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建立高校生物制药人才创新培养平台的途径

2020-08-11 10:04 出处:未知 人气: 评论(0
  摘要基于当前全球生物医药行业的创新发展,探讨如何在综合性大学培养创新型生物制药人才,以适应并满足当前生物医药行业的内在创新需求。在全面分析生物医药产业的发展特点及其内在创新需求的基础上,介绍当前欧美与国内高等教育机构在改革与发展生物制药相关专业的现状,提出建立国内高校生物制药人才创新培养平台的途径和策略。
 
  关键词生物制药;人才培养;创新平台
 
  生物制药是基于现代生物学、医学、物理与化学以及药物学的基本原理与方法,综合利用生物体、生物组织、细胞或其成分来制造用于预防、诊断和治疗疾病的药物的过程与技术[1-2]。生物药物的应用可以追溯到20世纪初,从最初的动、植物活性成分分离提取到以发酵工程为基础的抗生素工业、氨基酸工业、有机酸工业、维生素工业和酶制剂工业的成熟,逐渐形成了传统生物制药科学与技术的学科基础[1]。1982年,基因工程重组人胰岛素上市标志着传统生物制药行业进入了现代生物技术制药的时代[1]。经过30年现代生物学与生物技术的快速发展,现代生物制药行业已从最初的襁褓期步入了现代化的快速成长时期。当前,药物生物技术蓬勃发展以满足医疗健康行业的创新需求,在高效蛋白质表达、生物分离技术、蛋白质工程、药物设计与筛选、疾病靶点与先导化合物发现、组合生物学与合成生物学、代谢工程、纳米生物技术、抗体工程、细胞及干细胞治疗、疾病早期发现与诊断、生物技术疫苗、再生医学与组织工程、基因治疗、智能给药、纳米医学与精准医学等领域已取得了长足的进展。以多肽药物、重组蛋白质药物、治疗性抗体、基因药物、细胞及干细胞治疗以及纳米药物等为代表的生物技术药物已被广泛应用于癌症、AIDS、心血管疾病、糖尿病、贫血、自身免疫性疾病、基因缺陷病症和遗传疾病等疾病的治疗上,其中若干生物药物更成为医药市场上的重磅型药物。生物制药技术已突破了传统化学技术制药难以逾越的瓶颈,为许多“绝症”患者带来希望[3]。基于当前全球生物医药行业的创新发展,本文的主要目的在于探讨如何在我国高等教育机构培养创新型生物制药人才,以适应并满足当前生物医药行业的内在创新需求。在全面分析生物医药产业发展特点及其内在创新需求的基础上,介绍当前欧美与国内高校在改革与发展生物制药相关专业的现状,进一步提出建立我国生物制药人才创新培养平台的途径和策略。
 
