(药物分析学)第一章药物分析学导论

总论

第一章药物分析学导论药物分析学谢智勇：542450106

药学院406#学习要求掌握药物分析学的概念与学习要求熟悉药物分析学在药物研究与开发、生产和药品使用中的应用熟悉获取药物分析学文献资料和信息的途径了解药物分析学的研究体系和创新策略目录药物分析学研究体系1药物分析学在药物研究与开发中的应用2药物分析学在药物生产过程中的应用3药物分析学在药品使用中的应用4药物分析学的一些进展5药物分析学的学习要求6思考题7药物（drug，pharmaceuticals,medicine）用于预防、治疗、诊断疾病和帮助机体恢复正常功能,并规定有适应症或者功能主治、用法和用量的物质。药品质量的优劣直接影响到药品的安全性和有效性，关系到用药者的健康与生命安危。药品虽然也属于商品，但由于其特殊性，它的质量控制远较其他商品严格。一、药物分析学研究体系

药物分类(研究对象)药物分析学应用领域药物科学属于生命科学的范畴，其主要的研究领域包括药物研究、工业药学和临床药学药物研发：药物的发现、研究与开发工业药学：药物生产、流通临床药学：药物的评价和合理应用730December2024管理机构定义药物分析学的重要性药物分析学药物分析科学应用研究基础研究应用基础研究药物分析学的分类按照应用领域:新药研发中的药物分析、工业药物分析、临床药物分析按照检测对象:成分分析和活性分析中药分析化学药分析生物制品分析按照方法性质:理化分析和生物学分析法传统的药物分析大多局限于通过分析药物成分来控制药品质量生命科学与药学融合，药物分析科学已从以物质为中心转移到与生命科学的结合药物成分分析药物活性分析高内涵分析过程分析药物分析药物学药理学科技问题体内动态分析复杂体系分析高通量分析微量分析药学（药物学，药理学）工学（仪器、计算机、电子）理学（化学，物理学）生物学（医学、细胞、分子、生化）多学科交叉特征明显（1）药物分析学与药理学结合发展化学生物学检测方法如基于生物亲合作用（受体、酶、蛋白、细胞、细胞膜、DNA等）的活性分子的快速识别与筛选新方法,在同一系统中以生物活性为检测指标，同时进行化学成分分离分析研究，提高寻找和发现生物活性成分的效率与靶向性建立以拓扑异构酶，微管蛋白等作为靶受体，基于生物亲合作用的天然活性分子的快速识别与筛选新方法LC/MS,Chips,色谱，光谱，免疫方法生物色谱:生物学-色谱Frontalchromatographicprofiles(A)acetone50nM(B)RS17053800nM(C)BMY7378800nMtheCMSPcolumncell-membranestationaryphase(CMSP)immobilizingrataortacellmembranesonporoussilicadrug-α1DadrenergicreceptoraffinityTLC-EI有机磷或氨基甲酸脂类农药抑制胆碱酯酶检测限在0.1～10mg/kg胆碱酯酶靛酚乙酸酯（红色）靛酚（蓝色）自由基清除（抗氧化）活性二苯基苦肼基自由基(1,1-Diphenyl-2-picryl-hydrazyl，简称DPPH)，是一种很稳定的以氮为中心的自由基，若被测物能清除它，则提示被测物具有降低羟自由基、烷自由基或过氧自由基等自由基的有效浓度，打断脂质过氧化链反应的作用。

DPPH本身显紫色，具有清除DPPH自由基能力的物质能使其还原成黄色的二苯基苦肼（diphenylpicrylhydrazine,DPPH-H）。DPPH(purple)NNO2NO2NNO2自由基抑制剂DPPH-H(yellow)NHNO2NO2NNO2原理黄色斑点紫色背景1.用Rf鉴别中药成分；2.同样量总峰面积越大，抗氧化活性越强AB乌药的TLC-bioautographic图谱和传统显色剂显色图谱A:喷以0.04%DPPH乙醇溶液,

