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研究部门
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化学药物研发中心
化学药物研发中心主要从事小分子化学药物的研发，同时针对与新药研发密切相关的基础理论和关键技术开展系统研究，研究领域涉及药物设计和合成、结构优化、活性天然产物全合成、药物合成新技术新方法等。主要研发的药物领域有：抗肿瘤、抗感染、抗病毒、抗糖尿病、心血管疾病、神经/精神系统以及免疫调节系统等。迄今为止，中心与所内外相关专业团队密切合作，成功研发了数个一类新药，以及一批具有自主知识产权的候选药物，部分候选药物正在进行临床
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天然药物研发中心
天然药物化学是上海药物研究所历史最悠久的学科领域。天然药物研发中心以原始创新药物研发为使命，主要从事传统中药、药用植物、海洋生物以及微生物中次生代谢产物的分离纯化、结构鉴定、结构改造及其生物活性研究，并对候选分子开展新药研发。同时，中心还致力于常用中药化学成分以及中药复方药效物质基础研究。
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中药现代化研究中心
上海药物所2004年成立上海中药现代化研究中心，旨在研究传统中药，为实现中药现代化和国际化奠定坚实基础。中心拥有一支100余人的专业从事中药现代化研究的高水平人才队伍和先进的仪器设备，承担国家发改委、科技部、自然基金委、地方基金课题200余项。中心引领中药标准体系建设及国际标准制定，研发中药新药“注射用丹参多酚酸盐“惠及1000万以上患者，分获国家自然科学二等奖、国家技术发明奖二等奖、国家科技进步二等奖各1项。
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民族药物与生物功能分子研究中心
本中心将基于民族药物（含中草药）开展重要天然生物功能分子的发现和研究。研究内容包括功能分子的发现与结构功能表征、结构修饰与构效关系，以及新颖结构重要功能分子的全合成研究。将根据国家重大需求和研究所的定位，聚焦学科前沿和关键科学问题开展研究。发现针对重大疾病的药物先导和候选药物是现阶段的主要目标。本中心拥有一支在国际天然产物研究领域的一流团队和先进平台，并取得了具有国际影响力的系列重要研究成果。
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生物技术药物研发中心
上海药物研究所生物技术药物研发中心成立于2015年，现有5个课题组。生物药中心的目标是采用DNA重组技术等创新生物技术治疗各种人类重大疾病，同时发展新药物、新方法和新策略，聚焦重要药物靶标和靶细胞，发现新技术疗法，推动原创生物药产业化。目前生物药中心聚焦新型生物技术治疗方法、新抗体药物、糖工程抗体、纳米抗体、抗体偶联药物、多肽类药物、蛋白质降解、基因治疗、细胞以及干细胞疗法等方面研究，取得多项进展。
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糖类药物研发中心
糖药物研究中心以解决慢性复杂疾病为使命，以原创糖药物开发为抓手，重点围绕糖药物治疗慢性复杂疾病基础理论及糖药物成药关键技术瓶颈这两大核心科学问题。一方面以外源性糖链为探针，从整体观的全新视角，进行慢性复杂疾病的共性病理机制研究，开启慢性复杂疾病治疗新模式；同时，布局对于内源性糖链生理、病理功能的理论研究。另一方面，重点攻关糖链结构解析、功能代谢研究等一系列糖药物成药关键科学技术问题；同时，着手构建世界一流的糖药物资源库，搭建基于共性病理机制的糖药物多维功能评价体系，为原创糖药物研发提供系统性支撑，抢占全球糖类药物研发制高点。中心现有5个课题组，中心成员领衔研发的具有我国自主知识产权的一类抗阿尔茨海默病新药九期一已于2019年底上市。