  1生物医药产业发展概况及内在创新需求
 
  生物医学的基础研究与药物生物技术应用研究的突破性进展驱动原创性生物新药的研发。近十年来,全球生物技术药物市场由此稳步增长,在肿瘤、心血管疾病、糖尿病、HIV/AIDS、免疫性疾病、感染性疾病、精神疾病以及神经性疾病等领域的创新生物药物研究非常活跃。据统计,目前已经上市的生物技术药物有1200多种,主要包括疫苗、抗体药物、细胞因子、重组蛋白类和多肽类药物[3]。此外,还有7000多种药物正处在制药公司的产品线上,许多新品种甚至是潜在重大发现型药物。仅以2013年为例,就有900多生物药物在开发中,这些药物大多靶点明确,其适应证广泛分布在不同的疾病类别中[4](见表1)。尽管近年来生物技术药物发展迅速,但在以传统化学药物占主导地位的全球医药市场上至今未能占据半壁江山。2006年,全球生物技术药物销售额为790亿美元,仅占全球医药销售额的14%;至2013年,全球生物技术药物增至1650亿美元,比例提高至22%;预计到2020年,生物技术药物将达2910亿美元,其占比将达到27%[5]。不过由于生物技术药物的作用机制与靶点明确,为许多当前无法治愈的疾病提供了可行且唯一的治疗选择,因此在单个药物品种的销售额上成为重磅炸弹型药物的比例较高。据统计,在全球销售额排名前100位药物中,生物技术药物的增长从2006年的21%增长到了2013年的45%;预计到2020年,这一比例会达到52%[6]。基于对EvaluatePharma数据库分析显示,在前20个最有价值的医药产品中,至少有一半以上来自生物技术药物,其中单克隆抗体占90%以上[3]。就中国生物技术药物市场而言,当前市场总额约为180亿元人民币,仅占全球市场总额的2%,目前仍处于起步阶段[6]。但经过30多年对发达国家药物生物技术的追赶,目前已形成较好研发基础,未来中国生物技术药物市场具有巨大发展空间。
  生物制药产业是当今医药制造业中发展最快、活力最强的领域,其在技术上表现为创新依赖、知识密集与产品多样性等特征,在投资上表现为高投入、高风险与高收益等特性[3]。一方面,由于人类对自身健康的无止境追求以及基础科学研究的突破,特别是基础生物医学的突破性进展,为生物技术药物的创新研究提供了内在的驱动力。另一方面,目前仍有许多疾病,比如肿瘤、糖尿病、心血管疾病、阿尔兹海默式症、自身免疫性疾病以及HIV/AIDS等各类感染性疾病无法治愈,甚至对许多突发性传染性疾病有时还显得无能为力,这直接决定了创新发展是研发生物技术药物的唯一路径。然而,创新药物的研发过程本身充满了不确定性和极低的成功率。据统计,平均一个创新生物药物最终被批准上市需要花费10年左右的时间以及26亿美元左右的投入;从新药发现阶段到进入临床I期试验的成功率约为12%,而进入到上市阶段只有0.02%的成功率[4]。这种不确定性和极低的成功率也决定了生物技术药物研发活动的内在创新需求。只有发现并利用全新的疾病发生与发展机制,并在此基础上设计与筛选全新的分子实体,才可能有机会治愈和控制这些疾病,最终为临床医生提供可用的治疗方法,进而为研发过程的前期高额投资获得市场的回报提供保障。实际上,发达医药市场的生物药物研发现状已较好地反映了这种创新趋势。据统计,2011年所有研发项目中,平均有70%的在研药物具有全新作用机制并属于首次研发的新分子实体(First-in-class Medicines)[4]。
 
  2生物制药相关专业在欧美高校的创新发展
 
  为了满足生物制药产业对创新人才的需求,近30年来欧美发达国家在不同的教育层次实施了有关生物制药技术的综合性教育创新。这些教育创新体现在以下几个方面:在原有药学专业或Pharm D学位项目里整合了药物生物技术课程;生物制药专业教育分散在包括生物学、化学、工程学以及医学等不同专业领域中;直接开设生物制药科学或药物生物技术等相关专业的研究生教育层次的学位项目;行业协会的药物生物技术职业培训课程作为高等教育外的重要的补充。
 
  据统计,美国有115家药学院提供Pharm D学位项目,其中有90家药学院将药物生物技术的内容整合到不同的课程中。比如生物学、微生物学、生物化学、遗传学、医疗设备、制药技术、药物化学、药理学、社会药学等课程;有22家药学院提供了独立的药物生物技术课程;有3家药学院除了将药物生物技术的内容整合到不同的课程外,还同时提供选修的药物生物技术课程。除了这些理论课程外,这些大学药学院大多都开设了实验课程以加强攻读PharmD学位学生的动手能力[7]。以欧盟的81所大学药学院为例,有49所药学院将药物生物技术的内容整合到不同的课程中;有25所大学提供了药物生物技术必修课程;以位于布鲁塞尔自由大学(Vrije University)为例,该大学提供的必修药物生物技术课程在本科阶段第三年讲授,主要包括重组DNA技术、原核与真核细胞表达系统、转基因动物、生物技术药物的生物治疗分类、生物安全与市场监管等内容。另外,9%的大学药学院除了将药物生物技术的内容整合到不同的课程外,还同时提供选修的药物生物技术课程[8]。
 
  药学专业或Pharm D学位项目的毕业生大多毕业后到药房、医院工作,只有少部分人会进入到创新药物研发的人才队伍中。因此从事创新生物药物研发的主要人才大多来自于基础自然科学、医学学科与工程学科,在欧美的教育体系中,生物学、化学、工程以及医学等不同专业领域大量引入了药物生物技术课程,这使得生物制药专业教育分散在生物技术、生物工程、化学工程、分子工程、生物医学工程、基础与临床医学各专业领域内。除此之外,近年来欧美已有不少高校直接开设生物制药科学或药物生物技术等相关专业的研究生教育层次的学位项目。比如,美国的伊利诺斯大学芝加哥分校(UIC)开设的生物制药科学(Biopharmaceutical Sciences)PhD学位项目[9];类似的还有美国的Roosevelt大学[10]以及加拿大的Uottawa大学的生物制药科学项目等[11]。从专业独立性分析角度来看,欧美的生物制药专业基本分散在不同的学科中,在传统药学教育以及基础自然科学、医学学科与工程学科等学科领域整合有大量的药物生物技术课程,以满足生物技术药物产业对于创新性人才的需求。除了少量大学开设的生物制药科学或药物生物技术专业的研究生学位项目外,生物制药科学或技术作为一个独立的专业门类在欧美国家还没有正式从其他相关学科分离出来。此外,欧美发达国家的生物制药人才培养除了大学阶段的学位教育外,还有诸多与生物制药相关的行业协会提供的学位教育之外的职业培训。例如,在美国药物科学家协会(AAPS)提供的AAPS Biotechnology 101培训课程,该课程由5个模块构成,共有25门在线课程,涉及生物药物研发的药物化学、药物制造、质量控制,临床前评价、早期临床研究、后期临床研究以及药物批准后研究等内容[12]。这些职业培训课程为各专业毕业生进入生物医药产业提供了非常全面的行业规范培训,为生物医药产业的发展起到了创新人才培养加速器的作用。
 
