您现在的位置:医学集邮>> 医学史>> 基础类>>正文内容

20世纪40年代我国的青霉素研制工作

    青霉素、原子弹和雷达被认为是第二次世界大战中科学技术上最伟大的三项发明。由于青霉素在治疗各种感染性疾病中的卓越疗效,1945年,对青霉素发现做出重要贡献的弗莱明(Alexander Fleming 1881一1955)、弗洛里(Howard Walter Florey ,1898一1968)、钱恩(Ernst Chain 1906一1979)分享了诺贝尔医学和生理学奖。从20世纪40年代起,抗生素就成为科学探索的新领域,并迅速发展起了庞大的抗生素工业。
     在第二次世界大战中,我国科学家紧跟世界抗生素研究潮流,积极开展抗生素的研究,在某些方面还进入世界前沿领域。尤其是40年代对青霉素的研制,取得了令人瞩目的成绩。
 1.我国研制青霉素的先驱工作
     早在1928年英国细菌学家弗莱明就发现了青霉素的抑菌作用,并证明它对实验动物无毒性。但由于青霉素对热不稳定,效力短暂,而弗莱明的化学知识又不足以克服这些困难,因而没有引起人们的重视。11年后英国病理学家弗洛里和化学家钱恩在探讨杀菌物时,注意到了弗莱明的工作,1940年他们利用弗莱明提供的菌种,从培养液中提取出了青霉素粗品,经过毒性等一系列生物学试验,肯定了青霉素的价值,1941年进行10例临床试验。他们的研究论文“化学制疗剂青霉素”和“对青霉素的进一步观察”分别发表于1940年和1941年的《柳叶刀》杂志。就是后一篇论文引起了中国科学家的极大兴趣,开始了对青霉素的研制工作。
     1941年,已迁往昆明的中央防疫实验处,在著名微生物学家汤飞凡的领导下,为抗战生产急需的血清和疫苗。在紧张的工作之余,汤飞凡和他的同事们坚持阅读世界各国的学术期刊、杂志和书籍,每周在汤飞凡家中举行一次读书会,交流世界微生物学的发展情况,正是通过这样的文献讨论会,拉开了我国研制青霉素的序幕。汤飞凡先生在“吾国自制青霉素的回顾与前瞻”一文中写道:“民国三十年秋,昆明中央防疫处文献会之某次周会内,曾由魏曦技士报告:关于Abraham, Chain和Florey诸氏在Lancet杂志上,所发表对于青霉素或盘尼西林之研究一文,据称青霉素,既无毒质,且具充分杀菌效能,对于战争必有莫大贡献。因此引起吾人深切之注意,同时以青霉素既系霉菌所产之物,则其制造,自属生物学制品范围之内,是以吾人深欲一为试探。”亚伯拉罕(Abraham EP)等人的文章发表于1941年8月16日,而魏曦在同年秋季,即文章刚刚发表就作了介绍,这篇论文是当时国际上有关青霉素的最新研究成果,也是青霉素应用于临床的最早的报道,当时国际科学界对青霉素研究工作的反应并未见诸报刊杂志,我国科学家以其敏锐的洞察力,及时捕捉到了医药科研领域这一最新信息,并立即着手开展这项工作。
     制造青霉素的第一步就是要找到能产生青霉素的青霉菌,中央防疫处的工作人员受云南霉豆腐制作方法的启发,考虑到霉菌在自然界分布极广,他们就利用闲暇时间从鞋靴、旧衣、水果、古钱及其它一切可能之处收集霉菌。无论在何处发现立即取来涂布到Sabouraud或Czapek-Dox培养基上,如此继续一二次之后,通常即可得到纯种霉菌。分离菌种的工作从1941年冬一直进行到1944年春,经过上百次试验,共获得帚状霉菌40余株,能产抗生素的有11株,其中又以卢锦汉和汤飞凡得自肉渣培养基中及鞋油上者(昆字第22及56号)为最佳。
     就在我国科学家致力于分离菌种的同时,弥漫在战争硝烟之中的英国已无法继续进行青霉素的研制工作,弗洛里等人于1941年8月不得不携带菌种来美国访问、游说,终于获得了美国北部地区研究所的支持,得以继续开展青霉素研制工作。美国陆军医院的一些患败血症、心内膜炎和心包炎等当时被认为是“绝症”的伤病员,试用青霉素后竟获痊愈。于是青霉素被喻为“神药”,轰动了医学界。
