中藥質(zhì)量問(wèn)題 “對(duì)癥下藥” ，以數(shù)字化賦能中藥產(chǎn)業(yè)升級(jí)
中醫(yī)藥是我國(guó)悠久歷史文化的無(wú)價(jià)傳承， 從?“十一五”?規(guī)劃以來(lái)，中醫(yī)藥便被列為國(guó)家級(jí)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，其后一系列利好的政策陸續(xù)頒布。繼而，在?“十四五”?規(guī)劃中更提出將進(jìn)一步加快中醫(yī)藥科技創(chuàng)新體系建設(shè)，提升中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新。規(guī)劃發(fā)布后，國(guó)家醫(yī)療保障局、國(guó)家中醫(yī)藥管理局聯(lián)合發(fā)布 《關(guān)于支持中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)施意見》 將符合條件的中藥納入醫(yī)保藥品目錄。近年新冠疫情的蔓延，更見證了中醫(yī)藥的獨(dú)特價(jià)值。在長(zhǎng)時(shí)間對(duì)抗疫情、病毒快速變種的威脅下，中藥固本培元的概念成為后疫情時(shí)代的關(guān)注熱點(diǎn)。2021?年，在國(guó)家醫(yī)療保障局公布的國(guó)家醫(yī)保藥品目錄中，化濕敗毒顆粒、宣肺敗毒顆粒等作為治療新冠肺炎的新增品種首次進(jìn)入目錄，這一調(diào)整標(biāo)志著中藥獨(dú)特的預(yù)防與治療效用在我國(guó)新冠疫情的抗擊中可以得到更充分的發(fā)揮。
然而，眾所周知，中藥所面臨最嚴(yán)峻的問(wèn)題從來(lái)都不是大眾的重視程度或者是對(duì)其有效性的質(zhì)疑，而是中藥的質(zhì)量控制問(wèn)題。只有用發(fā)展的思維去傳承，充分結(jié)合時(shí)代的創(chuàng)新科技，堅(jiān)守質(zhì)量保障監(jiān)督，才能使中藥穩(wěn)建發(fā)展，走向國(guó)際，綻放其應(yīng)有的光輝。這一任務(wù)必然是偉大而艱巨的，隨著國(guó)際環(huán)境和行業(yè)的發(fā)展，對(duì)中藥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求也日益提高，尤其要走進(jìn)國(guó)際市場(chǎng)，中藥產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)勢(shì)在必行。
中藥質(zhì)量控制研究發(fā)展的必然途徑：
自動(dòng)化 —— 信息化 —— 數(shù)字化
中藥數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要海量數(shù)據(jù)的支持，而大量的可靠數(shù)據(jù)的產(chǎn)生如果僅僅只是依靠人員豐富的經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，必然無(wú)法滿足數(shù)字化中藥數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展需求。因此，自動(dòng)化絕對(duì)是中藥產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的起點(diǎn)，穩(wěn)健的自動(dòng)化設(shè)備將有助奠定中藥產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)。中藥質(zhì)量控制的研究一般起始于藥效物質(zhì)的確認(rèn)，基于中藥成分的復(fù)雜性，中藥化學(xué)成分的分離過(guò)程是主要的限速步驟之一。如果能在自動(dòng)化設(shè)備的協(xié)作下實(shí)現(xiàn)快速分離，研究的工作周期得以加快，可更高效的進(jìn)入中藥藥效成分分析的下一研究階段。
以?2015?年發(fā)表于?PLoS ONE?期刊的一篇研究成果為例[1]，作者通過(guò)自動(dòng)化的二維分離制備系統(tǒng)?——?Sepbox，進(jìn)行?20?小時(shí)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，得到?150?個(gè)餾分，再于薄層色譜生物自顯影?a-葡萄糖苷酶抑制活性篩查模型上對(duì)這?150?個(gè)餾分進(jìn)行快速篩查，最終得到?15?個(gè)餾分且參比陽(yáng)性對(duì)照具有明顯的抑制活性。再進(jìn)一步對(duì)這?15?個(gè)活性餾分進(jìn)行細(xì)分純化以及結(jié)構(gòu)鑒定，最終得到?20?個(gè)活性化合物。
