研究生《藥物波譜解析》課程教學(xué)改革初探

盛榮　應(yīng)華洲　周長新　甘禮社

【摘要】隨著當(dāng)前我國藥學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，對于藥物結(jié)構(gòu)解析的要求日益提高，筆者從新藥審評的要求出發(fā)，對現(xiàn)有的研究生《藥物波譜解析》課程進(jìn)行改革和創(chuàng)新，完善教學(xué)內(nèi)容，拓展學(xué)生知識面，增強(qiáng)學(xué)生才干。

【關(guān)鍵詞】藥物波譜解析 藥學(xué)專業(yè)

【中圖分類號】R9-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）28-0032-02

《藥物波譜解析》是藥學(xué)專業(yè)本科、研究生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]，它是應(yīng)用紅外光譜（IR）、紫外光譜（UV）、核磁共振（NMR）及質(zhì)譜（MS）等分析方法來研究有機(jī)藥物結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科。隨著當(dāng)前我國藥學(xué)工業(yè)的快速發(fā)展，在原料藥生產(chǎn)和新藥研發(fā)過程中，對于藥物、中間體以及雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析工作日益受到醫(yī)藥企業(yè)及研發(fā)機(jī)構(gòu)的重視[2]。筆者多年來一直從事創(chuàng)新藥和仿制藥研發(fā)，尤其在新藥結(jié)構(gòu)研究方面積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的《藥物波譜解析》教材（主要內(nèi)容是四大光譜）不能完全滿足當(dāng)前新藥結(jié)構(gòu)解析的要求。因此，筆者根據(jù)國家食品藥品監(jiān)督管理局頒布的《化學(xué)藥物原料藥制備和結(jié)構(gòu)確證研究的技術(shù)指導(dǎo)原則》的具體要求，在藥學(xué)院開設(shè)的研究生課程《藥物波譜解析》中，對其內(nèi)容進(jìn)行改革和探索，嘗試將新藥研發(fā)所涉及的藥物結(jié)構(gòu)解析相關(guān)內(nèi)容融合到課程中。為進(jìn)一步培養(yǎng)研究生的藥物結(jié)構(gòu)解析能力，加深藥學(xué)研究生對于新藥結(jié)構(gòu)解析的理解，筆者主要從以下幾個(gè)方面開展教學(xué)改革：

一、根據(jù)解析要求，完善教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)新藥申報(bào)要求，在課堂中適當(dāng)拓展內(nèi)容，讓學(xué)生對于藥物結(jié)構(gòu)解析有全面、系統(tǒng)的了解。介紹對于常規(guī)非手性藥物，分析測試方法包括元素分析（EA）、紫外可見吸收光譜（UV）、紅外吸收光譜（IR）、核磁共振氫譜和碳譜（1HNMR，13CNMR）、質(zhì)譜（MS）、差示掃描量熱法（DSC）、熱失重（TGA）、X-射線單晶衍射（XRSD）X-射線粉末衍射（XRPD）等，對于手性藥物則需要增加比旋度（[a]20D）測定。

在課程中，筆者分別對于每個(gè)測試項(xiàng)目的基本要求和注意點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋和說明，如，對于元素分析，要求C、H、N含量實(shí)測值與理論值偏差不得大于0.3%，否則需重新測試；而對于引濕性高、含有結(jié)晶溶劑以及有機(jī)鈉鹽等藥物分子，元素分析如果不過關(guān)，建議采用高分辨質(zhì)譜替代，要求其實(shí)測值與理論值誤差不大于5ppm。又如，對于低分辨質(zhì)譜，建議學(xué)生對于不同類型的分子，要學(xué)會(huì)看不同的離子，如，對于含氮的堿性分子，主要查看正離子，特別關(guān)注[M+H]+、[M+Na]+、[2M+Na]+等；而對于含有羧基的藥物分子，則主要查看負(fù)離子，關(guān)注[M-H]-、[2M-H]-等。

二、根據(jù)行業(yè)發(fā)展，增補(bǔ)課堂內(nèi)容

當(dāng)前新藥研究中，對于藥物晶型研究越來越重視，藥物晶型解析工作日趨重要。然后在當(dāng)前的藥學(xué)類教科書中，對于晶型的教學(xué)內(nèi)容罕有提及，不利于學(xué)生對于新藥研發(fā)的了解。針對上述變化，筆者除了按照測試項(xiàng)目分類進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析教學(xué)外，還專門新開辟了藥物晶型研究內(nèi)容，全面、系統(tǒng)的為研究生講解藥物晶型的解析。

首先講解藥物的多晶型現(xiàn)象，讓學(xué)生了解什么是多晶型，不同晶型藥物之間的差別，包括理化性質(zhì)、藥物吸收、藥物代謝、藥理活性等方面。以西咪替丁為例，它有A、B兩種晶型，A晶型具有較好的藥效，是藥用晶型。讓學(xué)生建立起清晰的藥用晶型概念，懂得仿制藥不僅要與原研藥物的分子結(jié)構(gòu)相同，而且晶型也必須完全一致。進(jìn)一步引出在新藥研究中非常重要的一個(gè)問題：藥物的多晶型如何進(jìn)行解析和確證。

