大數(shù)據(jù)時代藥物化學教育創(chuàng)新

1、大數(shù)據(jù)時代藥物化學教育創(chuàng)新 1藥物化學教學內(nèi)容改革 綜合基礎知識講授，增強教學內(nèi)容的交互性。藥物大數(shù)據(jù)的概念的提出以及相關(guān)研究的開展，給現(xiàn)代藥物化學教學內(nèi)容改革提出了新的機遇和挑戰(zhàn)。將創(chuàng)新意識、藥物大數(shù)據(jù)的概念融入基礎知識教學中，以加深學生對基礎知識的理解。每一類型藥物的講授，應以重點藥物、經(jīng)典藥物為例，同時將該藥物在最新的數(shù)據(jù)庫中進行搜索，進而引出目前該藥物的研究前沿。作者在講授藥物結(jié)構(gòu)、命名、合成方法、理化性質(zhì)、代謝形式等基礎知識的同時，著重引導學生思考研究者在藥物研發(fā)過程中的設計思路、考慮問題的出發(fā)點和歸屬，將該類型藥物的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和衍生化，藥物的作用靶點信息，現(xiàn)階段臨床用藥、類似藥物的

2、研究進展、最新理論和技術(shù)等信息進行有機整合，從而將藥物設計方法整合入知識點的介紹中。比如在講解循環(huán)系統(tǒng)藥物受體阻滯劑的時候，介紹從藥物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫pdb數(shù)據(jù)庫中下載和展示受體的三維結(jié)構(gòu)的方法；在講授抗癲癇藥物苯妥英鈉時，介紹藥物數(shù)據(jù)庫drugbank中查找相關(guān)藥物性質(zhì)的方法，介紹磷苯妥英作為水溶性磷酸酯前藥的一個成功實例進行講授。這樣使得前藥、藥物信息等內(nèi)容有機、生動的展現(xiàn)出來，也將藥物綜合知識、藥物大數(shù)據(jù)概念和內(nèi)容落實到了具體的藥物教學中。挖掘藥物研發(fā)信息，使得教學內(nèi)容具體生動。從藥物大數(shù)據(jù)中出發(fā)，挖掘以藥物發(fā)明史、藥學新前沿、藥物化學家創(chuàng)造的社會價值、藥物化學研究的趣事等相關(guān)信息，激發(fā)藥化學

3、習興趣。比如在青霉素的教學過程中，通過穿插亞歷山大•弗萊明青霉素的發(fā)現(xiàn)過程，教育學生嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度和細致的科研觀察的重要性；在講授抗腫瘤藥物時，也介紹最新的抗癌藥物臨床研究，介紹密西根大學王少萌教授基于結(jié)構(gòu)設計策略成功獲得強效的、口服的mdm2小分子抑制劑，進而實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)讓約3.6億美金的成功案例；在糖尿病藥物教學中，列舉了最新批準的藥物，最近一年的糖尿病暢銷藥物排行，各藥物相關(guān)的靶點信息，創(chuàng)造的社會價值，帶給學生藥學新近動態(tài)信息。通過生動的藥物發(fā)明故事，最新的藥學動態(tài)數(shù)據(jù)，讓藥物化學教學課堂更為生動化、具體化、人性化，從而充分激發(fā)學生的興趣、更加深入掌握藥物化學知識。結(jié)合科學前沿講

4、解案例，賦予教學內(nèi)容創(chuàng)新理念。從大數(shù)據(jù)中尋找藥物研發(fā)的歷程，將藥物的科學研究過程以及最新的進展融于教學中，不斷保持教學內(nèi)容的先進性。在藥物化學課程安排中，作者采用了案例教學的方法，安裝主要疾病靶標類型，選取藥物研發(fā)的成功實例，分析藥物研發(fā)過程，進行案例教學，不僅包括目前臨床使用的經(jīng)典藥物，近年來研發(fā)的熱門藥物、靶點，也涉及老藥新用、多靶點藥物、系統(tǒng)生物學等方面的內(nèi)容，進行一課一例的專題講解。以反應停（沙利度胺）藥物的講解為例，一是講解孕婦使用反應停后抑制了孕吐反應的同時也產(chǎn)生了海豹胎兒的藥物歷史上的災難的經(jīng)典案例，使學生認識到了手性在藥物研發(fā)中的重要性；二是突出強調(diào)沙利度胺在1998年又被投放