作者在研究中應(yīng)用的?Sepbox?二維高效液相分離系統(tǒng)是德國(guó)?Sepiatec?公司專為中藥化學(xué)分離研發(fā)，將?SPE?與?HPLC?功能巧妙結(jié)合，實(shí)現(xiàn)?24?小時(shí)內(nèi)完成中藥提取物的全自動(dòng)分離和收集，單次運(yùn)行最多可收集近?500?個(gè)餾分。 在快速拿到分離餾分后，即可利用薄層色譜技術(shù)進(jìn)行藥效活性成分的初步快速篩查。活性成分確認(rèn)后，也可再次應(yīng)用?Sepbox?二維分離制備系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)化合物的快速富集，通常單次運(yùn)行?3?小時(shí)即可完成目標(biāo)化合物的一次富集，以供后續(xù)藥理等下一階段的研究應(yīng)用。在自動(dòng)化分離設(shè)備和薄層色譜快速篩查技術(shù)的輔助下，從粗提物到確定初篩潛在的活性單體，全部工作周期可在?5?個(gè)工作日內(nèi)完成。高效的自動(dòng)化技術(shù)，快速對(duì)大批量的樣品進(jìn)行處理，同時(shí)收集準(zhǔn)確的研究數(shù)據(jù)，建立及鞏固了中藥數(shù)字化轉(zhuǎn)型的流程基礎(chǔ)。
字化轉(zhuǎn)型的流程基礎(chǔ)-1024x441.jpg)
自動(dòng)化不僅是穩(wěn)健高效的工具，更是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)重復(fù)性、可靠性和完整性的保障。對(duì)于中藥質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過(guò)程中的大量樣品制備和樣品檢測(cè)工作，這些特性尤為重要。如 《中國(guó)藥典》中最常見的中藥材薄層色譜鑒別檢測(cè)項(xiàng)目，很多品種單單是樣品制備過(guò)程就需要?2 ~ 3?天，需經(jīng)過(guò)粉粹?–?提取?–?萃取?–?過(guò)柱凈化?–?收集?–?濃縮?–?復(fù)溶等諸多步驟，越是繁瑣的過(guò)程，出現(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果偏差?(OOS)?的可能性就越高，如果整個(gè)操作過(guò)程均由人工完成，那么?OOS?的溯源調(diào)查難度也是可想而知。因此，中藥質(zhì)量控制需要可靈活應(yīng)用到不同樣品制備流程的自動(dòng)化技術(shù)，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性及準(zhǔn)確性。國(guó)內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)開拓相關(guān)領(lǐng)域，例如力揚(yáng)企業(yè)正與瑞士的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化技術(shù)專家 ——?Chemspeed?合作，展開 “中藥樣品制備自動(dòng)化平臺(tái)“ 項(xiàng)目，借助其定制流程自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的豐富經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)中藥樣品制備的常見操作，將中藥樣品制備步驟集成在一個(gè)緊湊的平臺(tái)上，通過(guò)軟件編輯流程，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化與信息化的樣品制備。目前?Chemspeed?的全自動(dòng)研發(fā)平臺(tái)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)多家石油化工、有機(jī)合成和精細(xì)化工等企業(yè)落地應(yīng)用，期待東西方智慧碰撞出更適合中國(guó)國(guó)情和中藥特性的自動(dòng)化樣品制備平臺(tái)，為中藥產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更多革新的動(dòng)力。
時(shí)勢(shì)造就: 承前啟后的數(shù)字化薄層色譜技術(shù)
正如前文提及，薄層色譜技術(shù) (TLC)?可應(yīng)用于中藥活性成分的快速篩查，與此同時(shí)它更是最早應(yīng)用于中藥鑒別檢測(cè)的重要技術(shù)手段之一。長(zhǎng)期以來(lái)，隨著薄層色譜技術(shù)在自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化上的升級(jí)和突破，形成了區(qū)別于傳統(tǒng)?TLC?的高效薄層色譜法?(HPTLC)。與傳統(tǒng)的?TLC?相比，HPTLC ?具有更高的標(biāo)準(zhǔn)化要求，因此具有優(yōu)秀的重現(xiàn)性和更廣泛的適用性，現(xiàn)已被部分國(guó)家的藥典所收錄。技術(shù)升級(jí)除了需要具備完備的理論闡述，還需要實(shí)踐論證，而與技術(shù)相關(guān)的設(shè)備系統(tǒng)的升級(jí)換代就是最有力的實(shí)踐先行者。