中藥指紋圖譜相似度軟件在“藥物分析”教學(xué)中的應(yīng)用

(1.四川省德陽(yáng)廣播電視大學(xué)，四川 德陽(yáng) 618000;2.四川省德陽(yáng)食品藥品檢驗(yàn)所,四川 德陽(yáng) 618000)

中藥指紋圖譜是一項(xiàng)前沿的中藥檢測(cè)技術(shù)，現(xiàn)已被中國(guó)國(guó)家藥典委員會(huì)收載至2015版藥典一部中運(yùn)用到中藥材及制劑的鑒別，也新載入了人民衛(wèi)生出版社全國(guó)高等學(xué)校藥學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)《藥學(xué)分析》第八版，是中藥材及其制劑分析的重要內(nèi)容。在反復(fù)研究教材的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)關(guān)于中藥指紋圖譜的內(nèi)容比較抽象，還不足以讓學(xué)生掌握到指紋圖譜的檢測(cè)技術(shù)，所以構(gòu)思把“指紋圖譜相似度軟件”嫁入藥物分析教學(xué)中，在傳統(tǒng)的講授模式下讓學(xué)生最大限度地參與到“中藥指紋圖譜軟件”的操作中來(lái)，從理論到實(shí)踐，真正讓學(xué)生掌握中藥指紋圖譜這項(xiàng)前沿技術(shù)。

一、中藥指紋圖譜的研究背景和教學(xué)現(xiàn)狀

1.研究背景

目前用中藥指紋圖譜法保證中藥質(zhì)量已達(dá)成國(guó)際共識(shí)，各種中藥指紋圖譜相關(guān)技術(shù)正在逐步研究和建立中。國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局于2000年先后下達(dá)“關(guān)于加強(qiáng)中藥注冊(cè)管理有關(guān)事宜的通知”和關(guān)于印發(fā)《中藥注射劑色譜指紋圖譜研究的技術(shù)要求(暫行)》的通知文件。國(guó)家藥典委員會(huì)負(fù)責(zé)組織實(shí)施“已批準(zhǔn)生產(chǎn)的中藥注射劑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的提高完善及指紋圖譜工作”及牽頭組織“已批準(zhǔn)多家生產(chǎn)的中藥注射劑，其指紋圖譜聯(lián)合起草工作”。國(guó)家藥典委員會(huì)從2000年起開(kāi)始組織實(shí)施，進(jìn)行了可行性調(diào)研、規(guī)范性技術(shù)文件的研究與起草，并申報(bào)了科技部立項(xiàng)。從中藥注射劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提高到指紋圖譜研究、逐步成熟、擴(kuò)展，到2010版藥典，部分提取物和中成藥標(biāo)準(zhǔn)中都收載了指紋圖譜項(xiàng)目，且發(fā)揮了積極的作用。

2.教學(xué)現(xiàn)狀

“藥物分析”是藥學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的主干課程，是通過(guò)對(duì)藥物及其制劑進(jìn)行分析檢驗(yàn)以監(jiān)督和控制藥物質(zhì)量的技術(shù)。主要根據(jù)藥物及其制劑的組成、理化性質(zhì)進(jìn)行真?zhèn)舞b別、純度檢查及有效成分含量測(cè)定等。通過(guò)藥物分析課程教學(xué)，使我國(guó)高等學(xué)校的藥學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生樹(shù)立藥品質(zhì)量第一的觀念，具備對(duì)藥物質(zhì)量進(jìn)行分析檢驗(yàn)、對(duì)藥物生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行質(zhì)理控制、對(duì)藥品貯存過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督及臨床藥物分析的工作能力[1]。藥物分析也是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)學(xué)生的綜合能力要求很高，既要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又要有超強(qiáng)的動(dòng)手能力，而我們培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)就是培養(yǎng)能適應(yīng)社會(huì)需求、能跟企業(yè)或是藥檢機(jī)構(gòu)順利接軌、直接勝任藥品檢驗(yàn)工作崗位的新型人才。杭太俊主編的《藥物分析》第8版教材在原有基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)外先進(jìn)的國(guó)家藥典收載藥物和指標(biāo)水平的更新與變化，結(jié)合學(xué)科發(fā)展和醫(yī)藥生產(chǎn)技術(shù)水平的提高進(jìn)行了重新修訂，在第十九章第四節(jié)第五條新收載了關(guān)于“中藥指紋圖譜與特征圖譜鑒別法”，教材的新增內(nèi)容讓筆者對(duì)常規(guī)的教學(xué)方法和教學(xué)模式產(chǎn)生了一種創(chuàng)新的思路和想法。

二、中藥指紋圖譜的含義和研究意義

1.中藥指紋圖譜的含義

“中藥指紋圖譜指中藥材、中藥飲片、中藥提取物或中藥成方制劑等經(jīng)適當(dāng)處理后，采用合理的分析技術(shù)和分析手段得到的能夠標(biāo)示其化學(xué)的、生物學(xué)的或其他特性的圖譜。”[1]是借用DNA指紋圖譜發(fā)展而來(lái)，現(xiàn)使用較多的為高效液相色譜(HPLC)指紋圖譜[1]。

