D3Edu - Aligned research and education in medicinal chemistry

Relevans

Utviklingen av moderne legemidler gjennom medisinsk-kjemisk forskning er avgjørende for å kunne håndtere helseutfordringer i det globale samfunnet fremover. Utdanningen av effektive forskere på dette området er i dag en svært lang prosess, delvis på grunn av tverrfagligheten og kompleksiteten av de ulike feltene som er involvert, men også fordi gode forskere trenger modningstid og erfaring for å utvikle ferdigheter og en mer dypere interesse for forskningen. Det å koble forskningen sammen med utdanning på et tidlig stadium er derfor en sentral utfordring. Dette blir også uttrykt generelt gjennom Forskningsmeldingen, som fremhever at forskning bør bli en mer aktiv del av utdanningsforløpet: "Læring gjennom forsknings- og utviklingsaktivitet styrker studentenes innsikt i faget, motiverer til videre faglig utvikling etter endt utdanning og styrker evnen til kritisk tenking. Praktisk erfaring med forsknings- og utviklingsarbeid, sammen med erfarne forskere, kan legge til rette for både utvikling og anvendelse av ny kunnskap og gjøre terskelen for å søke etter og ta i bruk forskning i arbeidslivet lavere. Det er ønskelig at studentene involveres i forsknings- og utviklingsarbeid allerede på bachelornivå." (Meld. St. 18 (2012–2013), avsnitt 5.2.2 Studentaktiv forskning.

Såkalt konstruktiv samstemming av utdanningen er viktig for å gi alle studentene den beste muligheten for å oppnå dyp lœring. Dette begrepet innebœrer at alle lœringsaktivitene som gjennomføres må trekke i samme retning og mot de samme overordnede målsetninger. Nettopp dette er et sentralt tema i kontemporære lœringsteorier, som i dag legger føringer på hvordan moderne undervisning og evaluering foregår (jf. Kvalifikasjonsrammeverket). Ved å integrere studentene i aktiv forskning som en del av utdanningen, er det dermed også et argument at disse må samstemmes. Mer samstemt forskning og utdanning innen medisinalkjemi er et overordnet mål for dette prosjektet.

Moderne design og utvikling av medisinske stoffer

Utviklingen av et moderne legemiddel forutsetter dannelsen av et stort antall stoffer med variasjon i kjemisk struktur – såkalte kjemiske biblioteker.Struktur-diversiteten som finnes i slike biblioteker kan benyttes av medisinalkjemikere til å kartlegge hvilke deler av den kjemiske strukturen som er viktige for medisinsk aktivitet, og dermed finne ut hvordan et optimalt legemiddel må se ut. De kjemiske bibliotekene brukes også for å oppdage nye strukturelementer som gir gunstige og særegne medisinske egenskaper, og kan dermed være startpunktet for utviklingen av et nytt medikament. Praktiske og allsidige kjemiske metoder for å generere slike medisinsk-kjemiske biblioteker på en forutsigbar måte er derfor uvurderlige redskaper i medisinaldesign. Her spiller diversitets-orientert kjemisk syntese (DOS) en sentral rolle i flere faser av prosessen med å utvikle moderne legemidler.

Kjemiske biblioteker som inneholder såkalte heterosykliske forbindelser, sykliske strukturer med ett eller flere ikke-karbonatomer, spiller en spesielt viktig rolle i medisinalutvikling. Disse strukturene finnes det rikelig av i moderne legemidler på grunn av deres gunstige farmasøytiske egenskaper. For eksempel, av de 60 mest-selgende legemidlene i USA har over halvparten av dem heterosykliske strukturer som sentrale komponenter. I kjemiske biblioteker som er rettet mot medisinaldesign er det derfor viktig at det genereres nye, unike stoffer som har heterosykliske strukturelementer.

Kjemiske biblioteker – ideelle for utdanning?

Forskningsprosjekter som innebærer utvikling av kjemiske biblioteker gir særegne muligheter for å aktivt involvere studenter fra ulike studienivåer. Dette fordi tilvirkning av stoffer til biblioteket lett kan tilpasses ferdighetene til studentene på de ulike studienivåene, samtidig som man har et felles overordnet mål. Ved å starte med relativt enkle kjemiske reaksjoner og byggesteiner, kan man eksempelvis utforme bachelor-prosjektoppgaver eller elevøvelser med målsetning om å generere produkter som danner grunnlaget for det medisinsk-kjemiske biblioteket. Ved å bruke disse produktene videre, vil biblioteket utvikles og gradvis øke i diversitet - noe som karakteriserer gode kjemiske biblioteker. Høyere nivå bachelor-prosjekter og mastergradsoppgaver vil kunne utformes basert på produktene generert på grunn-nivået, og dermed ta disse et steg videre. Dette kan også foregå som en integrert del av laboratoriekurs i ulike former. På denne måten vil hvert studienivå kunne ha en forskningskomponent av ønsket størrelse, som danner grunnlaget for studentaktiv forskning på neste nivå opp. Dette er en svært gunstig, synergisk strategi for å integrere utdanning med forskning.

Norge har i en årrekke satset tungt på forskning innen marin bioprospektering, det vil si prosessen med å identifisere nyttige naturstoffer i marine organismer. Slike naturstoffer er viktige kilder til inspirasjon for design av nye legemidler. Naturstoffene i seg selv er oftest ikke brukbare som medisiner da de gjerne har uønskede bivirkninger eller ikke tas opp i kroppen på en god måte. Såkalte fokuserte medisinsk-kjemiske biblioteker må da genereres, som er inspirerte av strukturen til naturstoffene. Ved å teste alle de naturstoff-lignende stoffene i disse bibliotekene, kan man studere hvordan detaljer i strukturen influerer den medisinske virkningen og bivirkningene. Dermed kan man potensielt finne en effektiv medisin som har lite bivirkninger og som kroppen kan absorbere. Her er det stort potensiale til å utforme forskningsprosjekter for studenter som også kan integreres i kurs på mange ulike nivåer.

Nøkkelutfordringer og prosjektmål

Det å integrere og samstemme utdanning og forskning i større grad innebœrer en rekke utfordringer som det er ønskelig å belyse gjennom dette prosjektet. Man ser for seg følgende nøkkelutfordringer: (1) å kunne designe forskningsprosjekter som er gjennomførbare med det kunnskaps- og ferdighetsnivået som som studentene har på de ulike utdanningsnivåene, (2) å realisere en overordnet sammenheng mellom prosjektene som muliggjør en logisk progresjon i kurs-og forskningsaktiviteter hele veien fra bachelor til doktorgrad, og; (3) samstemming mellom prosjekter, kurs, forskning og formidling som øker studentenes muligheter for dyp lœring, samtidig som de bygger opp verdifult kunnskaps- og erfaringsgrunnlag.