B:碘蒸气熏蒸,1~5乌药样品S112345S2S112345S112345结论：浙江天台产乌药中去甲异波尔定分别总面积的40％以上，为乌药中主要抗自由基成分适配体序列作为报告探针，在目标蛋白质存在下，适配体发生构象转化，与具有8个碱基的捕获探针互补杂交，生成稳定的杂交复合物，产生化学发光信号，适用于短链DNA等的检测（2）药物分析学与工学结合多参数细胞微生理计微电极阵列传感器芯片微电子复合传感器芯片显微镜观察药物作用前后电极表面的细胞药物毒性检测:5,10,20µM药物刺激前后A549细胞的阻抗变化微流控-液滴实验室（DropLab）实现对每个液滴的体积和化学组成的精确控制，并可在液滴内进行微量化学反应、分析和筛选试样试剂消耗量较常规方法降低3–5个数量级应用于高通量低消耗的酶抑制分析和蛋白质结晶条件筛选色谱分离质谱碎裂规律总结微量成分质谱分析质谱碎裂规律建立质谱碎裂规律应用丢失68Da(C3O2)丢失42Da(C2H2O)快速识别与分析新化合物29（3）药物分析学与化学的结合生物体系MSnMSn氘代裂解规律鉴定结构or原料药研究方案（A）加合锂的赖诺普利的能量谱30通过加和锂离子有效改变了赖诺普利与其RSS异构体之间结合力,从而在二级质谱及能量谱中出现较大差异，能在线有效地区分这对异构体（B）加合锂的赖诺普利RSS异构体的能量谱JMassSpectrom.2010;45:89–96RapidCommunMassSpectrom.2011;25:1349-55RapidCommunMassSpectrom.2009;23:1654-58

（4）药物分析学与分子影像学结合ExpressionpatternofGFPindicatedCYPregulatoryelementswithandwithout

drugtreatment.质谱成像VariantsofGFP32AdvantageofGFPEasytodetect,sensitiveSuitforlivecellslessharmfulWidelyused…ApplicationsofGFPandItsVariantsfluorescenceresonanceenergytransfer(FRET)fluorescencerecoveryafterphotobleaching(FRAP)fluorescencelifetimeimagingmicroscopy(FLIM)chromophore-assistedlightinactivation(CALI)sensors（5）药物分析学与仪器分析结合发展高灵敏度、高通量分析方法同时检测多种生物标志物抗体-药物结合物(ADC)微量药物杂质和代谢物微量中药活性成分多糖抗体药物siRNA等

……在线浓缩多维逆流色谱系统砷的不同价态及其毒性：砷化氢（AsH3）＞亚砷酸(AsⅢ)和砷酸(AsⅤ)＞甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)＞胂甜菜碱(AsB)和胂胆碱(AsC)基本无毒汞的不同价态及其毒性：甲基汞＞乙基汞＞Hg2+＞Hg＋

HPLC-ICP-MS分析As形态AsC：胂胆碱AsB：胂甜菜碱AsⅢ：三价砷（亚砷酸）ＤＭＡ：二甲基砷酸AsⅤ：五价砷（砷酸）MMA:甲基砷酸6种As标准形态1%HCl萃取含雄黄样品的价态分析:

不同价态砷对照品色谱图

雄黄样品色谱图结果：雄黄的萃取溶液中仅检测到三价砷和五价砷，未检测到其他价态砷（检测限0.1ppb)定量结果表明,不同提取方法测得的三价砷和五价砷的总量与其可溶性砷总量接近

RP-HPLC-ICP-MS分析Hg形态C18柱分离4种汞的价态Hg＋Hg2＋乙基汞甲基汞含雄黄样品1％HCl萃取液经C18柱分离，均未检出上述各形态Hg提取模板反应体系配置PCR扩增电泳引物设计乌梢蛇药材及其混淆品PCR鉴别

