基因药学实验技术在药剂学教学中的渗透与探索*

崔纯莹　蒋雪云　李 珊　赵 明



基因药学实验技术在药剂学教学中的渗透与探索*

崔纯莹①蒋雪云①李 珊①赵 明①

[摘要]目的：通过掌握药剂学发展的新进展，探讨基因药学实验技术在药剂教学的新思路。方法：以基因治疗为思路强化药剂学载体的设计方法，通过基因递送载体研究强化基因载体评价手段，引入基因药学实验技术。结果：熟悉siRNA加载与测定技术并依此进行新药设计，成为药学、化学、生物学和医学相关专业的学生、教师及研究人员必备的知识和技能，明确使学生掌握该知识和技能是生物学时代教学内容改革的重要任务，能够适应生物学时代药学教育教学内容的改革需求。结论：现代药剂学已进入新的发展时期，探讨基因药学在药剂学教学中的作用和应用，使新型现代药剂学的教学具有更广阔的教学内涵和外延。

[关键词]药剂学；基因药学；基因载体；实验技术

①首都医科大学化学生物学与药学院 北京 100069

崔纯莹,女,(1977-),博士，副教授。首都医科大学化学生物学与药学院，从事药剂学研究工作。

[First-author’s address]School of Chemical Biology and Pharmaceutical Sciences,Capital Medical University,Beijing 100069.

20世纪90年代以来，我国的药学教育取得了快速的发展，并与生物学、材料学、数学及化学等多学科进一步融合，发展出广阔的药学的外延领域。药剂学是研究药用剂型的基本理论、处方设计、工艺筛选、生产环境、贮存条件、体内外监测及合理应用的综合性药学学科，既具有很强的工业应用性，又具有很强的临床实践性。

为适应新药研发和临床应用的需要，药剂学已从单学科的教学拓展为多学科的联动教学，教学手段从实验室技术到生产技术，甚至规模生产，教学模型从动物水平到器官水平，甚至分子水平，预示着药剂学的教学发展正向着多层次、多角度的方向进步[1-2]。对于以药学为基础，综合医学、材料学、数学、生物、物理及化学等多学科知识的体系，医学基础知识的建立具有重要意义，对于深化药剂学的教学广度、深度均具有重要影响。

1　基因药学是生物学时代药剂学教学改革的方向

人类基因测序工作完成之后，医药领域已进入人类后基因时代，药剂学与基因的关系已进一步拉近。根据基因的作用，药剂学研究形成了两个前景明确的大方向：①以基因为靶的药剂学研究。通过药物与靶基因的相互作用来设计靶向性载体，提高药物疗效和安全性，调控药物的吸收、分布、代谢和排泄，根据个体基因特性，以及基因变异所致的患者对药物的不同应答，针对特定患者群体研发新型制剂；②以siRNA等为药的药剂学研究。在适宜运载系统的帮助下将外源siRNA导入人体，与同源mRNA结合并使之降解，从而抑制相应基因表达，即产生基因沉默效应。siRNA作为新的基因药物使治愈基因相关疾病成为可能，如治愈癌症、爱滋病、心脑血管疾病、病毒感染及代谢紊乱等遗传性疾病[3-5]。在药剂学的处方设计、检验分析及制备工艺等研究领域，特别是未来高端的药物制剂专业人才，需要具有医学的基础理论知识和较强的生物学科背景，使其在药学领域的应用中能够跟上知识的发展不断创新。

2　生物学性质的药剂学教学改革的思路与探索

2.1以基因治疗为思路 强化药剂学载体的设计方法

基因治疗作为一个崭新的治疗平台，适用于大多数疾病。早期的基因治疗研究兴趣，大都集中在以基因为靶的研究，从而引发了药物制剂的第二代、第三代靶向性制剂设计与研究。20世纪中期开始，基因替代身体、器官、组织、甚至细胞，成为药物研究的靶点，国际科学界开始注重以基因为药的药学研究，而核酸成为具有巨大潜力的革命性新药。基因治疗是将具有治疗性目的基因导入患者体内并使其有效表达从而达到治疗遗传性疾病或获得性功能缺损疾病的治疗手段。基因治疗：①可以通过阻碍或者消除病变细胞内的突变基因，来纠正遗传缺陷以达到治疗癌症、白化病、地中海贫血、肌肉萎缩症以及镰刀型贫血症等先天遗传病、或多重基因共同影响所造成的遗传疾病，例如冠状心脏疾病、高血压及中风等疾病的目的；②基因治疗也可以直接输送遗传物质至人体靶细胞，通过调控基因表达、调控蛋白表达，达到治疗遗传性疾病、心血管疾病、神经系统疾病及一些后天疾病的新型治疗手段[4-9]。

随着疾病与基因相互关系的深入研究，基因药学通过基因表达特征指导载体的个体化设计，优化基因转染率，降低治疗风险，并以此作为平台开发新型制剂，提高药物的安全性和有效性。在药剂学的载体设计教学工作中，可以尝试以抗肿瘤siRNA与载体的相互作用为示范，讲解相关文献中常用的药学、化学及生物学研究技术，以帮助学生掌握全面性的研究进展，尽快抓住国际上药剂学研究的焦点领域。