2.中藥指紋圖譜的研究意義

指紋圖譜的特點(diǎn)是不僅能用于定性鑒別，也可用于定量分析[1]。具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：(1)穩(wěn)定性好。中藥材指紋圖譜中的共有峰和特征峰相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)輕易改變。(2)專(zhuān)屬性強(qiáng)。指某個(gè)中藥材的指紋圖譜應(yīng)該是該藥材所獨(dú)有的、能與其他藥材相區(qū)別的。(3)重現(xiàn)性好。同一品種的指紋圖譜在相同條件下能再現(xiàn)相同的指紋特征(如共有峰的大小、數(shù)目、位置等)。指紋圖譜未來(lái)的應(yīng)用非常廣泛，可以在中藥材的種植、采收加工、生產(chǎn)、臨床、貯存和流通等各個(gè)環(huán)節(jié)全面控制中藥的質(zhì)量，提供質(zhì)量?jī)?yōu)良、均一和特異的中藥用于臨床。指紋圖譜的采集方法多種多樣，可用薄層色譜、氣相色譜、紅外光譜、高效液相色譜和高效毛細(xì)管電泳。最近，氣—質(zhì)聯(lián)用(GC-MS)、 液—質(zhì)聯(lián)用(LC-MS)、核磁共振(NMR)也有相應(yīng)的研究，其中HPLC、TLC和GC已成為最常用的三種分析手段。

三、針對(duì)教材“中藥指紋圖譜”內(nèi)容，嫁接入“中藥指紋圖譜相似度軟件”操作的必要性

教材中除了對(duì)中藥指紋圖譜相關(guān)研究的介紹，還列舉了兩個(gè)應(yīng)用示例，采用高效液相色譜法向?qū)W生展示了中藥羌活和中成藥銀黃片的對(duì)照品參照物的高效液相色譜圖[1]，但其中并沒(méi)有詳細(xì)介紹中藥指紋圖譜相似度的具體比對(duì)方法，這容易讓初次接觸中藥指紋圖譜的同學(xué)感到迷茫甚至容易產(chǎn)生誤區(qū)，理解為這就是普通高效色譜圖的特征峰鑒別方法，教師在教學(xué)上也會(huì)面臨一定的難度。采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生大多表現(xiàn)出對(duì)太過(guò)抽象的知識(shí)點(diǎn)不能理解的現(xiàn)象，甚至有的勿圇吞棗，不細(xì)化。學(xué)習(xí)效果也停留在懂得一些基礎(chǔ)原理知識(shí)上，不會(huì)運(yùn)用“中藥指紋圖譜相似度軟件”來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，也不能調(diào)動(dòng)起學(xué)習(xí)的積極性。我們培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)是既要有理論水平又要有實(shí)際操作能力，而藥物分析本身是一門(mén)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作水平要求較高的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)操作水平直接決定了學(xué)生的藥物分析技術(shù)水平。在此提出改革原有的教學(xué)模式，把這項(xiàng)尖端技術(shù)讓學(xué)生親自操作、親自運(yùn)用，以達(dá)到教與學(xué)相結(jié)合的目的。只有讓學(xué)生參與到中藥指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)際操作中來(lái)，他們才能真正了解中藥指紋圖譜的研究程序和技術(shù)要求，才能運(yùn)用中藥指紋圖譜相似度軟件評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行中藥指紋圖譜的比對(duì)工作，才能推動(dòng)此項(xiàng)技術(shù)的后續(xù)發(fā)展。

四、中藥指紋圖譜相似度軟件在教學(xué)中的操作運(yùn)用

在采用傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上，讓學(xué)生學(xué)習(xí)中藥指紋圖譜基礎(chǔ)理論知識(shí)后，創(chuàng)造條件讓學(xué)生實(shí)際操作指紋圖譜相似度軟件，讓他們親自體會(huì)指紋圖譜的使用方法，才能更好地掌握中藥指紋圖譜的實(shí)際運(yùn)用和精髓所在。具體步驟如下：

(1)教師可在藥典委員會(huì)網(wǎng)站下載一個(gè)相似度評(píng)價(jià)軟件，以“***注射液”為例，先給學(xué)生詳細(xì)演示介紹該軟件的使用方法(見(jiàn)圖1、圖2)。

(2)在國(guó)家藥品標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)平臺(tái)下載所需要的“***注射液電子標(biāo)準(zhǔn)指紋圖譜”(見(jiàn)圖3)。

(3)打開(kāi)中藥指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)軟件，從“打開(kāi)文件”項(xiàng)中選中從國(guó)家藥典委員會(huì)中下載的“***注射液電子標(biāo)準(zhǔn)圖譜”，設(shè)為參照?qǐng)D譜(見(jiàn)圖4、圖5)。

(4)再次點(diǎn)“打開(kāi)文件”讀入第二個(gè)圖譜，該圖譜可以是通過(guò)前期的高相液相色譜法實(shí)驗(yàn)得到的供試品圖譜，并從高液的軟件中拷貝出來(lái)，存入電腦中備用(見(jiàn)圖6)。

