中藥質量問題 “對癥下藥” ，以數(shù)字化賦能中藥產(chǎn)業(yè)升級
中醫(yī)藥是我國悠久歷史文化的無價傳承， 從?“十一五”?規(guī)劃以來，中醫(yī)藥便被列為國家級發(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)劃中更提出將進一步加快中醫(yī)藥科技創(chuàng)新體系建設，提升中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新。規(guī)劃發(fā)布后，國家醫(yī)療保障局、國家中醫(yī)藥管理局聯(lián)合發(fā)布 《關于支持中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》 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)藥的獨特價值。在長時間對抗疫情、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代的關注熱點。2021?年，在國家醫(yī)療保障局公布的國家醫(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入目錄，這一調(diào)整標志著中藥獨特的預防與治療效用在我國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，中藥所面臨最嚴峻的問題從來都不是大眾的重視程度或者是對其有效性的質疑，而是中藥的質量控制問題。只有用發(fā)展的思維去傳承，充分結合時代的創(chuàng)新科技，堅守質量保障監(jiān)督，才能使中藥穩(wěn)建發(fā)展，走向國際，綻放其應有的光輝。這一任務必然是偉大而艱巨的，隨著國際環(huán)境和行業(yè)的發(fā)展，對中藥的質量標準要求也日益提高，尤其要走進國際市場，中藥產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉型升級勢在必行。
中藥質量控制研究發(fā)展的必然途徑：
自動化 —— 信息化 —— 數(shù)字化
中藥數(shù)字化轉型需要海量數(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)驗和傳統(tǒng)的實驗模式，必然無法滿足數(shù)字化中藥數(shù)據(jù)基礎建設的高速發(fā)展需求。因此，自動化絕對是中藥產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉型的起點，穩(wěn)健的自動化設備將有助奠定中藥產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的基礎。中藥質量控制的研究一般起始于藥效物質的確認，基于中藥成分的復雜性，中藥化學成分的分離過程是主要的限速步驟之一。如果能在自動化設備的協(xié)作下實現(xiàn)快速分離，研究的工作周期得以加快，可更高效的進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]，作者通過自動化的二維分離制備系統(tǒng)?——?Sepbox，進行?20?小時的自動運轉，得到?150?個餾分，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這?150?個餾分進行快速篩查，最終得到?15?個餾分且參比陽性對照具有明顯的抑制活性。再進一步對這?15?個活性餾分進行細分純化以及結構鑒定，最終得到?20?個活性化合物。
作者在研究中應用的?Sepbox?二維高效液相分離系統(tǒng)是德國?Sepiatec?公司專為中藥化學分離研發(fā)，將?SPE?與?HPLC?功能巧妙結合，實現(xiàn)?24?小時內(nèi)完成中藥提取物的全自動分離和收集，單次運行最多可收集近?500?個餾分。 在快速拿到分離餾分后，即可利用薄層色譜技術進行藥效活性成分的初步快速篩查?；钚猿煞执_認后，也可再次應用?Sepbox?二維分離制備系統(tǒng)進行目標化合物的快速富集，通常單次運行?3?小時即可完成目標化合物的一次富集，以供后續(xù)藥理等下一階段的研究應用。在自動化分離設備和薄層色譜快速篩查技術的輔助下，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?個工作日內(nèi)完成。高效的自動化技術，快速對大批量的樣品進行處理，同時收集準確的研究數(shù)據(jù)，建立及鞏固了中藥數(shù)字化轉型的流程基礎。
字化轉型的流程基礎-1024x441.jpg)
