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从礼来到基因泰克,60年蹉跎让你知道胰岛素有多难!

2015/12/25 来源:艾美仕
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导读
如今,使用胰岛素治疗糖尿病已经十分普遍了,胰岛素携带方便,使用方便。但是,上世纪初,当胰岛素刚刚问世时,作为大分子药物,使得其从实验室到生产经历了一段比研发本身还要艰难的过程。60年的蹉跎终于换来了人源胰岛素!


如今,使用胰岛素治疗糖尿病已经十分普遍了,胰岛素携带方便,使用方便。但是,上世纪初,当胰岛素刚刚问世时,作为大分子药物,使得其从实验室到生产经历了一段比研发本身还要艰难的过程。60年的蹉跎终于换来了人源胰岛素!

在1922年初,胰岛素发现者们尽力地提高溶液中的胰岛素含量、减少杂质,但是归根结底,他们并没有真正制备出一种洁净无暇、毫无杂质的胰岛素。

这当然是时代的局限,当时的科学家们没有现代制药工业的各种神兵利器。仅用粗糙的坛坛罐罐,经过简单的几步溶解、加热、沉淀等等这些“大厨的功夫”,就能从牛内脏里提纯出可以直接注射给患者的药物,已经着实是难为他们了。

但是这也意味着,想要把这些听起来非常粗糙的操作和工艺规范化、扩大化、甚至自动化,将会是非常困难的任务。

而实际上,对于蛋白质提纯这种技术活,把实验室里精雕细琢出的制作工艺放大到工厂生产的级别,可不仅仅是购买大量的原材料和大号尺寸的坛坛罐罐就可以解决的。

大规模生产中如何保证不同批次原料的质量?如何保证每一步生产工艺的一致性?如何精确控制每一步工艺中的温度、酸碱度和生化条件?为了解决这些问题,制药业几乎花了60多年的时间。

因苏林:第一支商业化胰岛素的诞生

对于工业化生产充满挫败感的科学家们第一次开始寻求学术界之外的帮助。

1922年5月,多伦多大学与礼来公司达成协议,由科学家们帮助礼来开展胰岛素的规模生产。到这一年年底,礼来的产量达到了惊人的每周10万单位。每一天清晨,满载着冰冻猪和牛胰腺的卡车从芝加哥列队开进礼来公司的工厂,在那里经过有条不紊的切割、浸泡、蒸馏和提纯,变成一瓶瓶比金子还宝贵的胰岛素。现代工业和科学的结合,迅速显示了无坚不摧的力量。

为了保证胰岛素的顺利商业化生产,几位本来对身外之物颇为抵触的科学家,班廷、贝斯特和克里普还是满心不情愿地为胰岛素申请了专利并于1923年初得到批准。随后三位科学家就以每人一美元的象征性价格,将这价值连城的专利转让给了多伦多大学,随后又以非排他授权的方式允许礼来公司开展胰岛素的大规模生产和销售。

三位科学家的高风亮节,保证了糖尿病人不会因为经济原因而无法接受救命的治疗。

而与此同时,非排他授权的方式也使得礼来之外更多的制药公司可以参与到胰岛素的生产和销售中,使得全世界范围内更多的糖尿病人受惠。实际上,现今世界最大的胰岛素生产和销售商,丹麦的诺和诺德公司,也是因为这个原因得以早在1923年底就开始在欧洲大陆生产和销售胰岛素。

从动物胰岛素到人胰岛素

胰岛素的传奇还在继续。因苏林的成功自然实至名归,但是因苏林的背后,还有两个重大技术问题没有解决。

首先是个技术问题。尽管引入了高度自动化的生产线,尽可能地保证了因苏林产品的质量和安全性,但是因苏林始终是一种动物胰脏的粗糙提取物,从本质上讲,就是一种含有胰岛素的水溶液,当中包含的成分既复杂又不明确。这样一来,即便是再先进的生产线管理也无法保证每一瓶因苏林的成分完全一致,当中所包含的杂质成分对人体完全没有危害。

第二个问题则是市场供应问题。从动物胰脏提纯胰岛素是一件极其低效的活计,每一瓶胰岛素注射液背后都是成吨的动物组织。按照这个比例,即便用上全世界牲畜的胰脏,提纯出来的胰岛素也没法满足所有糖尿病患者的需求。

这两个看起来八竿子打不着的问题,最终殊途同归的得到解决。

解决这些问题的科学家是弗雷德里克?桑格,他利用牛胰岛素发明了一个测序方法,按照他的方法,桑格解密了胰岛素的氨基酸序列,他的工作解答了一个当时科学界的难题,即蛋白质形成我们所观察到的结构和功能是由组成它的氨基酸序列决定的。他的发现从而为人工合成胰岛素提供了理论基础,因此,1958年,桑格获得诺贝尔化学奖。

桑格的工作立即提示了一种诱人的可能性:既然知晓了牛胰岛素的全部氨基酸序列,我们是不是可以按图索骥地人工合成出绝对纯净的胰岛素呢?实际上,中国科学家在本世纪屈指可数的重大科学贡献之一,1960年代合成牛胰岛素的壮举,也是受到桑格工作的激励和感染。

不过在真实的历史上,人工合成的动物胰岛素从未大规模地进入临床。这一方面是因为在六七十年代,人们已经可以利用先进的生物化学方法,从牛胰腺粗提液中提纯出成分单一、杂质可以忽略不计的高纯度动物胰岛素(例如1973年丹麦诺和诺德公司推出的单一组分胰岛素),因此对完全人工合成动物胰岛素的需求就没有那么迫切了。

回过头看,而桑格工作的启示在于,既然我们可以测定牛胰岛素的氨基酸序列,我们自然也可以测定人胰岛素的氨基酸序列。那么我们是不是就可以完全抛弃不完美的动物胰岛素,直接在工厂里生产人胰岛素蛋白,并用于治疗糖尿病了?