     最初生产青霉素是在2夸脱((1夸脱=1.14升)的牛奶瓶中进行的,采用固体培养技术,产量极低,每毫升只有2个单位,因为青霉素的化学结构未明了,只知道含有碳氢氧三个元素,稍后又发现含有氮和硫。那时认为检验用的标准品纯度已达90,其实只有3。但由于青霉素疗效卓越,青霉素的生产也就成为美、英科学家、企业家和政府研究或关注的重点,经过选菌、改造发酵工艺等一系列技术改进,青霉素的产量和质量迅速提高,很快转变成了工厂化的大批量生产。
     尽管美国的青霉素研制工作日新月异,但这些消息很难传入我国。一方面当时我国处于敌人的封锁之下,我国科学界与国外的联系中断,更主要的是,美、英两国的青霉素生产尚处于发韧期,严守机密,生产和使用均受控于军方。因而想获得有关情报并非易事。就是在资料非常缺乏的情况下,我国科学家研制青霉素的工作一直没有停止。
     1944年春,汤飞凡和黄有为利用应邀到印度调查公共卫生及生物制品情况的机会,携归谋自英美之青霉菌9种,与国内分离的菌种一并研究。此时,中防处获得英国红十字会捐赠的一批研究经费,研究工作步入正轨。菌种分离后,即进入培养程序。他们选定了液体培养基,但受条件所限,只能用玻璃瓶作培养皿,每瓶盛液体培养基200余公撮(1公撮=1毫升),接种后,在室温24一25℃培养2一3天,培养基表面即长满霉菌,4-5天霉菌颜色变青,有时会有金黄色滴状水珠,愈多愈佳,培养5一6天,即可将培养液取出冷藏,以待提炼,每次只能培养100一200瓶。用这种方法培养出来的青毒素效价并不高,最高时每公撮不过20-30牛津单位。后来他们找到一种在液体中也能生长的菌种,以期改进培养方法,昼夜用打气机轮流向大立瓶内打气,屡经试验,由于空气不足均未获成功。
     接下来就是提炼,他们的方法是,首先将冷藏保存的培养液调节至p H 2. 0然后加入醋酸戊酯(当时称香蕉精),不断轻摇,含有青霉素的醋酸戊酯即浮于表面,与下层菌液分离后,用pH 7. 0的蒸馏水提取数次,再经木炭脱色,氯仿再提炼,最后溶于水中,提炼即告完成。青霉素的提取工艺并不复杂,但昆明的中防处设备极其简陋,试剂和药品匮乏,遇到了不少困难。首先是缺乏提炼用的醋酸戊酯,无法进行提炼工作,幸承美军赠送了几磅,珍惜使用,才使提炼工作初步完成。提取液须检定效价后才能进行下一步的工作,但当时没有检定用的标准品,不得不用美军医院使用的Pfelzzer药厂生产的十万单位青霉素一瓶作标准品。青霉素制品必须干燥保存才不致丧失效力。由于青霉素对热极不稳定,须冷冻干燥。虽然冻干设备在欧美较大的实验室已普及,但在中国却极为匮缺。冷冻干燥分为化学和物理法两种,当时只能选择较为节省的化学干燥法,但干燥剂却成了问题,仅有从印度带回的几磅硫酸钙CaS04),不足时用石膏粉补充。至于干燥设备,全由他们自行设计。设计工作由黄有为承担,画出图纸后委托昆湖电厂机械厂制作,真空表由普通水银气压表代替。具体操作过程是将青霉素提取液分装若干安瓶,冰冻后,将安瓶与干燥器上的橡胶管连接,冰盐浴保持安瓶温度在一21℃以下,抽气24小时后即得到干燥品。
     1944年9月5日,我国自行研制青霉素成功,第一批出品仅5瓶,每瓶5000单位。其中两瓶送往重庆,两瓶分送英、美两国鉴定,均获好评。余下一瓶他们自己保存,据说至今仍珍藏于中国医学科学院抗生素研究所。关于第一批自产青霉素的效价问题,文献有2. 5万单位/支和5万单位/支两种说法,但均没有说明根据。汤飞凡本人对此有十分明确的记述:“即以单位而言,吾人检定为五千单位,而屈浦上校(Col Tripp)在重庆歌乐山中央卫生实验院查验结果,则为四千九百五十单位,后更获英国牛津大学及美国Wisconsin大学之报告,均予吾人甚善之鼓励,是又为吾人未敢预料者也”由此判断,前两种提法均不准确。