5、到市場，作為多發(fā)性骨髓瘤、麻風結(jié)節(jié)性紅斑等病癥的治療，以及2013年fda還批準了沙利度胺的類似物上市用于多發(fā)性骨髓瘤的治療，是學生了解藥物是可以改造、可以優(yōu)化，甚至可以重新定義適應證、重新回到市場的。三是介紹關(guān)于沙利度胺的最新研究成果，包括2014年nauture上發(fā)表了確證沙利度胺的作用靶點為crbn的研究論著，讓學生進一步了解該藥物研究最新進展。類似的案例教學是將科學實踐來驗證課本中的理論，在教學中融入藥物化學領域的新信息、新思想和新技術(shù)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。 2教學方法和手段的改革 充分使用各種藥物大數(shù)據(jù)資源，將藥物化學研究的相關(guān)數(shù)據(jù)庫應用到藥物化學的教學中，其中包括scif

6、ind-er、chembl、drugbank等。scifinder數(shù)據(jù)庫可以透過網(wǎng)絡直接查看化學文摘自1907年以來的所有期刊文獻和專利摘要，以及八千多萬的化學物質(zhì)記錄和cas注冊號。chembl數(shù)據(jù)庫是歐洲生物信息研究所（ebi）開發(fā)的免費在線數(shù)據(jù)庫，從大量文獻中收集各種靶點及化合物的生物活性數(shù)據(jù)，為研究者提供了一個非常便利的查詢靶點或化合物的生物活性數(shù)據(jù)的平臺。drugbank數(shù)據(jù)庫中包含了現(xiàn)在上市的或者正在做臨床研究的藥物的藥代、藥效、靶點等相關(guān)信息。通過該數(shù)據(jù)庫，學生可以快速了解藥物的合成方法、適應證、作用靶點等信息，同時學生也可以通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)庫了解類似結(jié)構(gòu)骨架的化合物在藥物研發(fā)中

7、的研究發(fā)展歷史和最新的研究前沿。在具體的教學實踐中，作者安排了1次討論糖尿病藥物的課程，將學生分成兩組，分別在數(shù)據(jù)庫中查找葡萄糖苷酶抑制劑和dppiv抑制劑的臨床應用情況、化合物的合成方法、目前的研究前沿。以項目討論的方式，分別介紹了這2類藥物的情況，充分調(diào)動學生的學習積極性，取得了良好的效果。充分利用各種教學科研軟件，將現(xiàn)代化教學方法手段應用到藥物化學教學中。從2009年開始，筆者所在的教研室編制標準化幻燈片（ppt）課件，并根據(jù)每年的科學前沿，更新ppt的內(nèi)容。此外，作者也在嘗試使用其他軟件來表現(xiàn)藥物化學教學中設計的藥物、蛋白結(jié)構(gòu)，包括chem3d、pymol等軟件。其中，chemoffi

8、ce中的chem3d是一款三維立體分子結(jié)構(gòu)的演示軟件。chemdraw可以從二維的角度觀察藥物逐步的優(yōu)化過程，展示藥物合成的方法，而chem3d能夠更加直觀地從立體上來考察和展示藥物功能團變化給立體構(gòu)型上帶來的改變。pymol是一款顯示和分析分子三維結(jié)構(gòu)的軟件，應用pymol軟件可以圖形化地表達分子動態(tài)過程，不僅可以用球棍、飄帶等多種方式顯示分子三維結(jié)構(gòu)，也可以對蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)進行編輯、修改、顯示，更為重要的是還能夠清晰的展示顯示藥物與受體的結(jié)合原理，并能夠以三維圖形的方式展示分子相互作用的動態(tài)過程，使得原本抽象的教學內(nèi)容直觀而又形象地呈現(xiàn)出來。在課程的各個章節(jié)的ppt課件中均使用pymol軟

