基于复合型人才培养的药物设计教学研究

【摘 要】伴随着互联网发展带来的信息量的飞速增加，药物设计已经逐渐经成为包含生物化学、分子生物学、药物化学、基因组学及信息化学等多种学科的复杂体系。结合当前大数据的时代背景，为了培养复合型药物设计方面的人才，从教学内容、教学模式和教学手段三个方面对药物设计学课程进行探索和实践。

【关键词】信息技术 药物设计 复合型人才 教学研究

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2015）33-0032-02

互联网又称为因特网（Internet），是通过公用语言交互通信的计算机连接而成的全球网络，伴随着广播、电视、卫星通信等技术手段构成的现代通信和传播技术的发展，使得信息从采集的数量、传播的速度和规模方面都迅猛增加。正如全球知名咨询公司麦肯锡指出的：“数据，已经渗透到当今每一个行业和业务职能领域，成为重要的生产因素。人们对于海量数据的挖掘和运用，预示着新一波生产率增长和消费者盈余浪潮的到来”，我们已经进入了“大数据”时代。此外，在生物医学领域，2000年6月26日，号称“生命登月计划”的人类基因组计划取得了突破性进展，美、英、日、法、德、中6个国家16个研究中心联合绘制的人类基因组草图画好了，这注定是生命科学一个重要的里程碑，从此人类从基因组时代进入后基因组时代。后基因组时代将采用一系列前沿技术，主要研究功能基因组，从而使生物工程技术在医药和农业等相关领域广泛运用，造福全人类。2015年1月20日，美国总统奥巴马在国情咨文中提出“精准医学计划（Precision medicine）”，精准医学计划是以个体化医疗为基础，伴随着基因组测序计划迅猛发展及生物信息与大数据科学交叉应用而发展起来的新型医学概念和医疗模式。在这种时代背景下，社会更加迫切需要熟练掌握生物医药、计算机技术和数据处理等方面的复合型人才。

药物设计学是近年发展起来的与药物化学紧密相关的新兴学科，它将生命科学和计算机科学领域的最新技术融入到创新药物的研制过程中，改变了传统盲目的药物研究历史。这门交叉学科是以化学生物学为主线，内容涵盖了生命科学、化学、医学和计算机科学的最新研究成果。在当前时代背景下，重点从教学内容、教学实践和教学方法上对药物设计课程进行改革，力争进一步提升新药研发的复合型人才的培养。

一 教学内容的改革

经典的药物设计内容是基于“一个基因、一种药物、一种疾病”的传统药物发现模式，它是以追求高活性和高选择性配体为目标，主要由先导化合物的发现和优化两个部分组成。合理药物设计取得重大突破的重要原因之一就是计算机辅助药物设计方法的发展，因此在以前的讲学过程中将计算机辅助药物设计从先导化合物发现中单独出来进行了专门讲述，获得了较好的讲课效果。

基于靶点的药物设计，是采用分子生物学，尤其是基因组学和蛋白质组学为药物研究提供新的靶标，虽然目前基因组及蛋白质组的研究提供药物靶标的数目不多，但伴随着基因组和蛋白质组的发展，药物靶标的数目将会显著增加，合理药物靶标的选取直接决定了药物开发的成败。基于结构的药物设计，包括基于靶点结构的药物设计、基于配体结构的药物设计和结构与活性构效关系研究，它是合理药物设计的主要内容。药物研发是一个多学科交叉、长周期、高投入的系统工程，伴随着多种新方法的出现和计算机技术的快速发展，计算机辅助药物设计已经广泛应用到药物研发的多个阶段中，它可以有效缩短药物开发的周期，提高药物开发的效率。系统药物设计，是通过整合药物化学、生物信息学和计

算机科学等多种学科技术，利用实验数据建立计算机模型，识别药物分子在有机体中的复杂行为和作用网络，力争发现高效、低毒的药物分子。统计数据显示候选药物中有1/3到1/2因为药代动力学特性或安全因素被淘汰，这是由生物系统和药物体内行为及作用模式的复杂性决定的，药物在体内行为包括吸收、分布、代谢、清除和毒性等，称为ADMET性质和药物―靶标相互作用谱，需要基于系统的方法论，建立药物―靶标相互作用预测网络，推动系统药物设计的发展和应用。