     第二批青霉素即进行了临床试验,由惠滇医院姚汉平医生选出外科创伤后血中毒症,已治疗无望的病例数人,注射自制的青霉素后,均痊愈,以后又在昆华医院进行临床试验,效果甚佳,且无不良反应。
     1944年,中国研制成功青霉素之时,美国又有20多家厂商加盟青霉素生产,产量已由1943年底的仅能治疗2万8千人,增加到能治疗200万人。即便如此,青霉素也还远远满足不了需要,如当时Lancet杂志就介绍用含活青霉菌的纱布包扎化脓性感染的浅度创伤患者,并认为在青霉素尚未普及之前,不失为一种好方法。在我国尚未有使用青霉素治疗的临床观察报告。1944年10月,由美国援助的500X100,000牛津单位的青霉素运抵我国,为了能合理使用这批药品,卫生署会商军医署成立了管理分配委员会。足见对这批为数不多的青霉素的重视,从委员会的组成看,这批药品可能主要供军方使用。这大概是首批由中国政府直接控制使用的青霉素。单就我国青霉素尚极其短缺这一情况而言,我国青霉素的试制成功,在当时是有非常重要意义的。
     对于中央防疫处的工作,世界著名胚胎化学家李约瑟博士曾给予高度赞扬。李约瑟任英国驻华大使馆科技参赞、中英科学合作馆主任期间,于1944年考查了昆明,目睹了中央防疫处的工作情况,并将所见所闻发表于英国的《自然》杂志。他说:“在昆明地区的另一处是国立中央防疫处,由中国最有才干的细菌学家汤飞凡医生主持,并有黄有为医生和一大批工作人员协助。去年这里生产了500万支伤寒疫苗。这个研究所还生产天花、白喉疫苗、破伤风类毒素和许多其他用品,包括诊断伤寒的肥达氏试验和诊断梅毒的康氏试验所需的抗原。正在生产斑疹伤寒疫苗,并有一试验小工厂生产青霉素。汤医生是英国和美国的细菌学家、免疫学家和热带病专家所熟知的。尽管缺乏自来水,他们的工厂仍保持高标准的洁净。在培养装瓶和检验部门还有一个效率极高的系统。……在好几个月里,仅有的一个锅炉还漏水,很不安全,每晚用完后都要修补,就是靠这台锅炉进行所有的消毒,供应蒸馏水等。幸亏未曾发生事故。用特别设计的方法重新利用琼脂是这个所的典型传统,在没有被鱼过分破坏之前,透析是在湖里的一个木筏里进行的,后来用很有限的材料在陆地上装配了一个透析槽。”这段文字除赞誉之外,当时设备简陋,物品短缺,以及中国科学家艰苦创业的精神也跃然纸上,藉此不难想象科学家们为研制青霉素所付出的艰辛。
     我国最早的青霉素研制工作是由汤飞凡主持和领导的,参加这项工作的有黄有为(技士)、朱既明(技士)及中华血库的范静生。其中朱既明的工作尤为出色,汤飞凡称:“尤以朱君为个中翘楚,大部分工作类多朱君所为”。当时正在美国进修的童村博士也多方收集有关青霉素生产的资料,并与中防处“恒常互相通信”,使国内的研究人员“获益之处,亦复不少”。他们的工作筚路蓝缕,迈出了我国研制抗生素的第一步。
 2.工业化生产的肇始
     在昆明期间,受条件所限,大批量生产青霉素的愿望没能实现,但由于有了良好的研究基础,终于得到美国医药助华会的援助,得以扩充设备。抗战胜利后,中央防疫处迁回北京天坛原址,在废墟上重建实验室,单独开建了青霉素制造室,1947年元旦落成。