  3生物制药相关专业在中国的演变与沿革
 
  我国生物制药相关专业的建设可以追溯到1956年前后沈阳药学院、上海华东化工学院和南京药学院成立的抗生素本科专业与硕士研究生学位点[1]。1978年南京药学院和华东理工大学创建了生化制药本科专业,山东医科大学设立生化制药一年制进修班,同时招收微生物药学和生化药学硕士研究生。1989年微生物药学和生化药学学科合并为微生物与生化药学。1991年中国药科大学生物制药学院的微生物与生化药学学科博士学位点正式招收博士研究生标志着多层次的生物制药人才培养体系在我国基本确立。经过近30年的专业整合和发展,我国的生物制药相关专业的建设基本覆盖了中高等职业教育、本科教育以及研究生教育三个不同层次。在中高等职业教育层次,目前开设有药品生物技术、生物制药技术、生物药生产技术与生物技术制药等专业或专业方向[13],其毕业生适合在生物制药车间工作,补充了生物药物制造对生产人才的大量需求。对于本科教育层次,我国目前呈现集中与分散的双重趋势。2010年以前我国的生物制药专业教育模式与欧美国家相近,基本上是在原药学专业内整合必要的生物制药相关课程,同时生物制药专业课程也大量分散在基础自然科学、医学或工程学等专业领域内。2011年我国本科教育正式分化出了生物制药专业(专业代码083002T),该专业被认为是战略性新兴产业相关本科专业[14],位于生物工程类专业之下[13],授工学学士学位。生物制药本科专业作为一个特色专业门类,将会为我国生物医药行业所需的创新人才提供相应的教育创新培养平台。从2011年该专业首次申办到2015年,我国共有50所不同层次的大学或学院开设了生物制药的本科专业,其中专业医药院校有15所,综合性大学或学院有8所,其他类型的大学或学院(包括农业、工科、师范等)有27所(图1A);从地域分布来分析,50所开办生物制药专业的大学分布于全国17个省份(图1B)。
  生物制药本科专业创新人才的培养可以满足我国对生物制药应用型人才以及复合型人才的需求。快速发展的生物医药产业需要既懂制药工艺理论能够从事药品生产、技术革新、新产品的工艺放大和药品质量管理的应用型生物制药工程人才,又要求生物制药人具备复合型的技能,懂专业知识和药品研发与生产的同时也要懂经济规律和法律法规,对市场敏感,能够驾驭生物制药的商业运行[15]。然而,创新驱动的生物医药产业在另一方面更需要具备原创药物研发能力的高级研发型人才。生物制药专业的研究生教育保障了我国生物制药高端研发人才培养和供应。据不完全统计,目前我国能授予微生物与生化药学硕士学位与博士学位的大学或研究所至少分别有49家和15家[13]。本文的主要目的是讨论如何建立本科层次的生物制药人才创新培养平台。因此,研究生教育层次的现状将不在此赘述。
 
  4建立我国高校生物制药人才创新培养平台的途径和策略
 
  鉴于生物制药本科专业是我国为了适应目前快速发展的生物医药产业对创新人才的需求而设立的,它起源于药学专业而依附于生物工程类专业,是一类交叉并与战略性新兴产业相关的本科专业。当前开设生物制药本科专业的院校背景不同,有本身就有深厚药学教育积累的专业医药类型的院校,也有传统上以生物技术以及生物工程见长的综合性大学,还有不少其他门类的专业院校,比如农业、工科以及师范类院校。由于专业性医药院校、综合性大学以及其他门类的专业性院校办学特点的不同,决定了这三类院校的生物制药专业发展各有其特点。生物制药本科专业独立办学时间不长,虽然有一些成功的经验可资借鉴,然而大部分还是处于不断探索中。当前有不少教学研究论文都集中阐述如何建立生物制药本科专业的课程教学方法,这些论文对专业建设提出了许多有益的建议,同时又给予从业者不同程度的启发和借鉴。
 
