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中國藥科大學(xué)劉嘉莉教授:全力奔赴藥代動力學(xué)的無限未來
中國的科技進步正令世界矚目。二月中旬,,全球影響力刊物《經(jīng)濟學(xué)人》在其網(wǎng)站刊登了《不僅是人工智能(AI),,中國的醫(yī)藥也讓世界感到驚訝》一文并概括到,對照更低價,、更快速的藥物發(fā)現(xiàn)實力,,中國藥企正位居前列,。在舉國努力提升科技實力、著力打造“新質(zhì)生產(chǎn)力”時,,國家領(lǐng)導(dǎo)層也一直在強調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)研究的作用與價值,。若細談近期這些科技成就,扎實的基礎(chǔ)研究必有貢獻,。
推動藥物發(fā)現(xiàn)取得突破,,藥物代謝動力學(xué)(簡稱“藥代動力學(xué)”)具有不可替代的作用。通過研究機體對藥物處置的動態(tài)變化,,藥代動力學(xué)旨在優(yōu)化藥物的吸收,、分布、代謝和排泄過程(ADME)來提高藥物療效和安全性,,是貫穿整個藥物開發(fā)過程中的一個非常重要的環(huán)節(jié),。在臨床應(yīng)用角度上,藥代動力學(xué)不僅能夠支持臨床合理用藥,,還有助于實現(xiàn)個體化用藥,,優(yōu)化治療方案從而推進治療效果。
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“江山代有才人出”,,如今大批有為的青年科學(xué)家投身藥代動力學(xué)研究,,劉嘉莉教授就是其中一位。她師從王廣基院士,,現(xiàn)任中國藥科大學(xué)藥動學(xué)重點實驗室特聘研究員及博士生導(dǎo)師,。自 08 年高考錄取后,她就在這所學(xué)府扎下了根,,滿腔熱忱投入到專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)與研究中,。在最近的一次拜訪中,我們從她的研究課題成果出發(fā),,探尋了藥代動力學(xué)的現(xiàn)狀和前景,,以及她研習(xí)多年的心得沉淀。

圖 1. 劉嘉莉教授
與學(xué)科共同進步
藥代動力學(xué)自身涵蓋寬泛,,在王廣基院士的鼓舞與輔導(dǎo)下,,劉嘉莉教授的應(yīng)用課題開始傾向下游應(yīng)用領(lǐng)域,以推進成果盡快轉(zhuǎn)化?,F(xiàn)在她正聚焦兩個細分方向的研究,,即藥物組織時空命運及調(diào)控,以及內(nèi)源性代謝靶標(biāo)發(fā)現(xiàn),。前者通過建立體外組織類器官,,融合多種成像技術(shù)、數(shù)學(xué)模型和計算機智能擬合,定量化評價小分子藥物,、納米制劑,、抗體藥物偶聯(lián)物、間充質(zhì)干細胞等多類型藥物在疾病治療靶組織內(nèi)的時空命運,,并基于動力學(xué)行為發(fā)現(xiàn)優(yōu)化靶標(biāo)和調(diào)控策略,;后者則從代謝酶類的角度出發(fā),調(diào)控糖代謝以及蛋白的糖基化,,為疾病的治療尋找內(nèi)源性代謝靶標(biāo),,也可以幫助實現(xiàn)抗腫瘤免疫調(diào)控。
現(xiàn)今,,類器官/器官芯片已經(jīng)成為醫(yī)藥研究領(lǐng)域不可或缺的平臺,,劉嘉莉教授在研究中也引入了類器官模型。她頗為贊賞類器官在藥物代謝和藥效評價的作用,,總結(jié)它的優(yōu)勢就是“類器官能夠有效地橋聯(lián)體外模型與在體模型”,。由于類器官跟體外模型一樣具備高重復(fù)度性,同時又能高度模擬在體動物的組織結(jié)構(gòu)和生理功能,,因此,,類器官模型和器官芯片為研究藥物組織時空命運和調(diào)控方面提供了更為理想的體外模型,相比于傳統(tǒng)的細胞模型而言具有更高的生理相關(guān)性和準(zhǔn)確性,,同時增加了空間信息這一重要維度,。