     新增建的青霉素制造室安装了美国医药助华会捐赠的设备,包括发酵、提炼以至冷冻真空干燥等器具,较为完备,做试验和研究都适宜。但是这套设备从订购至运抵北京历时三载,在此期间,美国的青霉素生产工艺和设备已屡经改进,单就发酵的效价就已从100单位/毫升增加到了1000单位/毫升以上。这套设备显然已显陈旧。无论怎样,这也是中国当时仅有的抗生素生产设备,其规模相当于一个示范厂或中试车间。青霉素室的工作初由童村主持,成员有马誉澄(副技师)、刘璞(技术员)、黄大瑸(技术员)、徐尚志(技术员)、李连盛(专员)、王茂林(技术生)、王正华(技术生)。1948年4月童村因公去沪,工作由马誉澄主持,同年8月马誉澄受世界卫生组织资助赴加拿大多伦多大学进修青霉素制造,工作由刘璞接替。
     设备一经安装好后,立即进行调试,最初发酵液效价每公撮只有100单位,尽管如此1947年5月还是对其生产的青霉素做了广告。为了提高青霉素产量,青霉素室的工作人员又进行了一系列的工作。在机械设备方面,首先改装了培养罐,1948年1月改装完毕,主要是加快了搅拌器速度,使发酵液效价猛增至每公撮400单位。接着加装了大冷藏室,温度保持在零度,夏季提炼可避免效价损失;改造了干燥箱,使容量加大,每次可干燥1000瓶;改善了分装手续,利用了自动分装器。在研究工作方面,试验用棉花子渣代替玉米浆做发酵原料成功,并在培养基内加入甲苯醋酸使产量增加一倍,发酵液效价达每公撮750单位。周产10万单位的青霉素500-1000瓶。由于当时青霉素属短缺药品,天坛中防处的产品售价又较进口青霉素低,因而供不应求,1948年全年共生产20万单位青霉素11338瓶,售出10143瓶取得这样的成绩非常不容易。
     青霉素工业在40年代可谓高新技术产业。美、英等国的青霉素工业之所以能迅速发展,有赖于其领先的科学技术水平和现代化的工业基础。在旧中国,工业基础十分薄弱,生产青霉素这一新兴工业产品必然会遇到许多困难。
     首先是电力供给问题。战后的北京,电力严重不足,供电时有间断,而且从不预先通知,青霉素如在发酵和提炼之中,停电半小时,产量就会锐减,受此影响,在建厂之初,生产一直不能正常进行。后几经周折才与北平电车公司与冀北电力公司商定共同供电,架设专线后,生产方能正常运转。
     原料和试剂也是一大问题,当时用的培养基主要成分是玉米浆。玉米浆在美国是淀粉业和葡萄糖业的副产品,价格极廉。我国没有这样的工业,只好从美国进口浓缩品。仅运费一项就相当可观,加之申请外汇十分困难,运输时间旷日持久,显然不能满足生产需要。其它如乳糖,醋酸戊酯 ,氯仿等原料和试剂在国内均不易购得,即便购得,往往以劣充好,无法使用。
     此外,机械设备的安装、修理、改进等,随处都可能发生意想不到的困难,有些困难是欧美国家已解决的,在我国又重复遭遇,更多的则是欧美先进国家不可能发生的困难。尤其人才的缺乏,是短期无法解决的难题。当年主持青霉素生产工作的童村对此深有感触,他曾撰写“青霉素制造中的实际问题”一文论述当时面临的种种困难和问题。此文道出了建立新工业与落后的工业基础之间的不谐调,也指出了当时我国青霉素生产中的潜在危险,即一切仰赖舶来。
     依靠舶来品大量生产青霉素,既不经济,也不是长远之计。为扭转这种状况,他们作了种种努力。首先从原料入手,积极寻求国产代用品,他们提出了理想代用品的几个条件应是:价廉易得,易于处理且使用便利,更重要的是效果要和玉米浆相伯仲。根据这几个条件,他们先后试验过豆类及其它富有蛋白质的植物类浸剂,但均不理想。遍查文献也未发现有与玉米浆相媲美的。1947年童村建议用棉籽饼代替玉米浆,并着手试验,1948年春实验取得了满意的结果。他们所用材料购自北京市上,常年可买到,原本是榨出棉花籽油后剩余的残渣,为薄片或饼状,农民用来肥田,价格很低廉。他们先将棉子饼用胃蛋白酶消化后,用消化液制成培养基,用Q176号橄榄型青霉菌培养,得到每毫升培养液产生500 -600单位青霉素的结果,与使用玉米浆的产量没有差别。此外用棉子饼生产的青霉素比玉米浆生产的色泽浅得多,对于提炼和脱色更为有利。这项研究成果为我国50年代工业化生产青霉素解决了原料问题。在此基础上,张为申等人又直接用棉子饼的水浸出液培养青霉菌,产量提高到每毫升2000单位,超过国外水平。