药物研究已经进入了自主创新的时代，因此在药物设计课程内容的学习中，一方面要将新药研究的创新思维、研究方法及成功案例贯穿于教学过程中，通过科研成果与教学内容有机结合，着重培养从事药物研发的复合型人才；另一方面将传统药物设计理论与当代药物研究最新进展相结合，学生可以更好地掌握药物设计的整体流程，深入理解药物靶点发现、先到化合物优化和改造策略，为以后从事医药相关领域的工作打下坚实的基础。

二 教学模式的改革

药物设计课程基于生物化学、药物化学、化学信息学、基因组学、蛋白质组学和计算化学等学科的研究成果，针对与疾病相关的药物靶点，参考其他类源性配体或天然产物底物的化学结构特征，并充分考虑生物系统和药物体内行为及作用模式的复杂性，设计出合理的药物分子。在教学过程中，为了加深对药物设计学基本理论和基本知识的理解，在教学过程中引入国际制药业巨头最新的药物设计案例并且制订了计算机药物设计的实验课程，力争在培养学生操作技能的同时，提高在实际工作中独立分析问题和解决问题的能力。传统的药物设计课程，是教师基于教材内容在课堂上单纯地进行讲述，这种教学模式是以教师为中心、以传授知识为目的，形成了教师单向灌输、学生被动接受的局面，忽略了对学生创新能力的培养，侧重于对学生知识的记忆存储，而没有重视学生综合素质和创新能力的培养。此外，由于课本内容多不具有时效性，使得学生感觉课本内容不能很好地与当今医药发展前沿相一致，从而降低了对所学知识的兴趣，因此在讲述教材的同时，通过对外文文献的广泛阅读，追踪当今国际医药行业巨头，如辉瑞、礼来、默克、拜耳等最新的药物研发进程，这样一方面可以提高学生对所学知识的兴趣，深入理解所学教材与现代医药发展的密切关系，另一方面可以了解当今医药的最新进展，为日后投入到医药相关行业打下基础。此外，根据药物设计课程的特点和存在的问题，从强化学生基本操作的角度出发，设计了计算机辅助药物设计实验课程，这样有助于加深学生对教材中所学知识的理解和掌握。传统的实验教学是以验证性实验为主，这样可以提高学生的实验操作技能，但缺乏激励学生创新的能力，因此在实验课中除了介绍基本的药物设计操作，还通过开设综合性、设计性实验，对有关实验课程内容进行优化，将过去的验证实验改为创新实验，鼓励学生通过自主学习去解决实验设计中遇到的问题，强化科研成果反哺教学，努力将科学研究和人才培养进行有机结合。

三 教学手段的改革

教学手段是师生相互传递教学信息的工具、媒体或设备。教学手段主要经历了口头语言、文字和书籍、印刷教材、电子试听设备和多媒体网络技术等五个使用手段。现代化的多媒体教学手段，可以将声音、图像、视频和文字等媒体融为一体，更加形象、直观地展示教学内容。因此，在实际教学过程中，根据教学目的和要求，积极开展多媒体教学课件的制作，例如采用计算机辅助药物设计软件，将蛋白与蛋白之间及蛋白与药物分子之间三维空间结构的动态变化制作成动画，参考最新药物研发的进展；将FDA新批准药物实体的立体化学结构及其与靶标蛋白的相互作用制作成三维图像；将药物在体内的代谢途径及药物―靶标之间作用网络制作成图像。通过这些图像的介绍，可以引起学生学习的兴趣，集中学生的注意力，更加生动、形象、直观地向学生展示教学内容，提高教学效率。除了单纯地讲授内容，还引入讨论法，根据教学要求向学生提出问题，通过这种方法激发学生的思维，调动学生的积极性，引导学生巩固学到的知识。此外为了让学生养成良好的自主学习的习惯，在教学过程中，一方面指导学生阅读药物设计、药物化学相关的教科书、参考书，这样有助于学生自己去领会、消化所学知识并且扩大知识面；另一方面指定课本中一部分内容，分给学生讲述，这样能够督促学生自主学习，进一步巩固所学习的内容。

在大数据的时代背景下，不同学科之间的交叉、融合越来越频繁，学校教学质量的高低和教学改革的成功与否，很大程度上取决于教师队伍的素质和积极性的发挥。药物设计课程作为药学教育的重要课程，从新药设计的基本理论和基本方法入手，系统介绍近年来药物发现的新技术和新领域，因此教师应该积极改革陈旧的教学内容、教学体系和教学方法，力争培养符合新世纪要求的新药研发复合型人才。

参考文献

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