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  卓越学科领域计划:分子科技研究院研究成果摘要

  卓越学科领域计划:分子神经科学:基础研究与新药开发



分子科技研究院(下称本项目)是在香港特别行政区大学教育资助委员会辖下的卓越学科领域计划资助下成立。以下的成果显示,本项目成功令香港在药物开发和合成方面成为杰出的研究中心。

确认金属类抗癌先导药物
本项目令香港成为国际知名的金属类药物研究中心。本项目建立了一个金属化合物库,包含了多种具有确切抗癌活性的金、钌、铂和铑的化合物。其中,由本项目开发的抗癌金化合物gold-1a,gold-2a和gold-3d在动物体内表现出良好的抗癌活性,效力甚至胜于现时临床使用的顺铂(cisplatin),更可成功杀死有抗药性的癌细胞。Gold-2a对动物体内植入的乳癌细胞生长有显著的抑制作用,同时又无明显的毒副作用。Gold-3d对祼鼠和大鼠体内植入的肝癌和鼻咽癌模型有明显的抗癌活性。Gold-3d在 进行临床前的药理安全评估中,包括急性毒性和基因毒性的评估,都得到了令人满意的结果。通过使用计算、转录组学和蛋白质组学技术,找到了这些金类抗癌先导药物的潜在分子标靶,包括拓朴异构酶(topoisomerases),蛋白酶体(proteasome),去泛素化酶(deubiquitinating enzymes),HDAC,Bcl-2,Wnt,TrxR和Fas等。两所国际制药公司,法国的施维亚制药(Servier)和台湾的葛迪夫生物科技(Goldebv Biotech),已经答应共同开发或提供赞助开发上述的金类抗癌先导药物。本项目所开发的金属类药物已分别获得三项美国专利(美国专利及商标局颁发),和一项台湾专利(台湾智慧财产局颁发)。本项目无机药物的研究成果令本地的大专院校开始关注此领域,并激发了有关的科研人员对无机药物研究的兴趣。

天然产物的化学和生物学研究
以分子对接方法(molecular docking)快速虚拟筛选(high-throughput virtual screening),并辅以生物化学实验确证,本项目成功确认以TNF-α作为标靶的天然产物。几种由草药萃取的生物活性的皂甙,对癌细胞呈细胞毒性。通过蛋白质组学和细胞实验,研究人员发现这些生物活性的皂甙通过线粒体途径触发细胞凋亡。Timosaponin AIII则是一种有效的细胞自噬活化剂。体外实验显示,新型的生物碱类化合物(cantharimide and phthalimide)和它们的手性衍生物对人类癌细胞株呈细胞毒性。研究人员已和国际知名的礼来制药公司(Eli Lilly)建立合作计划,共同开发上述的先导化合物作为新型的抗癌药物。另外,一种可以令造骨细胞再生的化合物已获得一项美国专利。此外,多种有生物活性的天然产物,包括pseudolaric acids,(±)-pallavicinolide和plakortone B的非对映异构体,的全合成研究均已完成。

基于新型有机及无机发光化合物所开发的生物传感和分子造影技术
本项目开发了一系列磷光类的金属配合物,可以对细胞内的生物硫醇、蛋白质和脱氧核醣核酸作高选择性和高灵敏度的造影。代表性的例子包括用于电泳凝胶内可作特定和灵敏探测TopoI-DNA复合物的发光铂(II)配合物、用于特定探测G-quadruplex DNA的发光探针和可以探测低至1.5纳克蛋白质的开动式发光探针(使用环状金属铂(II)配合物和环状金属铱(III)配合物)。另外,研究人员也开发出一款用于快速和灵敏筛选抗生素的新式萤光beta-lactamase生物传感器,此项研究成果已获得了一项美国专利。此外,本项目也建立了一个可供生物组织切片作生物化合物造影分析的质谱造影平台。该平台已被应用于动物组织的代谢物造影分析和药材组织的植物化合物造影分析。

