日前，美國化學(xué)協(xié)會(huì)（Americian Chemistry Society, ACS）出版的《化學(xué)與工程新聞》（C&EN）期刊公布了2019年值得關(guān)注的10家初創(chuàng)公司榜單。C&EN表示，這10家公司是由該雜志的記者和編輯從上百家公司中精心挑選的，這些公司不但具有突破性化學(xué)技術(shù)，而且致力于解決與改善人類生活相關(guān)的重要問題。下面我們來看看這些初創(chuàng)公司如何讓我們個(gè)人、社區(qū)、以及世界變得更好！
Frontier Medicines——使用化學(xué)蛋白組學(xué)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新抗癌靶點(diǎn)
創(chuàng)建時(shí)間：2018年
Frontier Medicines公司的目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)靶向“不可成藥”靶點(diǎn)的化合物。大多數(shù)小分子藥物需要與蛋白表面的特定“口袋“來結(jié)合才能發(fā)揮抑制蛋白功能的效果。然而，人體的大約20000種蛋白中90%左右并沒有與小分子化合物結(jié)合的明顯”口袋“。這對(duì)于開發(fā)抗癌療法來說是一大挑戰(zhàn)。
這些“不可成藥“蛋白在細(xì)胞中遇到其它結(jié)合蛋白時(shí)可能出現(xiàn)暫時(shí)的”口袋“，但是它們只存在的時(shí)間很短，在蛋白行使完功能后就會(huì)消失。Frontier Medicines公司的化學(xué)蛋白組學(xué)平臺(tái)能夠使用共價(jià)探針（covalent probes），發(fā)現(xiàn)蛋白上短暫出現(xiàn)的結(jié)合位點(diǎn)。理論上，這一技術(shù)平臺(tái)能夠設(shè)計(jì)的共價(jià)化合物能夠靶向”不可成藥“蛋白組中50%的靶點(diǎn)。該公司同時(shí)在開發(fā)靶向蛋白降解技術(shù)，與這些共價(jià)化合物相結(jié)合，可以將”不可成藥“靶點(diǎn)送入細(xì)胞的蛋白酶體中降解。Cyclopure——將玉米變成凈化水源的聚合物
創(chuàng)建時(shí)間：2016年據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年全世界消費(fèi)的瓶裝水超過3750億升，這意味著相應(yīng)產(chǎn)生的塑料水瓶給世界的生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。而人們不愿意飲用自來水的原因也很容易理解，自來水中可能包含多種微量污染物（micropollutants），包括藥物、殺蟲劑、全氟/多氟烷基化合物（PFAS）等等。Cyclopure公司的愿景是讓自來水變得更為純凈，讓人們可以放心地飲用自來水。
該公司的Dexsorb和Dexsorb+技術(shù)是基于名為β-環(huán)糊精（β-cyclodextrin）的化合物。這種化合物的形狀像一個(gè)小桶，上寬下窄，內(nèi)部具有疏水性。它很適合捕捉小的有機(jī)分子。Cyclopure將β-環(huán)糊精連接起來制成一種具有多個(gè)小孔的濾網(wǎng)。它吸收微量污染物的能力不但超過目前在濾水器中常用的活性炭，而且濾水需要的時(shí)間只是活性炭的幾分之一。將這種材料用甲醇清洗之后就可以重新使用，相比之下，活性炭需要被加熱到500~900度才能再次使用。
“我們希望，我們能夠改變?nèi)藗兊男袨榱?xí)慣，讓他們能夠回到飲用自來水?！痹摴镜氖紫瘓?zhí)行官Frank Cassou先生說。
Kebotix——AI聯(lián)手機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新材料
創(chuàng)建時(shí)間：2017年無論是開發(fā)解決氣候變化的新科技，還是發(fā)現(xiàn)治療疾病的創(chuàng)新療法，我們都需要設(shè)計(jì)和制造新的材料和分子。Kebotix公司的目標(biāo)是將人工智能（AI）和機(jī)器人技術(shù)融合在一起，構(gòu)建一個(gè)完全自動(dòng)化的材料開發(fā)實(shí)驗(yàn)室。研發(fā)人員只需要輸入需要開發(fā)的材料的屬性要求，AI和它們操縱的機(jī)器人將自動(dòng)完成材料的開發(fā)、合成、和特征分析。這種全自動(dòng)平臺(tái)有望大幅度加快新化學(xué)分子的發(fā)現(xiàn)速度，同時(shí)減少人力的耗費(fèi)。
該公司近日與東北大學(xué)（Northeastern University）達(dá)成一項(xiàng)研發(fā)合作，開發(fā)用于光動(dòng)力抗癌療法（photodynamic cancer therapy）的材料。