合成人胰岛素,科学竞赛背后的成就

相比牛或者猪的胰岛素,使用人胰岛素治疗糖尿病有显而易见的诸多好处:完全模拟了病人体内的天然胰岛素;避免了动物胰岛素可能的副作用;生产不需要依赖动物内脏的供应,等等。不管从临床应用、生产还是商业因素考虑,人胰岛素都是不折不扣的终极“胰岛素”。

但是如何生产出人胰岛素,特别是大量的、质量稳定的、安全可靠的人胰岛素呢?毕竟,科学家和医生们,不可能从活人(或者死人)身上打主意。

既然桑格能够测定牛胰岛素全部五十一个氨基酸的完整序列,那么人们显然也可以照葫芦画瓢的测定出人胰岛素的全部氨基酸序列。

如果这时候能再有一种技术,能够反桑格之道而行之,按照测定出的序列信息,把五十一氨基酸分子一个一个连成一串,那岂不是就能在实验室里“生产”出人胰岛素来了?

1965年,历经几年的集体攻关,中国科学家成功的用单个氨基酸为原材料,在实验室中合成出了结构和功能都和天然牛胰岛素别无二致的蛋白质。

首先,这项工作毫无异议的证明,人们确实可以在实验室条件下“生产”出和天然人胰岛素完全等价的蛋白质来。但是这项工作的进展本身也深刻地显示了,试图用人工方法来PK造物主亿万年进化造就的生物机器是多么的无力。在实验室环境中完全人工合成一个蛋白质是一件效率极低的事情,每一次将一个新的氨基酸分子连上去,其产出率都只有千分之几,这就意味着合成一个包含五十一个氨基酸的蛋白质,总产出率将会低至一个需要用放大镜才能看清的数字。

所幸,这一次生物学家们没有让我们等得太久。他们想出了一个绝妙的办法,让那些肉眼看不见摸不着却又无处不在的细菌,帮助人类生产胰岛素。

1973年,两位年轻的生物学家,斯坦福大学的斯坦利?科恩和加州大学旧金山分校的赫伯特?博尔合作发表了一篇学术论文。两位科学家的天作之合也宣告了重组DNA技术的诞生和基因工程时代的到来。

在此之前,两位科学家一位研究“限制性内切酶”,一位研究名为“质粒”的环状DNA分子;两个人合作之后发现,既然限制性内切酶能够特异地切断DNA,而细菌的质粒DNA又决定了它们对抗生素的抗性,那么,要是能找到两个抗性不同的质粒,用内切酶将两个圆环分别切开再粘成一个大环,这个新产生的质粒DNA岂不是应该能够产生两种截然不同的抗性蛋白质,从而让细菌能够同时抵抗两种抗生素的侵袭?

几个月后,他们完美证明了这个想法。而这也意味着,两个年轻人无意间操持起了上帝的活计。随着基因工程的时代到来,人类熟练地操起DNA剪刀、胶水、GPS和复印机,像个好奇的孩子一样对着周围的一切新鲜的遗传物质动手动脚。而一直未被攻克的胰岛素合成,成为科学家研究的目标。

人胰岛素问世,首先感谢基因泰克

应该承认,至少在1973年,科恩和博尔还压根没有想到他们的研究和胰岛素、和糖尿病会有一丝一毫的关系。

面对可能的商业应用,产业界和资本的嗅觉总是要更灵敏。

1976年1月的一天,博尔在办公室里接到了一通陌生人的电话。电话那头的年轻人自称罗伯特?斯旺森,鼎鼎大名的硅谷KPCB基金的合伙人。斯旺森热情的提到了科恩和博尔的“重要发现”,并且谦虚的询问能否约个时间和博尔喝杯咖啡,谈谈重组DNA技术的“可能商业应用”。

原定一刻钟的咖啡时间喝了三个小时。而那一天结束的时候,博尔和斯旺森,两个三十岁左右的年轻人已经迅速谈妥了一个约定:两人决定分头辞职,共同创立一家生物技术公司,探索基因工程的应用前景。

这家名为基因泰克的公司的公司的第一个使命就是,利用科恩和博尔的重组DNA技术,让细菌为我们生产人胰岛素!

1978年,仅仅开业两年后,年轻的基因泰克公司宣布生产出了人源胰岛素,其氨基酸序列及生物功能与人类自身合成的胰岛素别无二致。世界上第一个基因工程药物诞生了。1982年,胰岛素领域的奠基人礼来公司开始以优泌林为商品名销售基因泰克的产品。到本世纪初,全球胰岛素市场上超过2/3的产品为人源胰岛素,而全美市场中已经找不到动物胰岛素的存在。

2000年,基因泰克在万众欢呼中登陆纳斯达克,作为一家当时仍没有分毫利润的公司,基因泰克在IPO首日结束时的市值就达到4亿美元,这代表着人们对这家代表着新希望的制药公司的美好期待。

而在2009年,瑞士制药巨头罗氏收购基因泰克时,花费达到了创纪录的四百六十多亿美元!基因泰克、博尔和斯旺森,在一个完美无缺的时间节点做出了正确的选择。因此他们的成功也就显得如此的水到渠成。而优泌林的上市,也代表着胰岛素又一个美好时代的到来。

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