在現(xiàn)代創(chuàng)新藥研發(fā)的漫長鏈條中，有一個(gè)至關(guān)重要卻常常被低估的節(jié)點(diǎn)：從化合物首次合成（First Synthesis, FS）到首次人體給藥（First Dose in Man, FIM）的過渡期。

如何在這段被稱為“死亡之谷”的區(qū)間內(nèi)最大限度地縮短時(shí)間（FS-to-FIM），不僅考驗(yàn)著研發(fā)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)智慧，更是決定藥企能否在紅海競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)的核心壁壘。本文將穿透歷史的周期，以百時(shí)美施貴寶（BMS）在20世紀(jì)90年代的經(jīng)典戰(zhàn)略為藍(lán)本，結(jié)合當(dāng)下高度復(fù)雜的分子實(shí)體與虛擬Biotech生態(tài)，全景拆解加速早期藥物開發(fā)的底層邏輯。

一、 歷史的倒影：從“順其自然”到“時(shí)間焦灼”

要洞察當(dāng)下的戰(zhàn)略，我們必須先回溯行業(yè)的發(fā)展軌跡。在20世紀(jì)80年代以前，藥物發(fā)現(xiàn)與開發(fā)的界限相對(duì)模糊。

1. 早期研發(fā)的“古典時(shí)代”

在早期的施貴寶醫(yī)學(xué)研究所（Squibb Institute for Medical Research，后并入BMS），新藥研發(fā)主要依賴于體內(nèi)表型篩選。

•化學(xué)家們更傾向于對(duì)熟悉的結(jié)構(gòu)（如天然產(chǎn)物或“me-too”類化合物）進(jìn)行修飾，而在合成之初甚至并不完全清楚其確切的生物作用機(jī)制。

•彼時(shí)，評(píng)價(jià)化合物潛力的核心在于其是否在動(dòng)物模型（如原發(fā)性高血壓大鼠SHR模型、感染小鼠模型等）中展現(xiàn)出優(yōu)于陽性對(duì)照藥的體內(nèi)活性。

•在這一階段，“成藥性”并非核心痛點(diǎn)，因?yàn)槟菚r(shí)的活性分子普遍具備低分子量（<500 Da）、含堿性胺基且易成水溶性鹽的特征。

經(jīng)典降壓藥納多洛爾（康加爾多）的誕生便印證了這一模式：基于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)進(jìn)行合成，在證實(shí)其體內(nèi)活性后，便迅速以四種非對(duì)映體混合物的形式推向市場(chǎng)。

2. 監(jiān)管收緊與“時(shí)間膨脹”

然而，隨著20世紀(jì)80年代制藥行業(yè)步入黃金期，藥物發(fā)現(xiàn)（專注構(gòu)效關(guān)系SAR）與藥物開發(fā)（專注ADME與毒理）開始明確分工。進(jìn)入90年代，新靶點(diǎn)的大量涌現(xiàn)、臨床驗(yàn)證的缺乏以及監(jiān)管政策的收緊，導(dǎo)致研發(fā)周期被不斷拉長。

一項(xiàng)塔夫茨基準(zhǔn)研究（Tufts benchmarking study）揭示了令人警醒的數(shù)據(jù)，其報(bào)道了活性分子從首次進(jìn)行藥理試驗(yàn)到首次進(jìn)行人體研究的時(shí)間（以月為單位）。

•20世紀(jì)60年代：首次人體給藥平均耗時(shí) 18個(gè)月。

•20世紀(jì)70年代：上升至 27個(gè)月。

•20世紀(jì)80-90年代：平均耗時(shí)已達(dá) 31~34個(gè)月。

與開發(fā)時(shí)間延長形成致命對(duì)沖的，是新藥市場(chǎng)獨(dú)占期的急劇縮水。第一代重磅藥物（如卡托普利）尚能享受4.7年的市場(chǎng)獨(dú)占期，而到了90年代末，神經(jīng)氨酸酶抑制劑（如達(dá)菲、瑞樂砂）的首發(fā)優(yōu)勢(shì)僅剩下短短的幾個(gè)月，甚至幾近于無。

