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改变世界制药史的两次专利事件 精选

已有 4714 次阅读 2022-9-8 15:52 |个人分类:医药|系统分类:观点评述


一、英国发现的青霉素在美国产业化

在青霉素被发现的13年后,二战正激烈上演。德国久攻英国不下,调过头来,于1941622日发动巴巴罗萨计划,闪电侵袭苏联。

被狂轰滥炸一年之久的英国,这才缓过一口气。此时,牛津大学邓恩学院院长,病理学教授霍华德·弗洛里(Howard Florey1898-1968厄恩斯特·鲍里斯·钱恩(Ernst Boris Chain1906-1979、诺曼•希特利(Norman Heatley1911-2004)等人的青霉素项目,已经面临瓶颈。希特利改进培养条件、测定方法、纯化提取方法,得到了第一批略纯的青霉素。而钱恩利用这些样品,证实青霉素不是“溶菌酶(蛋白)”,而是化学物质。弗洛里则在19405月,在小鼠感染模型上验证了青霉素的抗感染效果,文章发表在了《柳叶刀》杂志。

接下来,青霉素在病人身上取得了极好的疗效,媒体也开始报道。青霉素的最初发现者亚历山大•弗莱明(Alexander Fleming, 1881-1955)也主动上门询问进展,并提供了自己保存的青霉素菌种,他已经放弃青霉素研究近十年了。

但是因为青霉素产量不足,明显好转的病人又因停药而去世。大生产工艺极为迫切。英国的制药企业,如葛兰素、博姿(Boots)公司,也尝试过开发青霉素。博姿公司的研发主任戈登•霍布迪(Gordon Hobday1916-2015,后成为公司董事长,推动了布洛芬ibuprofen的上市),亲自拜访弗莱明,得到了青霉菌株,而后建设了一个大的培养车间,里面放着数不清的奶瓶(milk bottles),应用浅表培养法生产青霉素,但效果一般。据英国制药界人士回忆,当时他们也想开发深层发酵法,但要克服菌种、技术、设备等多个难题,需要极大的投入,必须由政府支持。而限于当时环境,科研环节只能投入有限的人力物力。弗洛里团队的青霉素项目,争取到的资金不过只有数千英镑。

19409月,德国开始进行近一年时间的伦敦轰炸。所以,头顶着德国的空袭,面临表面发酵法产量过低的瓶颈,而合成法又毫无头绪时,英国青霉素项目走到了死胡同。如果没有美国于19413月通过的《租借法案》援助,英国将打得更艰苦。

194172日,在洛克菲勒基金会的资助下,弗洛里和希特利两人,随身携带几小瓶青霉素粉和青霉菌株,到达美国东海岸,寻求解决青霉素工业化生产的问题。

714日,弗洛里来到北方实验室,双方一拍即合,达成协议,在三个领域展开合作:筛选产率最高的青霉菌菌株;优化培养基配方;提高发酵效率。而希特利也留下来,协助北方实验室。两天后,实验室工作开展。7月底,从英国带来的青霉菌,终于可以在北方实验室顺利生长了。

一开始他们按牛津方法,20万升青霉菌培养液过滤后,理论上其有效成分只够救治100名病人。而且旧有的提取方法每小时只能处理12升培养液,中间损耗较高,效价只有2单位/ml(毫升),远远不能满足实际要求。北方实验室的微生物和真菌学家安德鲁莫耶(Andrew Moyer1899-1959)和希特利合作,在几个星期之内,就发现用乳糖代替原来配方中的蔗糖,产率就能大幅提高,达到4单位/ml

另外,北方实验室正在研究玉米浆的作用。美国盛产玉米,玉米浆是湿法加工玉米的副产品。194111月下旬,当莫耶在发酵液中加入玉米浆后,产率一下子提高10倍(不过,相关的论文和专利上只有莫耶的名字),达到40单位/ml

希特利只开发了青霉菌在培养基(通常是琼脂)表面发酵获得青霉素的技术。采用的是固体表面培养法,即将固体培养基与青霉菌菌种液体混合,放入浅盘中,再将盛有发酵物的浅盘摆放在室内的架子上,保持室内温度,进行发酵,发酵结束后,将青霉素浸提出来,制成干粉。但产量太低,必须要从表面培养法,转变为液体深层培养法。

另外,除了优化发酵工艺,还需要提高菌株的产率。在这一点上,美国也全力发动国家力量和全球运输能力,在全世界范围内带回土壤样本,并从中国重庆、英国开普敦等地的样本中也筛选到了较好的菌株。战争结束时,北方实验室当时已经收集了8万种真菌,2万种细菌。

19437月,当地一名家庭主妇,提交了一个样本。从中,筛选得到NRRL-1951株,效价80-100单位/ml。后来世界上大部分制药企业的青霉菌,就来源于这个菌株。媒体还据此写出了一个“玛丽霉菌(Moldy Mary”的故事。

威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)、冷泉港实验室、卡内基实验实验室等,先后对它进行X线、紫外线照射,促使其基因突变,得到了更优的NRRL-1951-B25菌株,效价约500单位/ml。二战结束时,威斯康星大学又得到了Q-176菌株,效价约800-1000单位/ml

默克公司除了聘请希特利指导外,还请教了一位科研牛人:罗格斯(Rutgers)大学的教授——塞尔曼威克斯曼(Selman Waksman1888-1973)。双方在1939年就签订了全面的合作协议,由默克公司资助威克斯曼,系统地研究土壤微生物,从中分离出抗细菌的物质,并转化为新药。双方彼时合作密切。于是当默克公司提出请求,威克斯曼便派出了学生哈罗德•博伊德•伍德拉夫(Harold Boyd Woodruf1917-2017),他刚在威克斯曼实验室发现放线菌素Dactinomycin D)。