自動化不僅是穩(wěn)健高效的工具，更是實驗室數(shù)據(jù)重復性、可靠性和完整性的保障。對于中藥質量控制標準執(zhí)行過程中的大量樣品制備和樣品檢測工作，這些特性尤為重要。如 《中國藥典》中最常見的中藥材薄層色譜鑒別檢測項目，很多品種單單是樣品制備過程就需要?2 ~ 3?天，需經(jīng)過粉粹?–?提取?–?萃取?–?過柱凈化?–?收集?–?濃縮?–?復溶等諸多步驟，越是繁瑣的過程，出現(xiàn)檢驗結果偏差?(OOS)?的可能性就越高，如果整個操作過程均由人工完成，那么?OOS?的溯源調(diào)查難度也是可想而知。因此，中藥質量控制需要可靈活應用到不同樣品制備流程的自動化技術，以確保實驗數(shù)據(jù)的完整性及準確性。國內(nèi)已經(jīng)有企業(yè)開拓相關領域，例如力揚企業(yè)正與瑞士的實驗室自動化技術專家 ——?Chemspeed?合作，展開 “中藥樣品制備自動化平臺“ 項目，借助其定制流程自動化實驗平臺的豐富經(jīng)驗，針對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緊湊的平臺上，通過軟件編輯流程，實現(xiàn)全流程自動化與信息化的樣品制備。目前?Chemspeed?的全自動研發(fā)平臺已經(jīng)在國內(nèi)多家石油化工、有機合成和精細化工等企業(yè)落地應用，期待東西方智慧碰撞出更適合中國國情和中藥特性的自動化樣品制備平臺，為中藥產(chǎn)業(yè)帶來更多革新的動力。
時勢造就: 承前啟后的數(shù)字化薄層色譜技術
正如前文提及，薄層色譜技術 (TLC)?可應用于中藥活性成分的快速篩查，與此同時它更是最早應用于中藥鑒別檢測的重要技術手段之一。長期以來，隨著薄層色譜技術在自動化和標準化上的升級和突破，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 ?具有更高的標準化要求，因此具有優(yōu)秀的重現(xiàn)性和更廣泛的適用性，現(xiàn)已被部分國家的藥典所收錄。技術升級除了需要具備完備的理論闡述，還需要實踐論證，而與技術相關的設備系統(tǒng)的升級換代就是最有力的實踐先行者。就如近年薄層色譜設備的全球領導品牌?——?瑞士?CAMAG?全新研發(fā)的全自動數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)?——?HPTLC PRO，在自動化技術上為高效薄層色譜技術帶來了創(chuàng)新的升級和突破。承前，完美解決?HPTLC?無法全流程自動化難題；啟后，開啟數(shù)字化薄層色譜系統(tǒng)的新時代，助力中藥行業(yè)數(shù)字化轉型，為迎接智能化實驗室時代做足充分的準備。此系統(tǒng)有很多創(chuàng)新的思路，在推動中藥產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的過程中值得我們借鑒：
1)?? ?全自動流程化，建立數(shù)字化基礎
CAMAG HPTLC PRO?全自動數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)通過系統(tǒng)自動化對薄層分析的全流程進行數(shù)字化管理，系統(tǒng)由多個模塊組成，從點樣、展開、衍生、檢測、分析、報告，各環(huán)節(jié)實現(xiàn)了全流程封閉式自動化連續(xù)運作，無需人員干預，大大降低了人為操作引入的實驗誤差，同時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，成功突破了傳統(tǒng)薄層色譜法靈敏度低、重現(xiàn)性差的應用瓶頸。
2)?? ?平面視覺?+?多維度評價指標
CAMAG HPTLC PRO?全自動數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)首創(chuàng)了多維檢測評價體系，使?HPTLC?結果的呈現(xiàn)不僅僅只停留在直觀平面彩圖的層面，而是可以通過圖像信息的數(shù)據(jù)分析和轉換實現(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，還可以通過三維建模技術，將多種檢測指標的多重結果進行整合，形成多維度的立體評價標準，可平面或立體展示綜合評價結果，構建符合中藥復雜藥效成分協(xié)同作用的全面的評價體系。例如某中藥制劑樣品在?200 – 1000nm?下進行多波長檢測，得到不同波長下的標志性吸收成分。傳統(tǒng)的做法是反復比較論證，選擇其中最具有代表性的一個波長檢測結果中的某一或幾個成分作為最終的檢測指標，這其中必然要有一定的取舍。而多維度的檢測系統(tǒng)可將各波長下的檢測結果進行整合，構建出一個立體的評價指標，在不錯過任何重要的指標性成分信息的同時，還提高了方法的整體檢測靈敏度。在后續(xù)檢測其他批次的產(chǎn)品時，對比系統(tǒng)多維評價數(shù)據(jù)，就可以全方位多角度地對中藥進行數(shù)字化檢測、分析和評估，做足數(shù)字化系統(tǒng)未來升級到智能學習水平的準備。
3)?? ?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫，信息共享，儲備系統(tǒng)智能學習資源
我們?nèi)v的中藥數(shù)字化，需要通過自動化，實現(xiàn)信息化，充分信息共享才能更順利的轉型到數(shù)字化階段，說到根本，這些必經(jīng)之路都是在為將來的智能化布局。國際上，眾多高效薄層色譜的應用專家已經(jīng)率先覺醒信息共享意識，他們共同成立了國際高效薄層色譜協(xié)會?(www.hptlc-association.org)，已然開始推動信息共享，共同開展國際?HPTLC?圖譜集和?HPTLC?天然物質數(shù)據(jù)庫構建等項目，免費分享最新?HPTLC?應用成果，定期提供免費的?HPTLC?技術培訓活動，以期實現(xiàn)全球的?HPTLC?數(shù)據(jù)信息共享。協(xié)會主席?Reich Eike?教授作為專家顧問，與 《中國藥典》 ?委員會也一直保持良好的溝通和經(jīng)驗交流。國際高效薄層色譜協(xié)會還在國內(nèi)知名中藥質量控制研究專家謝培山先生和上海中醫(yī)藥大學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)會中國分會“，共同推動高效薄層色譜技術在國內(nèi)的教育普及和應用，為中藥走向國際化以及迎接數(shù)字化轉型而精誠合作。
