几周前在《自然》上面发表了一篇文章,就是点击化学对于医药领域的贡献。通过所谓完美的化学反应来制备这个药物,使用功能性筛选来建立化学合成物。比如把盐和反应物放到水当中,它们就可以自发的进行反应,而且产率非常高,有的时候甚至是一对一的反应,氟磺酰叠氮的产率能达到90%左右。

我们不可能实现百分之百的完美,但是我们会不断努力,尤其在一个复杂的体系和系统当中去不断改善,降低整个体系的熵值。我们有5千多种叠氮的分子库,这是一种非常好的反应物。

在中国山东,我们发现了一种新的气体,是我和中山大学李教授一起研究发现的一种化合物——硫酰胺分子。这也是在水界情况下发生的一种化学反应,而且不可逆,但是对于生物体来说,所有的反应都应该是可逆的,否则会无限增加,导致无序。这种比较简单的分子变化,通过点击化学就能来确保这些技术的细节。比如一夜之间,在96孔的板上,用市面上可售的胺类构建并且制备了162个类似物,其中包括140个非对应异构体,在几个周期替代反应之后,最后得到了一个非建异构体混合物,它的纯度比原先高了333倍,这是一个非常大的成就。这不是一种聚合物,这是一个永久性的、不可逆的反应,就是刚才提到的612个类似物。

接下来是关于癌症、抗癌药物的一些研究。Fulvestrant是唯一目前受标记的,这也是目前最好治疗乳腺癌的药物,我们这个药在生物体的新陈代谢的过程当中,确保药物的稳定性,但是这种药目前无法进行口服,这就是一个非常好的研究方向;熏蒸剂可以利用挥发产生的蒸气毒杀有害生物,每天有上千吨化学物质进入到我们的大气当中,这种化合物是无形的,但是它能够引起温室效应,所以我们通过其它的反应,来制备一种新的化合物,原先的化合物即便在300摄氏度以上都能够保持化学稳定性,而现在我们发现了硫酰胺化合物能够在100摄氏度在氯气和二氧化硫当中达到一个化学平衡,包括通过这些聚合物,我们可以在水和胺的环境下制备安全玻璃,它可以做眼镜的树脂镜片,强度更大、拉伸磨量更高,趋附耐力更好,更重要的是它和胺、水不发生化学反应,而且它具备防弹特性。

最后,为什么中国现在是一个令人激动的地方,因为不仅仅是化学,中国可能在所有的领域都是领先的。像美国、欧洲,他们可能在一些方向领先,但是他们变革的速度却不够快,在生物医药或分子化学等方面,我们看到相关科目之间的融合正在不断地进行,就像太阳系氢的由核聚变的反应一样。

最后再次感谢大家!

+1
0

好文章,需要你的鼓励

参与评论
登录后才能参与讨论哦...
后参与讨论
提交评论0/1000

请回复有价值的信息,无意义的评论将很快被删除,账号将被禁止发言。

那条河为什么跨不过去
柚子编辑

那条河为什么跨不过去

文章提及的项目

普莱斯

下一篇

2019年硬科技大会上,图灵奖得主、中国科学院院士、清华大学交叉信息研究院院长姚期智作了题为《人工智能的硬科技》演讲。

2019-10-30

36氪APP让一部分人先看到未来
36氪
鲸准
氪空间

为你推送和解读最前沿、最有料的科技创投资讯

一级市场金融信息和系统服务提供商

聚集全球最优秀的创业者,项目融资率接近97%,领跑行业