《科技创新与品牌》杂志社人物志

刘家健—抗生素研发排头兵

  

  刘家健,1943年出生,成都人,成都大学四川抗菌素工业研究所研究员、首席专家,全国医药系统劳动模范,1992年起享受国务院政府特殊津贴。多年从事以抗生素为原料的药物合成研究及产业化开发、推广,为国家的医药研发事业做出了突出的贡献。曾兼任国家医药局及四川医卫系统高职评审委委员、国家和四川新药评审委员、四川专家评议(审)委及四川科技进步奖专委会成员。《中国抗生素杂志》编委、常务编委,成都药学会抗生素专委会常务理事、主任委员。

  1928年,英国细菌学家弗莱明在培养皿中发现了一种能够抑制葡萄球菌生长的化学物质,并将其命名为青霉素。
  1941年前后,英国牛津大学病理学家霍华德•弗洛里与生物化学家钱恩实现了对青霉素的分离与纯化,并发现其对细菌感染患者的惊人疗效。
  这是人类历史上第一种抗生素,从此,人类不再对细菌感染引发的疾病束手无策,堪称划时代的节点。此后,随着抗生素家族的不断壮大,越来越多原本可怕的疾病,特别是感染类疾病逐渐失去了对人类的威胁。
  如今,抗生素广泛应用于人类感染性疾病的控制及家禽、家畜、作物等病害的防治,但它救苦救难的能力却已悄然下降,究其根本,要归因于抗生素的不合理使用,即抗生素滥用。
  正常来讲,每一种抗生素的使用,都会因病原菌产生耐药性而在一段时间后逐渐失去原有效力。正是抗生素的滥用,鼓励了耐药菌的增长,加速了这一进程,甚至导致超级细菌的出现。
  正在我们眼前上演的,就是这样一场战役—一方是抗生素全民式滥用催生的抗药性越来越强的病菌,一方是需要十几年甚至更长时间才能完成研发的新药。两方角力,向抗生素工业研究者提出了严峻的挑战。
  中国成都,在成都大学四川抗菌素工业研究所,有一群长期致力于抗生素研发及其工业化生产实施的专业团队人才。近50年来,他们为新中国抗生素事业的发展做出了不可磨灭的贡献,该所首席科学家刘家健研究员就是其中的优秀代表。

研究所活动

  刘家健1967年毕业于四川大学化学系有机专业,1974年2月加入川抗,开始从事以抗生素为原料的药物合成研究及产业化开发、推广工作。40余年的不懈摸索,使他在氨糖类、β-内酰胺类、四环素类及蒽环酮等四大类抗生素化学结构修饰研究上积累了扎实的理论基础和较高水平的研发能力,特别是在氨糖类和头孢类新药研究领域取得多项成功,形成了明显的专业特色,所研发的新药达到了国内外先进水平,为国家的医药研发事业做出了突出的贡献。而刘家健本人,也已成长为我国该研究领域的学术带头人之一。

刘家健研究员工作照

  立足环保,首建共性技术平台

  到目前为止,新抗菌素的发现、抗菌素的生物合成及结构修饰等方面许多技术难点仍未解决,致使生产过程中依然存在原料利用率低、提炼效率低、废水中残留抗生素含量高等问题,不仅造成了不必要的浪费,影响产业化发展,更对周边环境产生了严重污染。
  与其产出废料思索再利用、针对废水治理进行研究,不如从源头抓起,推行新型的、收益率高、绿色化的生产工艺,从根本上解决问题。
  多年来,刘家健对不同类别抗生素产品的工艺进行了细致深入的研究,结合我国国情及药企的自身条件,按照抗生素各类别的共性和个性设计了创新性的工艺并实现了产业化,创造了良好的经济和社会效益。
  氨糖类和头孢类抗生素是刘家健多年攻关的重点,也是产出最丰厚的领域。其中,又尤以阿米卡星(原称丁胺卡那)和奈替米星的研制成果最为突出。
  阿米卡星和奈替米星的起始原料分别为卡那霉素A和西梭霉素分子,这两种原料结构中均存在伯胺、仲胺和多个羟基,但刘家健在深入研究后,却设计出了完全不同的工艺路线—前者用硅试剂保护,后者用过渡性金属元素铜离子形成络合物保护;前者用酸水解脱保,使副产物能进行循环再生利用,后者则在国内外首次采用磺酸性阳离子树脂脱铜,摒弃了常见的、污染严重的硫化物脱保方法。
  这种立足环保问题设计工艺路线的方法,在本世纪以来氨糖类抗生素的抗病毒(HIV-1)和抗癌新药结构研究中,起到了十分重要的借鉴、指导作用。
  在头孢类品种的研发中,以“形成酰胺键”为技术平台(包括酰氯及改进法、混酸酐法及活性酯法)进行了C7-位的结构修饰,合成了头孢匹林、头孢匹胺、头孢唑兰等第一代到第四代头孢新品种。同时,通过相关研究,刘家健摒弃国内外广泛报道的酰氯法C7-位缩合,自行设计含硫活性酯法进行一勺烩工艺,并首次使用在头孢呋辛的研制中,使生产流程简洁合理,生产成本大幅降低,提升了产品的市场竞争力。更重要的,他指导建立了C7-位酰胺键形成的共性技术平台,为之后包括第四代头孢品种的C7-位缩合打下良好基础。
  第四代头孢品种研制的最大难题,是C3-位上引入含氮杂环形成内鎓盐,因为此过程中要用到碘试剂,而除碘是关键。刘家健采用逆向思维,大胆选用强氧化剂进行氧化—还原反应,优化条件以得到稳定的、色级较好的产品,使除碘得以成功。这一难题的解决,不仅帮助头孢吡肟研制成功,更重要的是建成了C3-内鎓盐制备的共性平台,对类似化学反应具有普遍意义。