  笔者拟从另一个角度论述生物制药本科专业建设,即综合性高校如何建立生物制药人才创新培养平台,从而满足当前我国生物医药产业对生物制药应用型人才以及复合型人才的需求,同时也为高端创新型研发人才的成长提供优化的前期教育,为这些潜在的创新型研发人才的进阶成长打下基础。鉴于生物医药行业的创新需求以及我国在生物制药人才培养的现状,本文提出以下六个方面的途径和策略:①建立以“药物生物技术”为核心内容的多学科无缝链接的理论课程体系;②贯彻GXPs的药品质量理念,建立模块化实验室实验课程教学体系;③建立校园工厂化实训基地,培养本科生GMP车间的实务操作能力;④建立生物医药创新实验室,激发本科生的生物新药研发创新能力和制药工艺创新能力;
 
  ⑤建立双师型生物制药教师人才队伍,融合生物学、药学与工程学在生物制药专业内交叉的鸿沟;⑥建立双语教学体系,培养生物制药人才国际视野。这六大策略之间的关系见图2,通过落实这些策略,以期最终建立综合性高校生物制药人才培养的创新平台和一种可持续的高校生物制药创新人才的培养模式。
  由于综合性高校的药学教育往往不及专业医药院校,在建立以“药物生物技术”为核心内容的多学科无缝链接的理论课程体系时,应充分考虑将四大药学课程(药理学、药物化学、药物分析与药剂学)作为生物制药本科生的专业基础课程。让学生牢固树立“药物”概念的同时,进一步开设生命科学的专业基础课,比如生物化学、微生物学与免疫学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、解剖生理学等。具体来说,可以在开设生命科学导论课和药学导论课后,开设生命科学专业基础课,同时平行完成四大药学课程的学习。在此基础上,再进入到专业课程学习,开设课程如基因工程制药、酶工程制药、细胞工程制药、生物技术药物、生物制药工艺学、生物药物分析、发酵工程、生物制药设备等。在教授理论课程的同时,必须合理配套实验课程。本科药学教育的显著特点之一是注重学生实验技能和实践能力的培养,生物制药本科专业更是如此。一般来说,在学生必修的专业基础课和专业课中,实验课时所占的比例要高达40%-50%[15]。因为生物制药学科的高度交叉性,为了使学生具备多学科的交叉基础,理论课程量较大,因而不能像传统学科那样每一门课程开设对应的实验课程。为了解决课时紧张的难题,应将实验课程改革为模块化的形式,在每一个模块中开设专业基础课和专业课配套的实验,同时在专业课实验中还特别要贯彻GXPs的药品质量理念。在模块化实验课程时,应该采用多种技术手段,包括先计算机辅助演示以及各种仿真软件模拟,然后再实地进行操作实验等手段来综合完善这一模块化的实验课程的教学体系。
 
  生物制药专业学生的教学实践除了实验室的实验课程教学之外,还应在生物制药厂的真实GMP环境中进行实地实践教学。建立校外实践基地是一个可行的方案,然而由于药品生产过程的复杂性和封闭性,让学生全部实地进入校外GMP生产车间进行长时间的教学实习往往不切实际。建立校内实训基地是一个较优的解决方案。校内实训基地为实践教学提供真实的GMP生产环境的,培养学生的各种单元操作的能力与经验,最终让学生形成生物制药GMP车间的实务操作能力,打造应用型生物制药本科人才。
 
  在培养应用型本科人才时,同时要让具备创新研发高端人才潜力的学生有机会参与到生物药物的研发过程中,特别是生物药物的临床前研究的各个过程中。建立生物医药创新实验室,是激发本科生的生物新药研发创新能力和制药工艺创新能力的一个有效途径。通过不同类别生物药物的研发,让学生参与到不同层次的新药研发创新项目中来,这些项目将使学生有机会接触生物药物研发的最前沿技术。例如,疾病靶点发现与药物筛选、重组多肽蛋白类药物的表达,单克隆抗体的制备、工程菌的发酵工艺、生物药物制剂学研究、生物药物分析以及质量控制等研究工作,让学生逐步形成生物新药研发创新能力和制药工艺创新能力。通过这种生物医药创新实验室的培训,将会为有潜力的学生成长为高端创新型研发人才奠定基础。
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