卡托普利的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖源：摩熵醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫

在巨額研發(fā)投入與短暫回報(bào)期的雙重?cái)D壓下，“提速”成為了關(guān)乎企業(yè)生死存亡的必答題。

二、 BMS的破局之戰(zhàn)：重構(gòu)發(fā)現(xiàn)與開發(fā)的邊界

面對(duì)行業(yè)困局，BMS在90年代初啟動(dòng)了激進(jìn)的內(nèi)部改革，核心目標(biāo)直指壓縮開發(fā)時(shí)間。他們對(duì)過往推進(jìn)最快的項(xiàng)目（如卡托普利、氨曲南等，平均FS-to-FIM時(shí)間僅為12.8個(gè)月）進(jìn)行了深度復(fù)盤。

復(fù)盤結(jié)果顯示，決定項(xiàng)目速度的核心不在于運(yùn)氣的加持，而在于極具前瞻性的管理機(jī)制。BMS最終提煉出了四大破局策略，這些策略在今天看來依然是教科書級(jí)別的操作 ：

1. 前置并行工程

針對(duì)導(dǎo)致延遲的第二大元兇——化合物供給斷裂，BMS徹底拋棄了后置的工藝放大邏輯。他們提出了“前瞻性工藝研究策略”：在先導(dǎo)化合物優(yōu)化階段的最后6個(gè)月，工藝化學(xué)家就必須強(qiáng)行介入藥物發(fā)現(xiàn)流程。團(tuán)隊(duì)組建了名為“確定我們的原材料”的特種小組，緊跟構(gòu)效關(guān)系（SAR）的演進(jìn)，在最終候選分子被鎖定之前，就提前評(píng)估并確立了適合百克級(jí)至公斤級(jí)放大的鹽型與多晶型物。這一舉措使得分子在正式立項(xiàng)進(jìn)入開發(fā)階段時(shí)，用于限速的GLP毒理學(xué)研究的原料藥已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，徹底消滅了長達(dá)數(shù)月的工藝摸索空窗期。

2. 跨部門深度整合

為了根治部門墻帶來的協(xié)作阻力，BMS在發(fā)現(xiàn)后期組建了“開發(fā)協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)（DCT）”。這是一個(gè)由一線科研人員（通常是具有極強(qiáng)解決問題能力的化學(xué)、制造和控制（CMC）專家）全權(quán)領(lǐng)導(dǎo)的多學(xué)科矩陣式組織，其成員橫跨了ADME、藥物安全評(píng)估（DSE）以及臨床供應(yīng)鏈部門。DCT被賦予了極高的戰(zhàn)術(shù)決策權(quán)，他們不受常規(guī)僵化管理制度的束縛，唯一的使命就是制定綜合時(shí)間線并積極調(diào)配所有關(guān)聯(lián)資源，以最小化FS-to-FIM周期。BMS甚至為這些未來領(lǐng)袖制定了為期兩天的密集閉門培訓(xùn)，涵蓋矩陣團(tuán)隊(duì)管理、基因毒性雜質(zhì)控制以及同位素標(biāo)記合成等硬核議程。

3. 極致的流程優(yōu)化

魔鬼往往隱藏在細(xì)節(jié)之中。DCT在審查毒理學(xué)研究時(shí)間線時(shí)敏銳地捕捉到一個(gè)荒謬的現(xiàn)象：部分實(shí)驗(yàn)室在等待原料藥合成完畢并運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，才開始著手訂購用于GLP測(cè)試的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，這導(dǎo)致了數(shù)周的無謂等待。通過引入適度的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，BMS強(qiáng)制要求在原料藥預(yù)計(jì)可用的數(shù)周前提前預(yù)訂動(dòng)物資源，將給藥動(dòng)物的空窗期與API的交付期完美重疊。僅這一項(xiàng)看似微不足道的供應(yīng)鏈調(diào)度優(yōu)化，就為整個(gè)項(xiàng)目硬生生搶回了2周的寶貴時(shí)間。