课题组工作讨论

  大胆创新,首推高效生产工艺

  共性研究的基础之上,刘家健在单品种新药的研究制备和产业化推广方面也有颇多建树。
  在新药研发工艺改进方面,目前已完成8种新药,即阿米卡星(丁胺卡那霉素)及硅胺法工艺合成阿米卡星、奈替米星、头孢噻肟、头孢他美酯、头孢呋辛及酯、头孢甲肟、头孢吡肟等,且已在全国九省市进行产业化的推广,到目前有16家企业在生产上述产品。
  作为项目组长之一,刘家健主持参与完成了阿米卡星的工艺路线设计、组织实施直至顺利实现工业化生产。结合国内生产及原辅料供应情况,提出采用硅试剂保护,用“稀、冷、快”的缩合方法,使产品合成杂质少,易纯化。经过项目组十余年艰苦努力,不断优化生产工艺,使阿米卡星的收率从初期的17%,提高到60%以上,达到国际领先水平,每十亿单位的售价也由原来的1.5万元降到目前的1000元,极大减轻了患者的经济负担。
  该项目先后获得包括国家科技进步奖在内的多项奖励。目前该产品全球仅有我国生产原料药,年产量达600吨以上,已出口至世界大部分国家。
  奈替米星制备工艺的项目研究完成于上世纪90年代后期,在全球内首选磺酸性阳离子脱铜,采用大孔弱酸性树脂吸附分离纯化产品,并使用溶媒法结晶。一系列新措施的采用,不仅减轻了环境污染,而且大幅提高了产品质量,使产品顺利实现工业化,并在国际上表现出强大的竞争力,大量出口欧美、韩国及日本。
  “这两项技术都是上世纪末期完成研究并应用生产的,至今仍在9家药企生产使用,奈替米星制备的工业生产路线至今仍然是国内唯一的。”刘家健介绍。
  头孢类的“明星单品”也不在少数。多年研究过程中,刘家健先后完成一至四代头孢类品种仿制11项,其中6项已实现产业化,5项在临床或生产报批阶段。
  由刘家健作为项目组长完成的“头孢噻肟纳试剂研究及工艺改进”项目获得了1990年的国家科技进步奖。据介绍,头孢噻肟的收率初始仅为56%,且生产不稳定、质量不易控制,刘家健带领项目组借用国外先进技术,经多次工艺改进,选用促进剂DM活性酯进行缩合反应制头孢噻肟酸,改沉淀转晶为直接溶媒结晶制头孢噻肟钠,从而完成工业化生产。此工艺简单易操作、稳定,特别是活性酯法改水提,替代稀盐液提取,使产品收率提高到了94%以上,质量达到上乘,在哈尔滨制药总厂等企业实现工业化生产后,产生了良好的社会效益和经济效益。