藥物的結(jié)晶方式不同造成晶型差異，因此采用掃描電鏡直接觀察是否形態(tài)上有明顯差異；由于晶態(tài)藥物中晶胞內(nèi)部分子之間存在著較弱的相互作用力（如氫鍵、絡(luò)合鍵等），不同晶型藥物的紅外光譜和拉曼光譜會(huì)存在差別，如峰形變化、峰位偏移等，因此紅外光譜和拉曼光譜是晶型研究的重要測試手段；另一方面，不同晶格排列的多晶型物質(zhì)可能存在熔點(diǎn)（吸放熱峰值）差異，因此可以用DSC進(jìn)行測試鑒別；含有不同結(jié)晶溶劑的多晶型物，其TGA曲線會(huì)有明顯差異。

X-射線衍射法是研究藥物多晶型的最主要測試方法，包括X-射線單晶衍射和X-射線粉末衍射，目前公認(rèn)確證藥物多晶型的最可靠方法是X-射線單晶結(jié)構(gòu)測定，它可以直接獲得晶體的晶胞參數(shù)、空間群等分子的立體結(jié)構(gòu)信息，但是在日常工作中，藥物的單晶培養(yǎng)耗時(shí)耗力、難度較高；而X-射線粉末衍射（XRPD）制樣方便、鑒定迅速、結(jié)果準(zhǔn)確，被許多國家藥典列為分析藥物多晶型的常用手段之一，XRPD常用于區(qū)別藥物的晶態(tài)和非晶態(tài)、鑒別晶體的晶型、區(qū)別藥物是否存在混晶現(xiàn)象等。

三、創(chuàng)新教學(xué)形式，提升課堂活力

在新藥結(jié)構(gòu)解析的常規(guī)測試項(xiàng)目中，差熱分析（DSC）、熱失重（TGA）和X-射線粉末衍射（XRPD）等不屬于四大光譜，解析內(nèi)容相對簡單，非常適合課堂互動(dòng)式學(xué)習(xí)。因此，筆者安排3-4名研究生為一組，分別選題，他們自主查閱文獻(xiàn)資料，將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)范的整理，在課堂上采用PPT展示、同學(xué)老師提問的互動(dòng)方式進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)。

PPT內(nèi)容包括：1）差熱分析（DSC）、熱失重（TGA）和X-射線粉末衍射（XRPD）的基本原理；2）測試前樣品處置（DSC、TGA需經(jīng)嚴(yán)格減壓干燥，XRPD需適當(dāng)研磨等）和注意事項(xiàng)；3）測試項(xiàng)目所解決的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)解析問題，TGA可用于藥物中結(jié)晶溶劑的定量測定，DSC和XRPD主要用于藥物的晶型解析等，并在其中引入一些具體的實(shí)例，如以那度胺半水合物、來那度胺二水合物的TGA、DSC、XRPD圖譜為例，解釋TGA圖譜在結(jié)晶溶劑定量解析中的應(yīng)用，DSC和XRPD圖譜用于藥物晶型解析中的應(yīng)用，通過實(shí)際案例的解析使學(xué)生印象深刻。

四、理論結(jié)合實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生才干

在課程的最后階段，筆者將學(xué)生進(jìn)行分組，分別給予每個(gè)小組不同原料藥物（如來那度胺、依帕司他等）的整套圖譜資料，（包括元素分析、紫外光譜、紅外光譜、核磁共振氫譜、核磁共振碳譜、氫氫相關(guān)譜、氫碳相關(guān)譜、DEPT-135?譜、質(zhì)譜、高分辨質(zhì)譜、差熱分析、熱失重和X-粉末衍射圖等）。讓學(xué)生分小組進(jìn)行“實(shí)戰(zhàn)”演習(xí)，分工合作，在一周時(shí)間內(nèi)完成上述原料藥的完整結(jié)構(gòu)解析，并按照CTD要求整理成符合申報(bào)要求的解析報(bào)告。另一方面，在課堂上學(xué)生用PPT展示，詳細(xì)介紹解析內(nèi)容以及過程。上述方法促使學(xué)生們將課堂所學(xué)知識用于解決實(shí)際問題，真正做到學(xué)以致用。

筆者通過近年來在研究生《藥物波譜解析》課程的教學(xué)改革，對研究生波譜解析能力培養(yǎng)起到了良好的效果，在讀和畢業(yè)研究生都給予了很好的反饋，促進(jìn)了藥學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒宏斌，莫建霞，朱卡林，韓峰.藥物波譜解析課程的優(yōu)化與融合探索，藥學(xué)教育，2015，31，5，32-35.

[2]劉迎新，施介華.藥物波譜解析課程教學(xué)的改革與思考，科技信息，2012，16，120.