9、件制作蛋白、小分子的三維結(jié)構(gòu)圖。通過各種軟件的輔助，負責的藥物結(jié)構(gòu)、特殊的構(gòu)效關(guān)系，許多語言難以描述的內(nèi)容，變得形象生動，降低學習難度，突破教學難點，使學生對藥物結(jié)構(gòu)有更直觀形象立體的了解，加深學生對知識點的理解和掌握。隨著大數(shù)據(jù)產(chǎn)生，云計算的概念和運用越來越廣泛，將云計算的教學平臺用于現(xiàn)代化的教學中，能夠有效的整合利用計算資源，降低了基礎資源建設中巨大的軟、硬件成本。同時，云計算教學平臺能夠加速藥物設計相關(guān)知識更新速度，追蹤科學前沿，實現(xiàn)個性化教學的實際需求，將理論知識和科研實踐有機地結(jié)合起來，能極大地提高學習效率。作者所在的教研室，搭建了藥物化學云計算網(wǎng)絡課程，學生在登陸云計算服務器后，不

10、僅能夠通過網(wǎng)絡復習上課課件，也能夠通過網(wǎng)絡進行課后練習并進行在線作業(yè)提交、提問。教師能夠通過云計算網(wǎng)絡回答學生問題、了解學生學習情況。除了云計算平臺之外，云服務輔助教學平臺對于信息化教學尤為重要。云服務輔助教學的理念使得課后輔導工具變得多樣化，通過時下流行的交流工具如qq、 ，不但可以保證教師和學生之間的暢通交流，也可以促使學生間的交流。教師可以通過截圖、群發(fā)輔助學習資料等方式，共享學習材料和經(jīng)驗，提高學生學習效率。同時，教師也可以通過學員的qq、 發(fā)言提問情況全方位的掌握學生的學習狀況。此外，作者也將藥物設計相關(guān)的最新文獻通過群共享的方式分享給學生，同時也加上自己的對文章的創(chuàng)新點的點評意見，

11、培養(yǎng)學生的追蹤科學前沿的習慣和科研創(chuàng)新的能力。 3合理的課程體系 藥物化學是連接化學和藥學的橋梁，主要涉及設計、發(fā)現(xiàn)、開發(fā)創(chuàng)新藥物。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，藥物化學承擔了從基因組學、蛋白組學出發(fā)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新藥物的特殊任務，已經(jīng)越來越多地融合了系統(tǒng)生物學、化學生物學、生物信息學、結(jié)構(gòu)生物學等內(nèi)容。除了必需的基礎課以外，還需提供合理的課程體系才能達到藥物化學教育目的。因此，在藥物大數(shù)據(jù)的時代背景下培養(yǎng)創(chuàng)新型藥學人才，除了藥物化學課程外，還需要以相關(guān)課程群為依托，從宏觀角度對教學內(nèi)容進行調(diào)整，使得基礎知識得到鞏固、知識面也得到拓展。以藥物化學為主干課程，以藥物化學實驗、藥物設計學、高等有機化學等為專業(yè)輔助課程，主題性更強的課程（如臨床用藥案例、生物信息學、g蛋白偶聯(lián)受體藥物化學等）可作為為選修課程。目前，作者所在教研室也在這方面進行了探索，一方面進行藥物化學實驗課程改革創(chuàng)新，另外一方面開設g蛋白偶聯(lián)受體藥物化學本科生暑假課程、生物信息學選修課程、臨床用藥案例作第二課堂，取得了較好的成效?？傊?，藥物大數(shù)據(jù)背景下的藥物化學教育改革，要從藥