4. 文化重塑與團(tuán)隊(duì)狂熱

流程的物理改變必須輔以化學(xué)層面的文化催化。BMS極力在發(fā)現(xiàn)化學(xué)家、分析研究員與工藝藥師之間培養(yǎng)一種真誠的“主人翁意識(shí)”。這種熱情并非來源于強(qiáng)迫性的加班，而是基于解決前沿科學(xué)挑戰(zhàn)的成就感。在早期的 氨曲南（Aztreonam，單環(huán)β-內(nèi)酰胺類抗生素）項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)成員甚至自發(fā)制作并佩戴印有“我喜歡單環(huán)菌素”的紅心紐扣。這種極具個(gè)人色彩的情感投射在枯燥的實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生了奇妙的共振，成為了跨越無數(shù)技術(shù)死胡同的強(qiáng)效心理潤滑劑。

氨曲南的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖源：摩熵醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫

通過這套近乎嚴(yán)苛的組合拳，BMS在計(jì)劃實(shí)施的第一年內(nèi)就收到了令人震驚的回報(bào)。原本平均需要35個(gè)月的FS-to-FIM周期被大幅度腰斬，許多常規(guī)項(xiàng)目在不到兩年的時(shí)間內(nèi)輕松完成，而最順利的明星項(xiàng)目，甚至在短短367天內(nèi)就跑完了從首次合成到受試者體內(nèi)給藥的全程。BMS在1990年代奠定的這套加速理論，至今仍被全球各大藥企奉為金科玉律。

三、 現(xiàn)代啟示錄：應(yīng)對(duì)復(fù)雜分子的化學(xué)突圍

時(shí)至今日，隨著高通量篩選和靶向制劑平臺(tái)的普及，候選分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)上升。在BMS看來，化學(xué)復(fù)雜性是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、隨時(shí)間變化的外部現(xiàn)象，它直接決定了工藝團(tuán)隊(duì)能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)交付高質(zhì)量的化合物。

在向開發(fā)階段過渡的前6~9個(gè)月，新藥研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須做出第一個(gè)也是最重要的戰(zhàn)略決策：是繼續(xù)沿用發(fā)現(xiàn)階段的合成路線，還是投入資源開發(fā)全新的合成技術(shù)？

經(jīng)典案例：JAK2抑制劑 BMS-911543 的極速突圍

BMS-911543 的開發(fā)完美詮釋了“磨刀不誤砍柴工”的現(xiàn)代工藝邏輯。

BMS-911543 的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖源：摩熵醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫

•初始困境：發(fā)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)提供的原始合成路線長達(dá)19步，不僅效率極低，而且如果強(qiáng)行放大，將耗盡龐大的研發(fā)資源。

•果斷重構(gòu)：BMS迅速集結(jié)高級(jí)化學(xué)家團(tuán)隊(duì)，從市售原料出發(fā)，并行探索替代路線。

•驚艷交付：在短短7個(gè)月內(nèi)，一條全新的10步線性合成路線（總收率11%）被成功確立。這不僅解決了工藝安全問題，更在概念提出后的1年內(nèi)，奇跡般地交付了600g毒理學(xué)樣品和2.2kg的I期臨床樣品。

BMS-911543 項(xiàng)目從藥物發(fā)現(xiàn)階段向臨床開發(fā)階段過渡期的合成工藝進(jìn)化全景對(duì)比

這一案例深刻表明：對(duì)基于首要原則的底層化學(xué)創(chuàng)新進(jìn)行早期投資，是化解復(fù)雜性、跑贏時(shí)間差的最有效利器。

