大數據時代藥物化學教育創論文

大數據時代藥物化學教育創論文

　　1藥物化學教學內容改革

　　綜合基礎知識講授，增強教學內容的交互性。藥物大數據的概念的提出以及相關研究的開展，給現代藥物化學教學內容改革提出了新的機遇和挑戰。將創新意識、藥物大數據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、經典藥物為例，同時將該藥物在最新的數據庫中進行搜索，進而引出目前該藥物的研究前沿。作者在講授藥物結構、命名、合成方法、理化性質、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過程中的設計思路、考慮問題的出發點和歸屬，將該類型藥物的發現、發展和衍生化，藥物的作用靶點信息，現階段臨床用藥、類似藥物的研究進展、最新理論和技術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。比如在講解循環系統藥物受體阻滯劑的時候，介紹從藥物結構數據庫PDB數據庫中下載和展示受體的三維結構的方法；在講授抗癲癇藥物苯妥英鈉時，介紹藥物數據庫Drugbank中查找相關藥物性質的方法，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、藥物信息等內容有機、生動的展現出來，也將藥物綜合知識、藥物大數據概念和內容落實到了具體的藥物教學中。挖掘藥物研發信息，使得教學內容具體生動。從藥物大數據中出發，挖掘以藥物發明史、藥學新前沿、藥物化學家創造的社會價值、藥物化學研究的趣事等相關信息，激發藥化學習興趣。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現過程，教育學生嚴謹的科研態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構設計策略成功獲得強效的、口服的MDM2小分子抑制劑，進而實現成果轉讓約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，各藥物相關的靶點信息，創造的社會價值，帶給學生藥學新近動態信息。通過生動的藥物發明故事，最新的藥學動態數據，讓藥物化學教學課堂更為生動化、具體化、人性化，從而充分激發學生的興趣、更加深入掌握藥物化學知識。結合科學前沿講解案例，賦予教學內容創新理念。從大數據中尋找藥物研發的歷程，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，選取藥物研發的成功實例，分析藥物研發過程，進行案例教學，不僅包括目前臨床使用的經典藥物，近年來研發的熱門藥物、靶點，也涉及老藥新用、多靶點藥物、系統生物學等方面的內容，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生了海豹胎兒的藥物歷史上的災難的經典案例，使學生認識到了手性在藥物研發中的重要性；二是突出強調沙利度胺在1998年又被投放到市場，作為多發性骨髓瘤、麻風結節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性骨髓瘤的治療，是學生了解藥物是可以改造、可以優化，甚至可以重新定義適應證、重新回到市場的。三是介紹關于沙利度胺的最新研究成果，包括2014年Nauture上發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，培養學生的創新意識和創新能力。

　　2教學方法和手段的改革

　　充分使用各種藥物大數據資源，將藥物化學研究的相關數據庫應用到藥物化學的教學中，其中包括scifind-er、chembl、drugbank等。SciFinder數據庫可以透過網絡直接查看《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記錄和CAS注冊號。Chembl數據庫是歐洲生物信息研究所（EBI）開發的免費在線數據庫，從大量文獻中收集各種靶點及化合物的生物活性數據，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據的平臺。Drugbank數據庫中包含了現在上市的或者正在做臨床研究的藥物的藥代、藥效、靶點等相關信息。通過該數據庫，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數據庫了解類似結構骨架的化合物在藥物研發中的研究發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，分別在數據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，并根據每年的科學前沿，更新PPT的內容。此外，作者也在嘗試使用其他軟件來表現藥物化學教學中設計的藥物、蛋白結構，包括Chem3D、PyMol等軟件。其中，Chemoffice中的Chem3D是一款三維立體分子結構的演示軟件。Chemdraw可以從二維的角度觀察藥物逐步的優化過程，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型上帶來的改變。PyMol是一款顯示和分析分子三維結構的軟件，應用PyMol軟件可以圖形化地表達分子動態過程，不僅可以用球棍、飄帶等多種方式顯示分子三維結構，也可以對蛋白質三維結構進行編輯、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過程，使得原本抽象的教學內容直觀而又形象地呈現出來。在課程的各個章節的PPT課件中均使用PyMol軟件制作蛋白、小分子的三維結構圖。通過各種軟件的輔助，負責的藥物結構、特殊的構效關系，許多語言難以描述的內容，變得形象生動，降低學習難度，突破教學難點，使學生對藥物結構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。隨著大數據產生，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知識更新速度，追蹤科學前沿，實現個性化教學的實際需求，將理論知識和科研實踐有機地結合起來，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絡課程，學生在登陸云計算服務器后，不僅能夠通過網絡復習上課課件，也能夠通過網絡進行課后練習并進行在線作業提交、提問。教師能夠通過云計算網絡回答學生問題、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、微信，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、群發輔助學習資料等方式，共享學習材料和經驗，提高學生學習效率。同時，教師也可以通過學員的QQ、微信發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新點的點評意見，培養學生的追蹤科學前沿的習慣和科研創新的能力。

　　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、發現、開發創新藥物。隨著大數據時代的到來，藥物化學承擔了從基因組學、蛋白組學出發發現創新藥物的特殊任務，已經越來越多地融合了系統生物學、化學生物學、生物信息學、結構生物學等內容。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，在藥物大數據的時代背景下培養創新型藥學人才，除了藥物化學課程外，還需要以相關課程群為依托，從宏觀角度對教學內容進行調整，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新，另外一方面開設G蛋白偶聯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。總之，藥物大數據背景下的藥物化學教育改革，要從藥物大數據的綜合性出發，改革單純的教學方式，拓展教學思路和教學內容，以培養創新意識創新能力為導向，訓練學生的學習思維方式為動力，確實提高學生自主學習的能力和挖掘有效藥物數據能力。在鞏固基礎知識的教學的同時，與時俱進，培養出能適應國家和社會需要的創新型藥學人才，為建設創新型國家服務。

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