CAMAG?也積極與國際高效薄層色譜協(xié)會聯(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，公開?CAMAG?實驗室的眾多?HPTLC?方法和結果。在?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫中，可以下載?CAMAG?共享的中藥材等以及一些其他物質應用?HPTLC?檢測的完整實驗報告，包括樣品的制備、展開劑的配置、實驗條件，以及設備參數(shù)的設置和最終結果的電子數(shù)據(jù)，所有實驗的細節(jié)以及結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)庫下載方法模板和標準結果對照圖譜，加載于?HPTLC PRO?系統(tǒng)后直接運行，對自有樣品進行自動化檢測和數(shù)字化對照品的比對研究。以工業(yè)大麻成分的限量檢測為例[2][3]，拿到樣品后，實驗人員可以通過?HPTLC PRO?系統(tǒng)內(nèi)置的?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫搜索并下載方法，按照方法中的內(nèi)容完成樣品制備和展開劑配置等準備工作，之后的點樣、展開、衍生等工作由?HPTLC PRO?系統(tǒng)自動完成。拿到結果后，實驗人員可將實驗結果與?HPTLC?數(shù)字化數(shù)據(jù)庫中其他實驗室的結果做比對來進行評估，同時也可作為自有數(shù)據(jù)庫的充實資料以備后續(xù)研發(fā)的參考查閱，實現(xiàn)資源共享。
自動化新思路，開啟 “中藥數(shù)字化” 時代
無論是國內(nèi)還是國際，中藥質量控制研究的自動化和信息化進程已經(jīng)啟動，并會逐步走向成熟。當然，“數(shù)字化中藥”?并不能一蹴而就。從?“十三五”?規(guī)劃起始，國家已經(jīng)大力推行信息化建設，透過不同的信息流程管理系統(tǒng)，開發(fā)利用信息資源，以信息技術記錄海量的中醫(yī)藥信息數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進行數(shù)字化分析及計算，這就是?“數(shù)字化中藥”?的基礎。穩(wěn)健的自動化檢測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)過程中及產(chǎn)后品控和儲存等各流程的關鍵指標，所有流程監(jiān)控的關鍵指標將通過信息化處理，形成強大的基礎數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)階段常見的半自動或需要過多人為流程干預的檢測系統(tǒng)并不能滿足中藥數(shù)字化轉型的要求。而在自動化設備和多技術聯(lián)用的輔助下，中藥質量控制研究可以開辟出更多高效的新思路。如本文前述，中藥藥效成分基礎研究:?從自動化的二維分離制備系統(tǒng)分離，到突破傳統(tǒng)的全自動數(shù)字薄層色譜系統(tǒng)篩查，以自動化加速數(shù)據(jù)生產(chǎn)，通過信息共享實現(xiàn)不同實驗室間的互聯(lián)互助，為中藥數(shù)字化提供夯實的助力。憑借先進的技術和設備提高中醫(yī)藥質量水平，既能節(jié)約成本和提升產(chǎn)能，又能保障品控，此外更是邁向國際的重要手段。在全球數(shù)字化趨勢的環(huán)境下，中醫(yī)藥行業(yè)應抓緊數(shù)字化賦予的機遇，提升中藥的質量標準，向中藥數(shù)字化邁進，通過產(chǎn)業(yè)升級，中藥智能制造在未來終將可期。
寫在最后：
我國中藥指紋圖譜學奠基人、開拓者之一，中藥薄層色譜應用的領路人，多屆中國藥典會委員，國際高效薄層色譜協(xié)會終身榮譽會員，中藥質量研究科學家謝培山先生，于?2022?年?3?月在珠海辭世。老先生畢生都致力于中藥質量控制方法的研究，思維敏銳且勇于開拓，是力揚企業(yè)?CEO ?黃凱揚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于 “借助先進的自動化儀器對中藥進行科學分析，深入挖掘中藥的科學價值……” 的相關話題。也正因此，力揚企業(yè)成立至今二十載有余，不忘初心始終堅持實驗室自動化革新，用心締造新時代下的未來實驗室，為中藥科研事業(yè)貢獻一己之力。借此，深切緬懷謝培山先生，力揚企業(yè)定將初心不改，砥礪前行。
參考文獻：
[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:?中國中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告?2021 – 2022
主編單位:?中國中醫(yī)藥研究促進會、北京共生文化傳媒有限公司