Ligandal——使用納米顆粒遞送CRISPR基因編輯系統(tǒng)和RNA療法
創(chuàng)建時(shí)間：2013年基于CRISPR的基因編輯系統(tǒng)被認(rèn)為是治療多種遺傳疾病的有力選擇，然而，如何將CRISPR基因編輯系統(tǒng)遞送到細(xì)胞中一直是療法開發(fā)方面的重大挑戰(zhàn)之一。目前的遞送方式包括病毒載體、脂質(zhì)納米顆粒、和電穿孔轉(zhuǎn)染。然而病毒載體可能引發(fā)人體的免疫反應(yīng)，脂質(zhì)納米顆粒通常只能將療法遞送到肝臟中，而電穿孔轉(zhuǎn)染只能用于在體外處理細(xì)胞。
Ligandal公司開發(fā)的納米顆粒技術(shù)旨在特異性靶向任何制定的細(xì)胞，遞送CRISPR基因編輯系統(tǒng)或者RNA療法。該公司的納米顆粒由多種多肽構(gòu)成，在確認(rèn)靶向的細(xì)胞/組織后，研究人員首先找出這些細(xì)胞表面表達(dá)的獨(dú)特受體，然后合成與這些受體相結(jié)合的多肽。它們與構(gòu)成納米顆粒的其它聚合物和多肽成分結(jié)合，形成一個(gè)能夠與靶標(biāo)細(xì)胞特異性結(jié)合的納米顆粒。這種納米顆粒不含脂質(zhì)，無需聚乙二醇化，可以根據(jù)靶向細(xì)胞和攜帶療法的特征進(jìn)行定制優(yōu)化。該公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Andre Watson博士的愿景是，能夠?qū)⒉煌寞煼ㄟf送到人體中任何細(xì)胞類型。
Mosaic Materials——從大氣中捕捉二氧化碳世界氣候變化的原因是由于溫室氣體的過度排放，二氧化碳是最為常見的溫室氣體之一。Mosaic Materials公司的目標(biāo)是開發(fā)能夠吸收二氧化碳的材料。
該公司開發(fā)的材料是基于金屬-有機(jī)框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）的多孔晶狀固體材料。它就像一個(gè)具有超高吸收能力的海綿，利用多空材料的表面積吸附大量氣體分子。這種MOFs材料的優(yōu)點(diǎn)在于通過改變溫度，可以將它從吸收氣體轉(zhuǎn)變?yōu)獒尫艢怏w，因此可以很容易將吸收的二氧化碳釋放在封閉環(huán)境中。然后MOFs可以被重復(fù)使用。
而且，通過改變MOFs的構(gòu)建參數(shù)，它可以用來吸收其它工業(yè)氣體，包括乙烯、丙烯等等。
“作為一個(gè)科學(xué)家，你的目標(biāo)是為社會(huì)面對(duì)的問題提供解決方法?！霸摴镜氖紫瘓?zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Thomas M. McDonald博士說。
Polystyvert——使用天然溶劑回收塑料廢物
創(chuàng)建時(shí)間：2011年隨著塑料容器的廣泛使用，我們的社會(huì)同時(shí)面臨著如何回收塑料的挑戰(zhàn)。聚苯乙烯（polystyrene）是最常見的塑料之一，它是很多泡沫塑料、裝載食品的塑料器具的主要成分。
Polystyvert公司開發(fā)出一種名為對(duì)異丙基苯（p-cymene）的有機(jī)溶劑。它是多種精油中存在，對(duì)聚苯乙烯的溶解度非常高，同時(shí)它又不會(huì)溶解其它常見的塑料品種。該公司回收聚苯乙烯的方式是先將這種塑料溶解在對(duì)異丙基苯中，然后濾掉其它雜質(zhì)，再通過添加另一種有機(jī)溶劑讓聚苯乙烯沉淀出來。這些純化過的聚苯乙烯可以作為原材料，再被重新使用制成塑料器具。
Polystyvert表示，這一回收過程可以回收95%的聚苯乙烯，生成的聚苯乙烯原料純度超過99.9%。它可能成為回收塑料廢物的有力選擇。Sustainable Bioproducts——使用極端微生物生產(chǎn)人造肉Sustainable Bioproducts公司的主打產(chǎn)品MK7是來自美國黃石國家公園的火山溫泉中的纖維狀真菌。在合適的培養(yǎng)條件下，它們能夠迅速增殖，形成一種與肌肉纖維類似的網(wǎng)狀組織。這種真菌的構(gòu)成組分中50%是蛋白質(zhì)，而且與動(dòng)物蛋白一樣包含9種必需氨基酸。
它同時(shí)含有提供“肉味”的血紅素，還包含維生素D，鈣質(zhì)，纖維等多種營(yíng)養(yǎng)成分。這種從真菌中生產(chǎn)的“人造肉”可以用于替代肉類或者其它基于植物蛋白的“人造肉”產(chǎn)品。
“其它肉類替代產(chǎn)品并沒有增加世界上的蛋白質(zhì)供應(yīng)，它們只是將一種類型的蛋白質(zhì)變換了形式，”該公司的創(chuàng)始人之一Thomas Jonas先生說：“我們?cè)谏尚碌鞍踪|(zhì)，這就好像創(chuàng)造了一種新型的’牛’。”