     青霉素水提液经冷冻干燥后制得的成品为黄色无定形粉末,中央防疫处青霉素厂生产的就是这种产品,该产品不耐热,需冷藏保存,由于当时产量很少,每一单位都用到了病人身上,故无需结晶精制,但工业化生产必须制成结晶。在国际上,1943年Wintersteiner和Abraham曾先后分别制得苄青霉素和戊烯青霉素晶体,1945年确认了G ,F等各型青霉素的存在,为结晶方法奠定了基础。其后几经改进,应用到工业生产中,但实用的生产方法都被作为“商业秘密”而不公开发表,文献上的方法不切合实用,因而我国科学家只能从头摸索。
     要获得青霉素结晶,必须具备四项主要技术条件:1.溶液里的青霉素浓度一定要相当高;2 .G型青霉素的成分一定要很大;3.结晶反应剂一定要采用对青霉素破坏作用最小的盐类;4.结晶反应一定要在无水或充分脱水的状态下进行。实用的工业方法一定还要能在提炼浓缩液中直接结晶,使用安全而价廉的溶媒,有最高可能的收得率才符合生产要求。根据这几项原则,马誉澄和刘璞1949年12月在北京试验成功直接从提炼液里使青霉素钾盐结晶的方法,并于1950年1月向汉口某军区卫生报作了报道。马誉澄等的方法是用醋酸钾的乙醇饱和溶液使青霉素钾盐自提取液结晶,这一方法后经许多科学工作者的努力,效果大大提高。
     避免发酵过程中杂菌污染问题是青霉素生产成败的关键,牵涉到纯菌接种,空气消毒和机械装备等方面。童村和沈义等运用临床上追溯传染病细菌传染途径的方法,将发酵液染菌的原因归纳为四个方面:种子带菌;灭菌不彻底;设备渗漏;空气过滤系统未能完全滤除空气中的杂菌。
     针对这些污染原因,他们经过一年多的努力,采取相应的防止措施,降低了发酵染菌率。
     由于上述三方面问题的解决,50年代初顺利地进行了青霉素的中间工厂试验。1953年5月1日,我国自行设计、建设的第一座生产抗生素的专业工厂——上海第三制药厂正式投产,标志着我国抗生素工业已初步建立。
     20世纪40年代,我国的所谓医药工业,一般为加工制剂,鲜有制造原料者。青霉素则是从原始材料做起的基本生产工业,其生产综合了多种学科和技术,其建设和管理是细致而繁难的,必须依靠现代科学技术和管理方法才能运营。因而青霉素工业化生产的实现,是我国医药现代化的里程碑。40年代我国研制青霉素的工作,为我国青霉素工业化生产奠定了基础,在青霉素工业化生产的推动下,我国的抗生素工业得到迅速发展。40年代参与青霉素研制工作的科学工作者有许多成为我国医药科技界的精英和医药工业界的领导者,他们对我国医药科研和医药工业的贡献功不可没,在我国医药工业史上应占有重要地位。
     回顾我国研制青霉素的历史,还可得到一些有益的启示。我国开始研制青霉素正值战争年代,信息不畅,物质条件极其艰苦,但我国科学家并未因此放弃研究工作,他们不懈努力,在掌握了国际最新研究动态后,立即着手独立研究。在向工业化生产迈进时,他们既积极引进国外的先进技术和设备,又坚持从我国实际情况出发,进行改良性研究,最终发展起适合我国国情的青霉素工业。可以说青霉素的研制和工业化生产的成功实现,是吸收国外先进科学技术和自行研究与开发相结合的一个成功范例,其模式对于当今医药科技及其工业的发展仍有一定的借鉴和启发意义。


感动 同情 无聊 愤怒 搞笑 难过 高兴 路过
【字体: 】【收藏】【打印文章】【查看评论

相关文章

    没有相关内容