四、 虛擬化生存：CRO/CMO 生態(tài)下的并聯(lián)引擎

BMS-911543 的輝煌固然令人心潮澎湃，但這很大程度上是依賴于資金雄厚、人才濟(jì)濟(jì)、試錯(cuò)底氣十足的大型跨國藥企（Big Pharma）的“巨艦邏輯”。然而，將目光投向當(dāng)下醫(yī)藥創(chuàng)新的另一股絕對(duì)中堅(jiān)力量——數(shù)以千計(jì)的中小型生物技術(shù)公司（Biotech），情況則呈現(xiàn)出另一番景象。

由于資本環(huán)境的嚴(yán)冬與資源聚焦的必然要求，現(xiàn)代的Biotech公司在組織架構(gòu)上往往呈現(xiàn)出極其明顯的“虛擬化”特征。它們可能在人工智能靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、單細(xì)胞測(cè)序或前沿空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)等深水區(qū)擁有獨(dú)步天下的技術(shù)壁壘，但一旦涉及到需要耗資數(shù)億美元自建的CMC（化學(xué)、制造和控制）工藝實(shí)驗(yàn)室、GMP標(biāo)準(zhǔn)的原料藥/制劑放大車間以及龐大的臨床運(yùn)營團(tuán)隊(duì)時(shí)，它們往往一籌莫展。對(duì)于這些與時(shí)間賽跑、與融資里程碑對(duì)賭的Biotech而言，如何能夠以輕資產(chǎn)的模式，完美復(fù)制甚至超越BMS當(dāng)年那種極致的FS-to-FIM競(jìng)速曲線？

通過與具備頂尖能力的合同研究組織（CRO）以及合同定制研發(fā)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)（CDMO）進(jìn)行深度綁定，Biotech企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)跨空間的“并行活動(dòng)”。例如，在優(yōu)化含有多個(gè)復(fù)雜片段（ABCDE）的分子路線時(shí)：

① 委托一家CRO并行制備公斤級(jí)的A和B獨(dú)立片段。

② 同時(shí)調(diào)度第二家CRO的高級(jí)FTE（全時(shí)當(dāng)量）團(tuán)隊(duì)，攻克低收率的核心合成步驟。最終，將一條總收率僅為4.6%且嚴(yán)重依賴色譜分離的路線，蛻變優(yōu)化為收率高達(dá)43%的商業(yè)化路線。

此外，一體化平臺(tái)的崛起正在進(jìn)一步重塑時(shí)間線。例如，Quotient Clinical 推出的 Translational Pharmaceutics 平臺(tái)，能夠?qū)⒅苿╅_發(fā)、cGMP生產(chǎn)與臨床研究無縫橋接 。該平臺(tái)甚至支持在給藥前實(shí)時(shí)生產(chǎn)藥品（如短效脂質(zhì)口服膠囊），根據(jù)臨床實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整劑量，徹底消滅了FIH（首次人體試驗(yàn)）前冗長的臨床批次生產(chǎn)和等待時(shí)間。

五、未來已來——硅基算力、自動(dòng)化與轉(zhuǎn)化科學(xué)的終極交響

縱觀全篇，我們已經(jīng)詳盡地梳理了制藥工業(yè)為跨越“死亡之谷”所做出的種種卓絕努力。從1980年代以前閉門造車、依賴動(dòng)物模型的“經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)”，到1990年代BMS通過打破部門物理藩籬、強(qiáng)勢(shì)引入“并行介入”與“矩陣協(xié)調(diào)（DCT）”所引發(fā)的管理學(xué)流程革命；再到當(dāng)代面對(duì)結(jié)構(gòu)猶如迷宮般的復(fù)雜分子時(shí)，通過前置工藝介入與尖端金屬催化技術(shù)（如C-H鍵活化）實(shí)現(xiàn)降維打擊；直至今天，由Biotech與一體化CDMO構(gòu)建的敏捷共生網(wǎng)絡(luò)。