就如近年薄層色譜設(shè)備的全球領(lǐng)導(dǎo)品牌?——?瑞士?CAMAG?全新研發(fā)的全自動(dòng)數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)?——?HPTLC PRO，在自動(dòng)化技術(shù)上為高效薄層色譜技術(shù)帶來(lái)了創(chuàng)新的升級(jí)和突破。承前，完美解決?HPTLC?無(wú)法全流程自動(dòng)化難題；啟后，開啟數(shù)字化薄層色譜系統(tǒng)的新時(shí)代，助力中藥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為迎接智能化實(shí)驗(yàn)室時(shí)代做足充分的準(zhǔn)備。此系統(tǒng)有很多創(chuàng)新的思路，在推動(dòng)中藥產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的過(guò)程中值得我們借鑒：
1)?? ?全自動(dòng)流程化，建立數(shù)字化基礎(chǔ)
CAMAG HPTLC PRO?全自動(dòng)數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化對(duì)薄層分析的全流程進(jìn)行數(shù)字化管理，系統(tǒng)由多個(gè)模塊組成，從點(diǎn)樣、展開、衍生、檢測(cè)、分析、報(bào)告，各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全流程封閉式自動(dòng)化連續(xù)運(yùn)作，無(wú)需人員干預(yù)，大大降低了人為操作引入的實(shí)驗(yàn)誤差，同時(shí)記錄全流程的完整數(shù)據(jù)。另外，HPTLC PRO?憑借氣相再生、霧化微滴噴涂等創(chuàng)新專利技術(shù)，成功突破了傳統(tǒng)薄層色譜法靈敏度低、重現(xiàn)性差的應(yīng)用瓶頸。
2)?? ?平面視覺(jué)?+?多維度評(píng)價(jià)指標(biāo)
CAMAG HPTLC PRO?全自動(dòng)數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)首創(chuàng)了多維檢測(cè)評(píng)價(jià)體系，使?HPTLC?結(jié)果的呈現(xiàn)不僅僅只停留在直觀平面彩圖的層面，而是可以通過(guò)圖像信息的數(shù)據(jù)分析和轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)峰積分參數(shù)優(yōu)化及基線校正，輔助定性和定量分析研究，還可以通過(guò)三維建模技術(shù)，將多種檢測(cè)指標(biāo)的多重結(jié)果進(jìn)行整合，形成多維度的立體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可平面或立體展示綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，構(gòu)建符合中藥復(fù)雜藥效成分協(xié)同作用的全面的評(píng)價(jià)體系。例如某中藥制劑樣品在?200 – 1000nm?下進(jìn)行多波長(zhǎng)檢測(cè)，得到不同波長(zhǎng)下的標(biāo)志性吸收成分。傳統(tǒng)的做法是反復(fù)比較論證，選擇其中最具有代表性的一個(gè)波長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果中的某一或幾個(gè)成分作為最終的檢測(cè)指標(biāo)，這其中必然要有一定的取舍。而多維度的檢測(cè)系統(tǒng)可將各波長(zhǎng)下的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行整合，構(gòu)建出一個(gè)立體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在不錯(cuò)過(guò)任何重要的指標(biāo)性成分信息的同時(shí)，還提高了方法的整體檢測(cè)靈敏度。在后續(xù)檢測(cè)其他批次的產(chǎn)品時(shí)，對(duì)比系統(tǒng)多維評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，就可以全方位多角度地對(duì)中藥進(jìn)行數(shù)字化檢測(cè)、分析和評(píng)估，做足數(shù)字化系統(tǒng)未來(lái)升級(jí)到智能學(xué)習(xí)水平的準(zhǔn)備。
3)?? ?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)，信息共享，儲(chǔ)備系統(tǒng)智能學(xué)習(xí)資源