刘家健研究员(左一)和团队成员在实验室

  “盐酸头孢他美酯虽然2000年底才投产,但因选用含硫活性酯工艺制备其酸,经羧基成酯直接成盐而得,纯度达99%以上,工艺稳定、质量上乘。”国内上市以来,临床反应疗效确切,不良反应率低。至今为企业创收的主要产品,具有良好的生产前景。
  在盐酸头孢甲肟的研制中,他首先发现钠盐溶媒结晶区域为常温区域而非低温区域,从而在成盐过程中大胆设计采用低温溶解、高温结晶的渐进式升温模式创新工艺,顺利解决日本武田产品所存在的色级问题,使自身产品质量得以有效控制和保证,近年销售量大幅增加。这一工艺至今仍为相关企业主要创利产品,为此2013年,刘家健研究团队获得合作公司颁发的“最佳合作奖”。
  生产工艺的不断改进创新,为企业提供了强有力的技术支撑和保障,带来了实实在在的生产力。刘家健所开发的8项新药品种先后在国内9省市、19家药企投入生产,产生了巨大的经济价值。据不完全统计,截至2008年底,已实现工业生产总值162.81亿元人民币,销售收入42.87亿元人民币,为国家创造利税12.12亿元人民币,创汇4.02亿美元。
  刘家健所研制的产品获得国家五部委的国家重点新产品(硫酸奈替米星注射液、盐酸头孢他美酯原料药及制剂)、部省级优秀工业新产品新技术(注射用盐酸头孢甲肟及其原料)等奖励。而他本人也凭借求实严谨、大胆创新的研究作风,不谋私利、一心为公的敬业精神,以及长期坚持在企业第一线、时时为企业考虑的工作作风,得到了领导、同行、同事及相关企业的高度认可。
  基于他在学术上的造诣和在医药工程技术方面的突出贡献,国家、省、市多次给予荣誉和奖励。多年来,刘家健先后荣获国家、省部级科技进步奖10项,国家省部级基金资助6项,获得“全国医药系统劳动模范”和浙江金华市“科技合作先进个人”等荣誉称号,并被选为四川省学术和技术带头人,1992年起享受国务院政府特殊津贴。而他所领导的项目组在科研开发中被转让企业授予“最佳合作奖”及“成都市先进劳模班组”光荣称号。

  白首不移壮年志

  如今,虽已年过古稀,但刘家健仍然没有放下自己心爱的医药研究事业,始终奋战在科研第一线,他的工作量也并没有随着年龄的增长而减少。在他的心中有一个愿望—“当我离开这个世界时,如果我做的药还在救人,我就觉得很欣慰了。”
  目前,他和他的团队正忙于多家企业的产品配套的工艺研究中。
  “头孢类品种C3-内鎓盐制备共性技术平台的研究”正计划申请专项基金,这一平台能够指导第二代到第四代头孢多个品种的合成,带动头孢磺啶、头孢匹罗、头孢唑兰、头孢噻利等品种的研究。
  窄谱头孢类品种头孢匹林、头孢磺啶,注射用头孢雷特、头孢唑兰,口服头孢托仑酯、头孢替安酯等新药物的研究也仍在继续。
  值得一提的是,头孢他美钠注射用药的研究,是将其前体药物的口服方式,经结构转化为可溶性的注射给药途径,目前已经完成I期临床。该药是按照国家1.1类创新药物进行研发,它的研究若获成功,将为抗感染药物的序贯治疗提供更好的武器,可减轻医院和患者的负担,为医改助一臂之力。
  已经获得专利授权的“小诺霉素衍生物制备方法和医药用途”中的多个新化合物,同样在按照具有自主知识产权的1.1类新药进行临床前的有关药效及药理学评价,极有可能按一类新药开展工作,期盼实现创新药物。
  …………
  研究之余,刘家健时常在思索,不断总结自己的所见、所得、所思、所想,多次著文,以期为相关研究进步及企业发展提供借鉴。
  针对近年氨糖类抗生素研究领域的不活跃,他指导学生收集相关材料,特别是近年的研究动向及发展方向,进行总结,形成《氨基糖苷类抗生素的新研究动向》,提供企业在有关研究中参考。
  他梳理了自第一个头孢品种—头孢噻吩,到后来的头孢类60余个品种,结合多年的研究工作,于2006年发表《头孢菌素类品种研究与生产现状探讨》一文,提出头孢产业发展的建议供相关企业参考。2010年,又发表《特色头孢类品种研发的几点思考》,根据多年的追踪研究经验,对头孢类品种的近期和长远研发提出建议。
  如今的抗生素滥用问题,同样在刘家健的关注中。抗生素滥用是世界性现象,但在中国,这一问题尤其严重。抗生素的过量或不必要使用,都会加剧细菌的耐药性。长此以往,会造成更多超级细菌的出现,最终回到无抗生素可用的时代。
  从前,人们通过开发新的抗生素来解决耐药问题,但如今开发新抗生素往往需要十年甚至更长的时间,远远不及两三年就壮大起来的耐药菌,形势已经十分严峻。刘家健认为,科学、合理的使用抗生素,控制抗生素的使用量是目前控制形势发展最行之有效的办法,而这,需要国家、社会及每一个人的共同努力。同时,更快研制出新的抗生素,更是诸多科研同仁的神圣使命。