夏普利斯二度獲諾貝爾化學獎 台灣學者:對藥物發展貢獻大,鼓勵研究高效率的化學反應

發稿時間:2022年10月5日

發稿單位:台灣科技媒體中心

今(2022)年的諾貝爾化學獎授予了在「點擊化學」(Click Chemistry)研究有重大貢獻的美國學者凱洛.柏托西(Carolyn R. Bertozzi)、丹麥學者墨登.莫代爾(Morten Meldal)及美國學者貝里.夏普利斯(K. Barry Sharpless)。台灣科技媒體中心邀集六位台灣專家即時解析,專家們皆認為得獎者是眾望所歸,近年頒布的獎項鼓勵化學家使化學反應更有利於操作、效率更好。

中央研究院生物化學研究所研究員林俊宏表示,夏普利斯先前曾在2001年因不對稱催化反應,獲得諾貝爾化學獎,在藥物化學的應用上有很大的貢獻,這次是二度獲獎。林俊宏解釋,今年諾貝爾化學頒給點擊化學,可以在生物系統上選擇性的標定特定分子,除此之外,點擊化學能夠在短時間內產生很大的分子資料庫,作為藥物篩選,對現在的藥物發展很重要。

林俊宏說明,柏托西主要將點擊化學大量應用於生物系統上,她的另一貢獻是改良了夏普利斯發展的點擊化學(反應使用銅做催化,在常溫常壓下,可得到相當高的產率,只是難免仍有些缺點,例如銅及銅離子對生物具有毒性),柏托西增強反應性,在沒有銅存在下仍可進行點擊化學反應。

陽明交通大學應用化學系教授詹揚翔與中央研究院化學研究所研究員陳榮傑也呼應林俊宏所述,以前的方法使用銅做為催化劑,會讓身體有些負擔,銅離子太多時仍然對細胞有毒性。

林俊宏和陳榮傑也分享,其中兩位化學獎得主夏普利斯和柏托西曾來台灣演講,夏普利斯曾在2006年到訪中央研究院與台灣大學,當時由時任王光燦生物有機化學教育基金會董事長暨中央研究院的翁啟惠院長主持,是開放給大眾的公開演講,希望能讓民眾更認識化學,而柏托西也曾在2007年到訪中央研究院的陳長謙講座演講。

林俊宏也說自己曾修過夏普利斯的課,夏普利斯常常在家裡車庫研究化學反應,他是一位對實驗非常狂熱、平易近人,且很愛開玩笑的科學家。林俊宏指出,這次得獎的點擊化學,最主要貢獻是可以應用包括生物方面的各種領域,有機化學的反應可以有這麼廣的應用性,相當不容易。

陳榮傑指出,柏托西的貢獻是延伸點擊化學的方法,開啟後續的應用,對於現在的癌症治療、醣類疫苗研發等都有貢獻。陳榮傑提到,中研院化學所的謝俊結助研究員即是該領域的佼佼者,也曾針對點擊化學與此次得獎者寫過文章,詳細介紹相關的機制與應用。

陳榮傑也分享頒獎前的趣事,諾貝爾基金會的推特在今天頒獎前,貼出居禮夫人的二度得獎回顧,似乎暗示今年也會出現二度得獎的科學家。陳榮傑認為,夏普利斯在有機催化、點擊化學兩個領域都做得很好,二次獲獎真的實至名歸。

陳榮傑提到,夏普利斯在2001年得獎是因為發展出不對稱環氧化反應,而今年得獎的原因是點擊化學的方法,可以在水中進行反應,在細胞中操作非常有效。陳榮傑說明,在 2001年由夏普利斯研究發展出了點擊化學,在疊氮化合物(Azide Compound) 與炔烴化合物(alkynyl group),加入銅催化劑後,可以在較為溫和的條件下反應,並且可以大幅提升反應速率與產率,顛覆以往化學反應要在有機溶劑中作用的認知。而夏普利斯也剛好在同一年(2001)獲得諾貝爾化學獎,當時主要是感謝他在合成化學中「不對稱環氧化反應」的卓越研究。