我們?nèi)v的中藥數(shù)字化，需要通過(guò)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)信息化，充分信息共享才能更順利的轉(zhuǎn)型到數(shù)字化階段，說(shuō)到根本，這些必經(jīng)之路都是在為將來(lái)的智能化布局。國(guó)際上，眾多高效薄層色譜的應(yīng)用專家已經(jīng)率先覺(jué)醒信息共享意識(shí)，他們共同成立了國(guó)際高效薄層色譜協(xié)會(huì)?(www.hptlc-association.org)，已然開始推動(dòng)信息共享，共同開展國(guó)際?HPTLC?圖譜集和?HPTLC?天然物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建等項(xiàng)目，免費(fèi)分享最新?HPTLC?應(yīng)用成果，定期提供免費(fèi)的?HPTLC?技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)，以期實(shí)現(xiàn)全球的?HPTLC?數(shù)據(jù)信息共享。協(xié)會(huì)主席?Reich Eike?教授作為專家顧問(wèn)，與 《中國(guó)藥典》 ?委員會(huì)也一直保持良好的溝通和經(jīng)驗(yàn)交流。國(guó)際高效薄層色譜協(xié)會(huì)還在國(guó)內(nèi)知名中藥質(zhì)量控制研究專家謝培山先生和上海中醫(yī)藥大學(xué)首席教授王崢濤先生的大力支持下，成立了?”高效薄層色譜協(xié)會(huì)中國(guó)分會(huì)“，共同推動(dòng)高效薄層色譜技術(shù)在國(guó)內(nèi)的教育普及和應(yīng)用，為中藥走向國(guó)際化以及迎接數(shù)字化轉(zhuǎn)型而精誠(chéng)合作。
CAMAG?也積極與國(guó)際高效薄層色譜協(xié)會(huì)聯(lián)手合作，率先在全球建立了可資源共享的?HPTLC數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)，公開?CAMAG?實(shí)驗(yàn)室的眾多?HPTLC?方法和結(jié)果。在?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以下載?CAMAG?共享的中藥材等以及一些其他物質(zhì)應(yīng)用?HPTLC?檢測(cè)的完整實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括樣品的制備、展開劑的配置、實(shí)驗(yàn)條件，以及設(shè)備參數(shù)的設(shè)置和最終結(jié)果的電子數(shù)據(jù)，所有實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)以及結(jié)果和討論的都完整呈現(xiàn)。此外，還可以在?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)下載方法模板和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果對(duì)照?qǐng)D譜，加載于?HPTLC PRO?系統(tǒng)后直接運(yùn)行，對(duì)自有樣品進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)和數(shù)字化對(duì)照品的比對(duì)研究。以工業(yè)大麻成分的限量檢測(cè)為例[2][3]，拿到樣品后，實(shí)驗(yàn)人員可以通過(guò)?HPTLC PRO?系統(tǒng)內(nèi)置的?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)搜索并下載方法，按照方法中的內(nèi)容完成樣品制備和展開劑配置等準(zhǔn)備工作，之后的點(diǎn)樣、展開、衍生等工作由?HPTLC PRO?系統(tǒng)自動(dòng)完成。拿到結(jié)果后，實(shí)驗(yàn)人員可將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫(kù)中其他實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果做比對(duì)來(lái)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)也可作為自有數(shù)據(jù)庫(kù)的充實(shí)資料以備后續(xù)研發(fā)的參考查閱，實(shí)現(xiàn)資源共享。
自動(dòng)化新思路，開啟 “中藥數(shù)字化” 時(shí)代