先进的合成方法
本项目开发了一系列新型和高效的金属催化有机反应,包括钌类、金类、铁类和钯类的催化反应。这些催化反应可以用于合成多种不同的有机化合物。另外,研究人员应用对映选择性的羟醛缩合反应制备出“特敏福”(Tamiflu)的基本分子架构。两项合成技术“Diastereoselective Epoxidation of Allylically Substituted Alkenes Using Metalloporphyrin Catalysts”和“Ligand for Transition Metals and Their Method of Uses”都获得了美国专利。此外,本项目也开发了绿色氧化技术,以空气或过氧化氢作为起始氧化剂,生物相容和便宜的铁为催化剂,成功催化了各种有机转化反应,包括烷烃的羟基化、烯烃的环氧化、叔胺的去甲基化和叔胺的氧化碳-碳键交叉偶联反应。应用本项目所开发的催化反应,可获得香港独有及具有生物活性的有机化合物,并丰富香港用于药物开发的化合物库。
 
为香港设立全面的药物开发和合成基础研究设施
本项目为香港建立了独特的化合物库,其中的化合物的结构都能被恰当修改以配合药物开发和研究。本项目促使了两个国家重点实验室,即合成化学国家重点实验室和手性科学国家重点实验室的成立。这两个实验室能令香港的合成化学持续发展,并长期支援香港的药物研究。另外,香港大学已于新落成的人类研究中心中拨出600平方米的实验室以支援药物开发和化学生物学的研究。本项目建立了电脑辅助药物设计平台,既可以促进候选药物的快速虚拟筛选,又可以在更合乎成本效益的条件下有效地优化候选药物与细胞分子标靶之间的结合。此外,本项目也建立了一些快速筛选系统以支持化学生物学的研究,包括多样式酶标仪工作站、高磁场600MHz核磁共振仪和高效串联质谱仪设备。本项目培育了不少在药物开发拥有互补专长的年轻研究人员,他们在合成化学、化学生物学、分子生物学、植物化学和生物信息学各有所长。其中一些人员已在本港或邻近地区的大专学校担任教职,例如中国的暨南大学、新加坡的南洋理工大学和澳门大学等。这些有志从事药物研究的年轻科研人员将会继续推动香港在药物开发和合成方面的未来发展。

支志明教授在研资局与香港科学馆合办的公众讲座上发表“化学生物学:金类抗癌药物和中药”,介绍药物开发及合成分子技术研究院的工作和研究成果。

国际肯定的科研成果
于2001至2011期间,本项目共发表了724份研究报告,整体引用次数超过10,000次。研究报告范畴包括合成化学、无机医药、天然产物、及生物传感和分子造影技术。研究报告发表于多份经同侪评审的国际知名学术期刊,包括Accounts of Chemical Research, Angewandte Chemie International Edition, Chemical Society Reviews,Journal of the American Chemical Society,Journal of the National Cancer Institute,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America。此外, 本项目的部份研究人员也获得了一些著名的奖项,包括Edward Clark Lee Lectureship at the University of Chicago,Seaborg Lectureship at University of California, Berkeley,Keynote Lecture in Dalton Discussion 10: Applications of Metals in Medicine and Healthcare (Durham),1st Class National Science Award of China,TWAS Prize in Chemistry,Pfizer Lectureship,Gold Medal in the Fifth China International Invention Expo,Federation of Asian Chemical Societies (FACS) Foundation Lectureship Award,和Croucher Senior Research Fellowship。另外,本项目的部份研究人员也获邀担任多份国际学术期刊的编委成员。除了来自卓越学科领域计划的资助外,本项目的研究成果还获得其 他合共柒千伍百万港元以上的资助,包括特别设备补助金、协作研究金和创新及科技基金。

对香港未来药物研究的影响
分子科技研究院是本港首个同类型的大型联合研究项目。它成功地凝聚了本港不同大专院校的研究专长,奋斗于同一个研究主题—药物研究。本项目提升了本地院校之间和学科之间在药物研究的合作和知识交流。此外,本项目也和不少海外著名大专院校和研究所建立了合作关系。通过本项目建立的基础研究设施和培养的人材,香港的药物研究在未来将得以持续发展。继续开发本项目所研发的先导化合物将可以推动本港的生物科技和制药工业的发展。事实上,已有一所国际知名的制药公司和本项目签署了协议,其将会全力赞助一种由本项目的研究成果所衍生的新药物的开发。


项目统筹者:
支志明教授
香港大学

 

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