陳榮傑表示,癌症治療是未來運用點擊化學的重要領域,透過生物正交的化學反應,去標記細胞的表面,讓我們可以觀察到細胞在藥物作用下的反應與行為。

詹揚翔解釋,他本身做分析化學,人體中許多有機反應,很多都需要在有氧、有水環境中進行,很難在一般實驗室「無氧無水」的環境中做到。

詹揚翔說,雖然「點擊」反應,字面上看起來好像很快,其實也需要幾個小時的反應時間,在這方法之前是透過加熱的方式加快化學反應,點擊反應可以讓化學反應的選擇性更多,不但可在水中反應,也可在室溫下反應,甚至在緩衝溶液下進行,這都是以前傳統的有機化學反應很難做到的。詹揚翔笑著表示,今天早上就有料到是這幾位科學家會得獎,並不意外。

陽明交通大學應用化學系副教授吳彥谷指出,疊氮化合物與炔烴類的環化加成反應其實已經發展了數十年,而隨著合成方法與策略的演進,化學家加入了銅鹽做為催化劑,讓已經存在的化學反應,轉化成實用性更強、更能廣泛應用的「點擊化學反應」。

吳彥谷強調,近幾年諾貝爾獎鼓勵合成化學方法學的創新突破,在各個領域加速了化學合成應用的進程,對有機化學家是頗為振奮的消息,例如2005年頒給複分解反應、2010年頒給交叉偶合反應,去年也是頒獎給非金屬的條件下運用有機催化劑進行不對稱反應。

吳彥谷提到,分子化合物非常非常的小,化學家就在這些肉眼看不到的化學分子中做組裝,透過更好的合成方法增加反應效率,從簡單的起始物開始建構更有價值的分子化合物。今年的諾貝爾化學獎,是肯定發展新穎有機化學方法的影響力與貢獻。

吳彥谷表示,現在化學的研究要更接近室溫、更滿足綠色化學的概念、更容易控制化學鍵生成的位置,並且追求有利於操作、效率更好,就是全世界化學家都在努力的方向。

清華大學化學系教授陳建添表示,自己曾於斯克里普斯研究所(Scripps Research)時,在夏普利斯團隊擔任博士後研究員,夏普利斯曾分享他的人生「研究」哲學,是如同坐在公園唯一一盞燈下的椅子上,唯一能做的事是細細品味他最愛的書,深入專研其內涵,他鼓勵年輕人做研究不要只重表面、不要做別人熟知的,更不要好高騖遠,需要注重實際應用層面,如同這次國內即將舉辦的未來科技展,科研與產研應用密切結合、開創前瞻契機。

陳建添指出,當時有一些科學家是用加熱的方法改良化學反應,而夏普利斯則是想到用催化劑的想法,開啟了許多材料、生化、醫學等後續的應用發展,夏普利斯獲得兩次諾貝爾化學獎的殊榮,表示夏普利斯這次的「速配催化反應」研究,在生醫、材料、高分子和奈米科技應用的產學研貢獻,備受肯定。

育世博生物科技股份共同創辦人蕭世嘉博士說明,這個獎項頒給分子構建的工具,點擊化學就像兩個積木,一個凸,一個凹,兩邊可以很牢固結合在一起,此方法厲害的是,可以不用使用有機溶劑,而能夠在多樣性的環境裡面做化學反應,讓分子的建構如同樂高積木一樣,容易組件。

蕭世嘉分享,自己於美國加州柏克萊大學(UC Berkeley)博士畢業,利用這些點擊化學的方法建構癌症藥物的研究,也曾在柏托西的實驗室當過博士後研究員,一般藥物研發產業都需要透過各種有機溶劑下做化學反應,而柏托西和夏普利斯的貢獻是,讓這些化學反應可以在各種環境、溶劑下反應,擴展了應用性。蕭世嘉補充,當時柏托西認為,這些化學的研究不能只是紙上談兵,一定要能真正幫助到病人,所以她後續才會接受史丹佛大學的任職。

蕭世嘉分享,雖然柏托西有50位研究生(含博士或博士後或碩士),但是從柏托西實驗室出來創業成功的只有數個,其中一個就是育世博生物科技股份有限公司(Acepodia)。

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