無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)際，中藥質(zhì)量控制研究的自動(dòng)化和信息化進(jìn)程已經(jīng)啟動(dòng)，并會(huì)逐步走向成熟。當(dāng)然，“數(shù)字化中藥”?并不能一蹴而就。從?“十三五”?規(guī)劃起始，國(guó)家已經(jīng)大力推行信息化建設(shè)，透過(guò)不同的信息流程管理系統(tǒng)，開發(fā)利用信息資源，以信息技術(shù)記錄海量的中醫(yī)藥信息數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化分析及計(jì)算，這就是?“數(shù)字化中藥”?的基礎(chǔ)。穩(wěn)健的自動(dòng)化檢測(cè)手段能夠更全面和有效地監(jiān)控和把握中藥產(chǎn)品在生產(chǎn)前、生產(chǎn)過(guò)程中及產(chǎn)后品控和儲(chǔ)存等各流程的關(guān)鍵指標(biāo)，所有流程監(jiān)控的關(guān)鍵指標(biāo)將通過(guò)信息化處理，形成強(qiáng)大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，現(xiàn)階段常見的半自動(dòng)或需要過(guò)多人為流程干預(yù)的檢測(cè)系統(tǒng)并不能滿足中藥數(shù)字化轉(zhuǎn)型的要求。而在自動(dòng)化設(shè)備和多技術(shù)聯(lián)用的輔助下，中藥質(zhì)量控制研究可以開辟出更多高效的新思路。如本文前述，中藥藥效成分基礎(chǔ)研究:?從自動(dòng)化的二維分離制備系統(tǒng)分離，到突破傳統(tǒng)的全自動(dòng)數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)篩查，以自動(dòng)化加速數(shù)據(jù)生產(chǎn)，通過(guò)信息共享實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室間的互聯(lián)互助，為中藥數(shù)字化提供夯實(shí)的助力。憑借先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備提高中醫(yī)藥質(zhì)量水平，既能節(jié)約成本和提升產(chǎn)能，又能保障品控，此外更是邁向國(guó)際的重要手段。在全球數(shù)字化趨勢(shì)的環(huán)境下，中醫(yī)藥行業(yè)應(yīng)抓緊數(shù)字化賦予的機(jī)遇，提升中藥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，向中藥數(shù)字化邁進(jìn)，通過(guò)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，中藥智能制造在未來(lái)終將可期。
寫在最后：
我國(guó)中藥指紋圖譜學(xué)奠基人、開拓者之一，中藥薄層色譜應(yīng)用的領(lǐng)路人，多屆中國(guó)藥典會(huì)委員，國(guó)際高效薄層色譜協(xié)會(huì)終身榮譽(yù)會(huì)員，中藥質(zhì)量研究科學(xué)家謝培山先生，于?2022?年?3?月在珠海辭世。老先生畢生都致力于中藥質(zhì)量控制方法的研究，思維敏銳且勇于開拓，是力揚(yáng)企業(yè)?CEO ?黃凱揚(yáng)先生的良師益友也是事業(yè)伙伴。早在?90?年代，謝教授就與黃先生探討了關(guān)于 “借助先進(jìn)的自動(dòng)化儀器對(duì)中藥進(jìn)行科學(xué)分析，深入挖掘中藥的科學(xué)價(jià)值……” 的相關(guān)話題。也正因此，力揚(yáng)企業(yè)成立至今二十載有余，不忘初心始終堅(jiān)持實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化革新，用心締造新時(shí)代下的未來(lái)實(shí)驗(yàn)室，為中藥科研事業(yè)貢獻(xiàn)一己之力。借此，深切緬懷謝培山先生，力揚(yáng)企業(yè)定將初心不改，砥礪前行。
參考文獻(xiàn)：
[1] Yingbo Y,?et al., Identification of α-Glucosidase Inhibitors from Phlomis tuberosa, PLoS ONE 10(2), February 6, 2015. doi: 10.1371/journal.pone.0116922.
[2] HPTLC Association?HPTLC methods list,?www.hptlc-association.org.
[3] CAMAG Application Note A-108.1: Identification and quantification of different cannabinoids in Cannabis sativa.
輯錄自:?中國(guó)中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告?2021 – 2022
主編單位:?中國(guó)中醫(yī)藥研究促進(jìn)會(huì)、北京共生文化傳媒有限公司