圖 2. 劉嘉莉教授(中)指導(dǎo)團隊實驗進展
隨著時代的變遷,人們對健康的認知不斷深化,,技術(shù)的發(fā)展更是推動了專業(yè)的基礎(chǔ)研究持續(xù)突破,,進而促使藥代動力學(xué)研究也呈現(xiàn)出螺旋式上升的發(fā)展態(tài)勢。受益于良師的指導(dǎo)與自己的學(xué)習(xí)吸收能力,,劉嘉莉教授的研究水平也在與學(xué)科一同前進,。近期,她與南京醫(yī)科大學(xué)孫鵬教授合作的一則研究成果發(fā)表在了 Advanced Science 上,,表明 BBR(苯溴馬隆,,Benzbromarone, BBR)誘導(dǎo)的藥物肝毒性(Drug-induced liver injury, DILI)可能具有肥胖特異性,會加重肥胖個體的脂肪肝變性和肝損傷,,這個研究成果對 BBR 臨床用藥和相關(guān)藥物開發(fā)具有指導(dǎo)意義,。
與技術(shù)工具相得益彰
先進的分析技術(shù)與儀器設(shè)備是當(dāng)今科學(xué)實驗室不可或缺的研究工具,安捷倫的細胞分析系統(tǒng)平臺有幸陪伴了劉嘉莉教授多年,。她回憶道,,剛邁入大學(xué)時,她就接觸到了安捷倫 BioTek Cytation 細胞成像多功能孔板檢測系統(tǒng),,并為它集多種功能于一體的優(yōu)勢感到震撼。目前,,她的實驗室正在使用安捷倫 Lionheart FX 全自動智能成像分析系統(tǒng)與 BioTek Synergy H1 多功能酶標(biāo)儀,。她尤其對 Lionheart FX 印象頗深,,認為這臺設(shè)備帶給她非常大的便利。
我記得特別清楚,,最早我在做類器官實驗的時候還沒有 Lionheart FX,,那時針對每個類器官,我們都要在顯微鏡下逐個拍,,然后自己逐個分析,。后來我們安裝了 Lionheart FX,它可以固定參數(shù)然后一次性分析(多個甚至是整板的類器官樣品),,為我們節(jié)省了大量時間,。
——劉嘉莉教授
圖 3. 入駐劉嘉莉教授實驗室的安捷倫 Lionheart FX 全自動智能成像分析系統(tǒng)(左)與 BioTek Synergy H1 多功能酶標(biāo)儀
劉嘉莉教授以及她帶領(lǐng)的年輕的團隊成員接受與學(xué)習(xí)新鮮事物飛快,她們已經(jīng)開始借助 AI 進行代碼修改,,通過自主開發(fā)的數(shù)字模型與計算擬合開展生物信息學(xué)分析,。智能化檢測與分析設(shè)備在 AI 和計算機技術(shù)的加持下,極大地提升了海量生物學(xué)樣本的處理效率,。

圖 4. 劉嘉莉教授(左四)與研究團隊合影
通過這次充分的交流,,我們都認可一點:劉嘉莉教授團隊為代表的藥代動力學(xué)研究不僅推動了新技術(shù)(高通量篩選、代謝組學(xué),、計算機模擬等)在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用,,也進一步促進了多學(xué)科的交叉融合。這種交叉融合和新技術(shù)的使用切實地為加速新藥開發(fā)和發(fā)展精準(zhǔn)醫(yī)療提供了強大的助推力,。
研以致用
提到成果轉(zhuǎn)化,,劉嘉莉教授印象深刻的是這樣一個案例——她與南京市胸科醫(yī)院方申存主任合作,對方提出非小細胞肺癌患者使用靶向藥物的時候容易產(chǎn)生耐藥,,希望嘗試通過藥代動力學(xué)找到解決方法,。通過研究,團隊發(fā)現(xiàn)將靶向藥物與另外一種化療藥合用,,且在給藥時注意先后順序以及時間間隔,,可有效克服靶向藥物的耐受。這個新的用藥方案如今已被胸科醫(yī)院應(yīng)用于臨床,。
久久為功 奔赴未來
談及投身研學(xué)多年以來的心得,,劉嘉莉教授無用多想就給了我們答案,頗感意外之余,,能看出這些心得已經(jīng)化作她自己的一部分,,時時對照,時時鞭策,。她談到,,每當(dāng)她在實驗室時,總會看到王院士親題在墻上的科研箴言:“成功來自于嚴(yán)格的自我管理和毅力”。多年的科研工作讓她越來越領(lǐng)會到這句話的意義——科研工作的精髓在于持續(xù)專注與凝心聚力,,既要保持“板凳要坐十年冷”的定力,,也要掌握張弛有度的自我調(diào)節(jié)藝術(shù),在攻堅克難中發(fā)現(xiàn)科學(xué)探索的樂趣,。
最后,,在對未來的研究工作做出展望時,劉嘉莉教授希望能夠?qū)W⒆约旱难芯糠较?,在?nèi)源性代謝酶類靶標(biāo)發(fā)現(xiàn),、新策略開發(fā)與應(yīng)用方面有更加深入的探索。同時,,劉教授歡迎大家報考她的研究生,,期待更多內(nèi)驅(qū)力強,科研勤奮有創(chuàng)造力,,愛玩愛笑愛交流的小太陽一起交流,、合作