然而，如果我們要為這張面向下一個(gè)十年的研發(fā)加速全景圖畫上最后的點(diǎn)睛之筆，就必須承認(rèn)，僅僅依靠人類管理學(xué)層面的流程壓榨與頂尖化學(xué)家肉身在實(shí)驗(yàn)室里的手工試錯(cuò)，已經(jīng)無可避免地觸及了碳基生命的效率天花板。立足當(dāng)下的前沿，以生成式人工智能（Generative AI）和大語言模型（LLMs）為代表的硅基浪潮，正在以排山倒海之勢(shì)，為FS-to-FIM這一人類科學(xué)史上最艱難的征途注入屬于未來的狂暴加速度。

1. 生成式AI：重塑逆合成規(guī)劃的神級(jí)外腦

正如Li和Eastgate在其“當(dāng)前復(fù)雜性”模型中所深刻指出的，分子的外在合成難度受制于人類已知的化學(xué)工具組合。在過去，要尋找類似于BMS-911543那條能夠?qū)?9步削減至10步的絕世工藝路線，高度依賴于全球屈指可數(shù)的頂尖工藝化學(xué)大拿們的靈光一現(xiàn)、深厚的直覺積淀以及無數(shù)個(gè)日夜在通風(fēng)櫥前的繁重試錯(cuò)。

如今，生成式AI與計(jì)算機(jī)輔助合成規(guī)劃（Computer-Assisted Synthesis Planning, CASP）正在無情地顛覆這一陳舊的知識(shí)傳承模式。通過深度學(xué)習(xí)人類歷史上數(shù)以億計(jì)的化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合量子化學(xué)底層規(guī)則，當(dāng)代最先進(jìn)的AI大模型能夠在區(qū)區(qū)幾分鐘內(nèi)，窮舉并并行評(píng)估數(shù)萬條潛在的逆合成裂解路線。它們不僅能夠預(yù)測(cè)一個(gè)分子的理論可合成性，更能在圖紙階段就主動(dòng)識(shí)別并規(guī)避那些可能導(dǎo)致微量重金屬殘留、極高廢液排放或易爆風(fēng)險(xiǎn)的危險(xiǎn)轉(zhuǎn)化步驟。

機(jī)器學(xué)習(xí)工具及其在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用（doi：10.1038/s41573-019-0024-5）

這意味著，在極早期的靶點(diǎn)鎖定與先導(dǎo)化合物設(shè)計(jì)階段，AI就如同擁有了未卜先知的能力。它能提前將那些“在計(jì)算機(jī)屏幕上親和力無敵，但在工廠反應(yīng)釜里根本無法量產(chǎn)”的廢柴分子剔除出局，從而將前瞻性工藝的防線向極度前端再次推進(jìn)，徹底消滅了進(jìn)入開發(fā)期后才發(fā)現(xiàn)路線走不通的災(zāi)難性回溯。

利用預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物支持藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)

2. 18個(gè)月的硅基奇跡：數(shù)字化時(shí)代的“極速?zèng)_刺”

在這場(chǎng)硅基革命中，以英矽智能（Insilico Medicine）為代表的AI驅(qū)動(dòng)型先鋒藥企，已經(jīng)向整個(gè)守舊的制藥工業(yè)展示了算法帶來的恐怖破壞力。在一項(xiàng)旨在攻克特發(fā)性肺纖維化（IPF）的創(chuàng)新藥攻堅(jiān)戰(zhàn)中，該公司利用其自研的AI引擎生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，不僅獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了未見經(jīng)傳的全新致病靶點(diǎn)，更是從零開始由AI親手設(shè)計(jì)出了代號(hào)為ISM001-055的全新小分子實(shí)體。