Syzygy Plasmonics——使用光催化讓化學(xué)反應(yīng)更為有效通常加快化學(xué)反應(yīng)的方法是通過加熱，例如絕大多數(shù)的氫氣是通過將甲烷和水混合，在催化劑的作用下，將反應(yīng)溫度升到800度以上來完成的。而Syzygy Plasmonics公司的新方法使用的是一種新型光催化劑，它可以顯著降低生成氫氣的反應(yīng)需要的溫度。
該公司的催化劑屬于等離子體光催化劑（plasmonic photocatalyst），使用獨(dú)特的制造工藝和配方，該公司生產(chǎn)的催化劑的活性是目前鉑-二氧化鈦光催化劑的100倍。目前，Syzygy在開發(fā)小型氫氣生成系統(tǒng)，用于支持燃料電池驅(qū)動(dòng)的汽車以及使用氫氣作為能源的公司。該公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Trevor Best博士表示，這一技術(shù)可以用于任何氣態(tài)化學(xué)反應(yīng)。Via-Separation——構(gòu)建更好的氧化石墨烯薄膜據(jù)統(tǒng)計(jì)，以熱能為基礎(chǔ)的工業(yè)化學(xué)分離過程（例如蒸餾）所消耗的能量占全球年均能量消耗的10%~15%。因此將耗費(fèi)大量能量的分離過程轉(zhuǎn)化為過濾過程，不但可以將能量消耗減少90%，而且能夠幫助降低溫室氣體的排放。Via-Separations公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Shreya Dave博士的開發(fā)的氧化石墨烯薄膜能夠幫助達(dá)到這一目標(biāo)。
目前用于過濾的工業(yè)化薄膜由多聚物或陶瓷制成，然而陶瓷薄膜的孔徑不夠小，無法用于分離多種化合物。而多聚物薄膜又無法經(jīng)受很多工業(yè)化生產(chǎn)的嚴(yán)酷環(huán)境。Via-Separation的薄膜由一層層的氧化石墨烯疊加構(gòu)成。它們能夠經(jīng)受工業(yè)生產(chǎn)中的氯化溶劑和氧化劑等嚴(yán)酷環(huán)境，而且可以根據(jù)客戶的需求改變薄膜的孔徑。
目前這家公司聚焦于幫助餐飲業(yè)和造紙業(yè)節(jié)省能源。提高能源利用效率雖然不是最吸引眼球的社會(huì)問題，但是這是Via-Separation公司能夠最快為客戶和地球產(chǎn)生效益的領(lǐng)域。“我們不需要10年才能提供解決方案，” Shreya Dave博士說：“我們只需要兩年?！?/span>Skyhawk Therapeutics——開發(fā)靶向RNA剪接的小分子療法
創(chuàng)建時(shí)間：2016年日前，羅氏（Roche）的口服RNA剪接療法risdiplam在治療脊髓性肌萎縮癥（SMA）的3期臨床試驗(yàn)中達(dá)到主要終點(diǎn)。這款口服療法有望成為繼諾華（Novartis）的基因療法和渤健（Biogen）公司的反義寡核苷酸療法之后，治療SMA患者的第三種創(chuàng)新療法。
Skyhawk公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席科學(xué)官Kathleen McCarthy女士參與了開發(fā)risdiplam的工作。在Skyhawk，她致力于將risdiplam的成功經(jīng)驗(yàn)用于開發(fā)新一代靶向RNA剪接過程的小分子，治療神經(jīng)退行性疾病、遺傳病、癌癥等多種疾病。
該公司的SkySTAR技術(shù)平臺(tái)開發(fā)的小分子可以從三個(gè)方面改變RNA剪接過程，將原本被跳過的外顯子納入成熟mRNA，risdiplam就是這一應(yīng)用的體現(xiàn)；在剪接過程中跳過特定外顯子，生成截短但是具有部分功能的蛋白（這可以用于治療多種遺傳病，例如杜興氏肌營(yíng)養(yǎng)不良癥）；通過影響RNA編輯降低特定蛋白的表達(dá)（可以用于降低毒性蛋白的生成，治療阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病）。
目前Skyhawk公司已與包括渤健、默沙東、武田在內(nèi)的多家大型藥企達(dá)成合作，開發(fā)靶向RNA剪接過程的小分子療法。
參考資料：
[1] C&EN’s 2019 10 Start-Ups to Watch. Retrieved November 12, 2019, from https://cen.acs.org/business/start-ups/CENs-2019-10-Start-Ups-Watch/97/i44.
[2] Skala et al., (2019). Resorcinarene Cavitand Polymers for the Remediation of Halomethanes and 1,4-Dioxane. JACS, https://doi.org/10.1021/jacs.9b06749