2.2通过基因递送载体研究 强化基因载体评价手段

在过去的20年间，基因输送系统的研究已经取得了很大进展。病毒在长期自然进化过程已经能够具备克服每个障碍的职能，但其潜在的致病危险，且病毒表面成分会引起人体免疫反应，限制了其基因输送的临床应用。物理方法直接导入核酸方法虽然简单可行，但输送效率低而且缺乏对特定疾病的有效策略[5-6]。合成非病毒载体系统由于其化学结构的灵活性，输送的安全性以及易于制备的特点，合理化构建的基因载体有可能实现核酸输送必须的所有功能。siRNA作为治疗药物目前可以对很多蛋白实现基因沉默而起到治疗疾病的目的。传统化学药物的靶点仅仅局限于特定的受体、离子通道和酶；生物技术药物如单克隆抗体或者细胞因子类主要是递送到细胞表面或者血液中；而siRNA药物可以将靶mRNA作为递送目标，从而实现基因调控[10-12]。siRNA在临床治疗中非常有潜力。RNA干扰作用是伴随翻译而不是转录，因此不会干扰染色体DNA，并减少了DNA基因治疗中可能产生的基因突变。同时，siRNA发挥治疗作用时是通过与mRNA相互作用，而不是蛋白，能够减少合成前可能生成的有害蛋白[13-14]。

若借助适宜的载体，一旦使得siRNA在生物体内的稳定递送及靶向性问题得以解决，其在临床的应用必将产生质的飞跃，siRNA的基因治疗将有望替代传统的治疗手段。目前，国际上对siRNA所引发的医药研究的质变认识深刻，siRNA成为国外医药领域多学科追逐的焦点，但目前国内对于siRNA技术的意义和发展前景的认识还远远不够，国内各大药学院的研究工作，特别是教学内容中涉及甚少。因此，应迅速认识到基因与药学的关联性与重要性，调整教学思路，拓展新的药剂学基础理论与技术手段。

2.3基因药学实验技术在药剂学教学改革中的应用

随着基因测序与核苷酸合成技术的突破性发展，反义寡核苷酸作为基因治疗的手段已在包括肿瘤基因治疗、病毒治疗、慢性粒细胞白血病以及慢性肝炎等多种基因治疗开展了大量的应用研究。

(1)基因药学的研究可从基因载体的设计与合成、基因运载的有效性评价两个方面入手，着眼于原创性的合成出一系列递送有效、性质稳定、质量可控及体内安全的载体材料，在多种肿瘤细胞水平、多种动物水平进行评价与筛选，将有效化合物的性质、特征及制备工艺进行汇总统计，建立系统的化合物数据库。

(2)以扫描电镜、透射电镜和共聚焦显微镜形态学观察技术解析siRNA与载体的状态与粒径，可在纳米级水平直观地观察加载siRNA的微粒形态；以差示扫描量热仪、差热分析仪能量分析测试技术对所测量体系的热焓随温度变化的特征来判别siRNA加载的真实性；以体外细胞模型进行肿瘤细胞生长抑制实验技术得到siRNA转染效率与抑制肿瘤生长的效应关系[15]。

(3)熟悉siRNA加载与测定技术并依此进行新药设计，熟练掌握siRNA载体研究的定性、定量测定技术，是药学、化学、生物学和医学相关专业的学生、教师及研究人员必备的知识和技能，及时教授学生这些知识和技能是药剂学教学改革的重要任务。

3　结语

药剂学是药学学科的重要二级学科，是药学学科中的应用性学科，对临床用药和新药研发具有重要的作用。随着医学、生物学、物理及化学等科学技术的发展，药剂学在新技术、新制剂、新材料、新制备技术、新评价方法以及新递送系统等方面都进入了一个崭新的阶段，药剂学的教学思想和教学内容应向更开阔的思路去改进[16]。

参考文献

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Penetration and application of gene technology in the teaching of pharmaceutics

/CUI Chun-ying,JIANG Xue-yun,LI Shan,et al//China Medical Equipment,2016,13(3):134-136.

[Abstract]Objective:Through the development of pharmaceutics,new progress of genetic medicine technology was explored in the pharmaceutical teaching field.Methods:In thought of gene therapy to strengthen the design of phamaceutical carrier,improve the evaluation method of carrier through gene delivery research,therefore introduce the gene pharmaceutical experiment technology.Results:Students,teachers and researchers of pharmacy,medicine,chemistry,biology should understand and master siRNA loading and measuring technology,siRNA carrier with qualitative and quantitative technology.

To make the students master the knowledge and skills of genetic medicine technology is an important task in pharmaceutical teaching content reform.Conclusions:In order to adapt to the teaching demand of chemical biology and pharmaceutical science,the application and function of the genetic medicine technology,should be elucidated clearly to help graduate students to master the research progress of the gene drug carrier as soon as possible.

[Key words]Pharmaceutics;Gene delivery;Gene carrier;Experimental technique

收稿日期：2015-11-20

作者简介

*基金项目：国家自然科学基金青年科学基金(81502688)“RGDS共价修饰的纳米金刚石：递送siRNA的新型肿瘤靶向载体研究”；北京市属高等学校高层次人才引进与培养青年拔尖人才培育计划(2013-2015)、首都医科大学自然科学基金(2015ZR15)“运载肿瘤新血管生成siRNA的“RGDS-纳米金刚石”研究”

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.040

[文章编号]1672-8270(2016)03-0134-03

[中图分类号]R91

[文献标识码]A