Insilico Medicine公布利用生成式人工智能發(fā)現(xiàn)的新型療法的研發(fā)候選藥物基準(zhǔn)和時(shí)間表

更為驚世駭俗的是，從AI系統(tǒng)正式啟動(dòng)靶點(diǎn)運(yùn)算，到完成臨床前候選藥物（PCC）的所有驗(yàn)證，并最終將該藥物推向首次人體試驗(yàn)（FIH），整個(gè)跨度僅僅耗時(shí)約18個(gè)月，且總資金消耗控制在令人難以置信的數(shù)百萬美元級(jí)別�；叵胍幌虑拔腁.D. Little報(bào)告中記載的，1990年代傳統(tǒng)藥企平均需要31個(gè)月以上才能走完的FS-to-FIM泥濘之路 ，在AI大語言模型與干濕實(shí)驗(yàn)室融合的加持下，時(shí)間仿佛被折疊了。

3. 自動(dòng)化武裝的“未來實(shí)驗(yàn)室”與數(shù)字終點(diǎn)

算力狂飆的終極載體，是徹底消除實(shí)驗(yàn)室人力執(zhí)行瓶頸的硬件革命。根據(jù)德勤（Deloitte）2024年的高階洞察報(bào)告，受制于全球宏觀經(jīng)濟(jì)的通脹壓力、臨床試驗(yàn)極度復(fù)雜的招募環(huán)境以及新一輪高價(jià)值資產(chǎn)專利到期的懸崖逼近，大型藥企正面臨前所未有的提升研發(fā)投資回報(bào)率（IRR）的生存壓力。

在這一背景下，不惜重金打造高度自動(dòng)化的“未來實(shí)驗(yàn)室”已成為巨頭們的共同選擇。通過部署超高通量化學(xué)反應(yīng)篩選陣列（HTE）、24小時(shí)無人值守的全自動(dòng)結(jié)晶篩選機(jī)械臂以及貫穿全局的云計(jì)算數(shù)據(jù)管理中臺(tái)，企業(yè)能夠在幾天之內(nèi)自動(dòng)跑完上萬個(gè)反應(yīng)條件，瞬間收集以往需要大批人工耗費(fèi)數(shù)月才能積累的溶解度曲線、多晶型相圖及工藝穩(wěn)健性海量數(shù)據(jù)。

數(shù)字化復(fù)利可重塑研發(fā)深度與速度

不僅如此，結(jié)合塔夫茨中心（Tufts CSDD）2024年披露的最新數(shù)字型終點(diǎn)（Digital endpoints）臨床策略，通過可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)捕獲一期臨床受試者的生理參數(shù)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)甚至可以在IND申報(bào)正式獲批前，就憑借無懈可擊的全維度CMC數(shù)據(jù)包與數(shù)字孿生（Digital twin）模擬器，建立起必勝的信心。這種軟硬件的極致結(jié)合，徹底夯實(shí)了早期開發(fā)協(xié)調(diào)團(tuán)隊(duì)（DCT）的火力底座，令新藥駛?cè)肱R床的每一個(gè)環(huán)節(jié)都嚴(yán)絲合縫。

結(jié)語

回顧半個(gè)世紀(jì)的研發(fā)史，藥物發(fā)現(xiàn)向開發(fā)的過渡，已經(jīng)從簡(jiǎn)單粗暴的“把化合物扔過墻”演變?yōu)榱烁叨染�密的跨學(xué)科系統(tǒng)工程。

無論是在BMS這樣的大型跨國藥企，還是在依靠CRO驅(qū)動(dòng)的初創(chuàng)Biotech，并行前置、跨界整合、底層工藝創(chuàng)新 始終是壓縮 FS-to-FIM 時(shí)間線的核心法則。在新藥研發(fā)這場(chǎng)與時(shí)間的慘烈賽跑中，只有那些能夠?qū)?ldquo;化學(xué)復(fù)雜性”轉(zhuǎn)化為“工程執(zhí)行力”的團(tuán)隊(duì)，才能真正跨越死亡之谷，將前沿的分子科學(xué)轉(zhuǎn)化為造�；颊叩呐R床曙光。

       原文標(biāo)題 : 新藥破局：如何高效壓縮FS-to-FIM（首次合成至首次人體）的開發(fā)周期？