伍德拉夫与希特利合作,改进工艺。半年后,伍德拉夫毕业(1942年),就留在默克工作。他的师兄杰克逊W. 福斯特(Jackson W. Foster,?-19661939年从威克斯曼实验室毕业后加入斯坦福大学)也在这一时期加入了默克公司,担任发酵工艺部门负责人。1943年,两人合作,为默克申报了两项发酵技术专利。后来威克斯曼的学生艾伯特·沙兹Albert Schatz1920-2005发现链霉素,也按照协议,转让给了默克公司(在威克斯曼的请求下,协议有改动)。而链霉素的生产工艺,也是发酵法,就由伍德拉夫负责。师兄福斯特此时去了德克萨斯大学任教,并把青霉素技术传到了日本。

辉瑞公司与巴杰工业设计E.B. Badger)公司合作,在该公司工程师玛格丽特•哈钦森•鲁索(Margaret Hutchinson Rousseau1910-2000,美国第一个化学工程女博士,之前优化了橡胶合成工艺)主持下,在工厂里设置了147500加仑的发酵罐。这个新式工厂采用了玉米浆发酵液,和新发现的产量最高的菌种。

青霉素产量有了极为惊人的提高。为盟军在诺曼底登陆而准备的青霉素中,90%是由辉瑞生产的。因此辉瑞也荣获了一个“E”字徽章,表示优异(excellence)。1944年,美国生产了16600亿单位青霉素,而辉瑞生产了其中的1250亿单位,排在世界第一位。当时英国的总产量只有美国的四十分之一。

注:早在弗莱明发现青霉素时,他无法提纯其中的有效成分,无法申请专利。当钱恩纯化青霉素后,他主张申请专利。而弗洛里却不主张专利,而是倾向于放弃专利,造福世界。资助他们的洛克菲勒基金会,也反对申请专利,因为英国方面申请专利后,会影响美国的青霉素产业化进程。就这样,青霉素项目在英国没有申请专利,而美国方面却申请了相应的专利,并成功进行了产业化。

 

二、英国发现的单克隆抗体技术在美国开花结果

1975年,米尔斯坦在MRC召开的讨论基因工程安全性的会议上(会议地点在牛津大学)发表了关于单克隆抗体的报告。演讲结束后,接受过科学培训的MRC行政官员托尼•维克斯(Tony Vickers)找到了他。维克斯对这一技术很感兴趣,想了解更多信息,并要求提前看其即将发表的文章。米尔斯坦于710日把文章预印稿寄给了他。

维克斯看过文章后,就被杂交瘤技术的商业前景震惊,他立即通知负责为MRC发明申请专利的国家研究开发公司(National Research Development CorporationNRDC),看看他们是否可以申请专利。因为青霉素项目在美国落,使得美国制药业一夜间占据世界首位,刺痛了英国制药界,所以专门成立了NRDC这一机构,协调重大科研项目的成果转化。但凡政府机构的科研成果,必须由这一机构申报专利。

NRDC得知消息后,经过评估,认可了这一技术具备潜在商业价值。但是,行动必须迅速,因为当时英国专利法不允许在提交专利申请之前披露任何作品,包括发表文章。维克斯很快给米尔斯坦回信,告诉他,NRDC会有人联系申报专利事宜。但是,接下来什么都没有发生,文章于19758月在《自然》杂志发表。申报专利的期限过了。

更加积极利用这一技术的,是美国威斯塔研究所的科普罗夫斯基(Hilary Koprowski)。单抗的论文一发表,他就向米尔斯坦索要这一杂交瘤细胞。米尔斯坦按照科学界惯例于19769月,把X63杂交瘤细胞提供给他。条件是科普罗夫斯基在发表文章时注明细胞来源,非许可不得传给其他科学家,而且不能用这些细胞的产品申请专利。1977年科普罗夫斯基要把这些细胞转交给另一位科学家,专门写信要求同意。米尔斯坦于19775月回信同意,并强调,由这些细胞产生的产品不应成为任何专利的标的。

但是,科普罗夫斯基并没有遵守专利方面的约定,因为仅一个月后,他就申报了两个单克隆抗体的专利,一个用于肿瘤诊断,一个用于检测流感病毒。分别于1979年和1980年被授权。而直到1979年第一个专利授权后,米尔斯坦才得知这一消息。

1980年的一次采访中,米尔斯坦认为自己(包括生物技术界的英国同行)在专利方面太幼稚和缺乏经验(too green and inexperienced,透露出对美国同行的失望。但科普罗夫斯基公开宣称,双方在专利方面并没有达成约定。据米尔斯坦回忆,双方通过信件的方式,就专利问题达成了一致。而且,米尔斯坦提供了双方信件往来的复印件,确证明了米尔斯坦的话,但是遗憾的是,他找不到科普罗夫斯基签署同意的回信。当记者问米尔斯坦对杂交瘤技术没能申报专利一事是否生气,米尔斯坦回答:我不生气,生气的是Margaret Thatcher

而到1990年代,单抗技术在美国遍地开花时,英国人也得知了单抗技术未申请专利的原因,认为是一个耻辱,是第二次青霉素产业化事件

注:近年来,单抗药物成为全球制药领域中增长最快的细分领域之一。 截止2021年底,美国FDA批准了93个单克隆抗体药物。全球抗体药物市场于2021年首次突破2000亿美元(包含ADC、双抗数据),复合增长率远高于全球生物药复合增长率。

青霉素专利事件和单克隆抗体专利事件,改变了世界制药工业的格局。

本文摘自《新药史话:从万能药到生命科学前沿》(彭雷,清华大学出版社,2022-07出版)第二章《工业革命、战争与世界制药工业体系 》、第十章终极堡垒与至强武器:免疫疗法》,有删节

 

 




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