(5)點(diǎn)擊“多點(diǎn)校正”，再點(diǎn)擊“峰匹配”(見(jiàn)圖7)。

(6)最后點(diǎn)擊“相似度計(jì)算”，兩個(gè)圖譜的相似度結(jié)果自動(dòng)算出(見(jiàn)圖8)。

(7)按中藥色譜指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)系統(tǒng)，供試品指紋圖譜與對(duì)照指紋圖譜經(jīng)相似度計(jì)算，相似度不得低于0.90。

(8)最后點(diǎn)擊“報(bào)表”，形成相應(yīng)的指紋圖譜相似度檢測(cè)報(bào)告。

(9)教師演示結(jié)束后，讓學(xué)生分小組在電腦上實(shí)際操作中藥指紋圖譜相似性評(píng)價(jià)系統(tǒng)。允許自由選擇自己想要比對(duì)的指紋圖譜，在軟件上進(jìn)行配對(duì)操作，并將配對(duì)操作的結(jié)果公布出來(lái)，小組一起討論，哪種情況屬于配對(duì)成功、哪種情況屬于配對(duì)不成功。一起探討配對(duì)成功的必要條件是什么、兩個(gè)圖譜之間要達(dá)到怎樣的水平才能實(shí)現(xiàn)成功配對(duì)。教師可以針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生一起分析問(wèn)題、查閱資料、得出結(jié)論、形成報(bào)告，從而對(duì)中藥指紋圖譜有更加深刻的認(rèn)識(shí)。增強(qiáng)學(xué)生參與感，擁有質(zhì)疑的能力，而不僅僅只是被動(dòng)接受知識(shí)。此種創(chuàng)新方法重在鼓勵(lì)學(xué)生積極動(dòng)手，積極思考，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，共同討論，共同解決問(wèn)題，達(dá)到學(xué)以致用的目的，才能讓學(xué)生把理論運(yùn)用到實(shí)踐，不是紙上談兵，不是為了應(yīng)付考試，而是實(shí)實(shí)在在掌握一門(mén)專(zhuān)業(yè)技術(shù)。改用全新的教學(xué)模式，教師從課堂講授的主體變?yōu)閷?shí)踐的引導(dǎo)者，讓學(xué)生完全參與其中，更容易發(fā)現(xiàn)自已知識(shí)上的薄弱環(huán)節(jié)，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，在學(xué)習(xí)上跟老師和同學(xué)更能形成良好的互動(dòng)，既增加了學(xué)習(xí)的趣味性，也積極推動(dòng)了此項(xiàng)新技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展[2]。

五、教學(xué)實(shí)踐效果

通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，把學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。對(duì)照組采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，沒(méi)有進(jìn)行過(guò)指紋圖譜相似度軟件操作，該組同學(xué)對(duì)指紋圖譜的理解僅僅停留在基本概念上，并不會(huì)使用指紋圖譜相似度軟件來(lái)進(jìn)行圖譜峰的匹配，也不能提出相關(guān)的問(wèn)題。而實(shí)驗(yàn)組的同學(xué)進(jìn)行了指紋圖譜相似度軟件操作，已經(jīng)能熟練操作相似度軟件評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并且對(duì)該軟件的來(lái)源、原理、使用方法都了然于心，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)操作后能更加直觀地了解到什么是中藥指紋圖譜的相似度、為什么有了指紋圖譜后我們還要進(jìn)行相似度配對(duì)、哪種情況屬于成功配對(duì)、哪種屬于配對(duì)失敗。改革創(chuàng)新后的教學(xué)效果是可喜的，學(xué)生對(duì)知識(shí)已能達(dá)到深刻理解和熟練運(yùn)用。

中藥指紋圖譜是目前中藥質(zhì)量研究較高端前沿的學(xué)科，是目前中藥品種最為可靠的質(zhì)量控制方法。特別是中藥注射劑，出現(xiàn)藥物不良反應(yīng)的案例一直存在，對(duì)社會(huì)造成的影響較大，引起了國(guó)家的高度重視。國(guó)家藥品監(jiān)督管理局在2000年頒布了《中藥注射劑指紋圖譜研究的技術(shù)要求(暫行)》，要求中藥注射劑必須建立指紋圖譜相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，然后才能生產(chǎn)和上市銷(xiāo)售，從而掀起大量科研人員對(duì)中藥指紋圖譜的研究熱潮。作為雙師型教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，讓我們的學(xué)生掌握中藥指紋圖譜的使用方法是勢(shì)在必行的大趨勢(shì)，掌握好中藥指紋圖譜的使用方法會(huì)讓學(xué)生更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)然要想學(xué)好中藥指紋圖譜不能只依靠教科書(shū)上抽象的理論知識(shí)，也不能采用傳統(tǒng)教學(xué)模式來(lái)灌輸知識(shí)，而要在教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容上有所創(chuàng)新和改革，給學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會(huì)，讓他們動(dòng)手實(shí)踐，參與其中，培養(yǎng)獨(dú)立思考能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，在實(shí)踐中檢驗(yàn)真知，在實(shí)踐中掌握好一門(mén)前沿技術(shù)，成為走出校門(mén)就能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作的新型技術(shù)人才。