阳性对照2.乌梢蛇3.虎斑颈槽蛇4.三索锦蛇5.双全白花蛇6.灰鼠蛇7.滑鼠蛇8.红点锦蛇9.王锦蛇10.赤链华游蛇11.中国水蛇12.短吻蝮蛇

13.百花锦蛇14.眼镜蛇15.赤练蛇16.铅色水蛇17.金环蛇18.山烙铁头蛇19.黑眉锦蛇20.环纹华游蛇21.蕲蛇22.金钱白花蛇23.阴性对照24.空白乌梢蛇

蕲蛇药材及其混淆品PCR鉴别

1.阳性对照2.蕲蛇3.虎斑颈槽蛇4.三索锦蛇5.双全白花蛇6.灰鼠蛇7.滑鼠蛇8.红点锦蛇9.王锦蛇10.赤链华游蛇11.中国水蛇12.短吻蝮蛇

13.百花锦蛇14.眼镜蛇15.赤练蛇16.铅色水蛇17.金环蛇18.山烙铁头蛇19.黑眉锦蛇20.环纹华游蛇21.乌梢蛇22.金钱白花蛇23.阴性对照24.空白蕲蛇药物毒性机理分析捕获试剂抗体，生物质谱色谱，质谱-35S-GSH3H-GSH14C-NaCN14C-KCNAcetominophentoxicity药物分析学的创新研究思路药物分析学：药物科学研究的

“方法科学”、“眼睛科学”

药物分析药物分析学4730December2024药物分析学DruginResearchandDevelopmentDrugin

Manufacture

Drugin

Use药物分析工业药物分析临床药物分析ClinicalUseDM/PK/PD/TR&DSFBPharmAnal二、药物分析学在药物研究与开发中的应用

新药R&D需要进行临床前研究、临床试验和上市后的评价新药发现（hit--lead--candidate),药学，临床试验，生产，流通，临床使用PharmAnal临床前研究化合物的活性筛选与构效关系药物设计与合成药物的结构确证药物的转运、吸收、分布、代谢、排泄药物的药理学与毒理学药剂制剂药品质量与稳定性经典的工业药物分析包括原辅料、中间体和最终产品的质量控制。然而，质量控制不能仅仅是检测最终产品的质量，更重要的应该是控制药品生产各个环节的质量药品的质量（quality）不是检验出来的而是生产出来的，药品质量与生产过程中的每个环节密切相关，除对终产品如原料和制剂按照质量标准进行质量分析外，制药过程关键工艺的监测、控制对于保证药品质量至关重要。三、药物分析学在药物生产过程中的应用

IndustrialPharmAnal5330December2024Thegoalofprocessanalyticaltechnology(PAT)istounderstandandcontrolthemanufacturingprocess,whichisconsistentwithourcurrentdrugqualitysystem:qualitycannotbetestedintoproducts;itshouldbebuilt-inorshouldbebydesign

制药过程分析是建立在对生产过程的深刻理解的基础上来进行的过程（process）:将输入转化为输出的一组彼此相关的资源和活动，所有的工作都是通过一个过程来完成的制药过程:制药的生产流程5430December20245530December2024ProcessAnalyticalTechnology

asystemfordesigning,analyzing,andcontrollingmanufacturingthroughtimelymeasurements(i.e.,duringprocessing)ofcriticalqualityandperformanceattributesofrawandin-processmaterialsandprocesseswiththegoalofensuringfinalproductquality为了设计生产均质产品的工艺，必须测定药物及其制剂中其他成分的化学、物理和生物药剂学特性测定诸如同一性和纯度等化学特性，在分析上是较成熟的，而一些物理特性如固体形式、颗粒大小与形状等是较难分析和控制的5930December2024过程反应分析(in-processreactionanalysis)有助于避免产物分解、控制催化选择性问题、水分毒化反应和时间拖长等问题。一旦产品确定后，其重要的问题是在生产过程中自始至终确保一致性过程颗粒分析(in-processparticleanalysis)可以帮助解决颗粒大小不均匀、裂缝、制粒过大或过小、放大不一致性等问题ThemajorstepsofanNIRcalibrationprocedure.制药过程分析1．

过程分析方法（ProcessAnalysisMethod）:NIR,Raman光谱2．

原料药的过程分析

PharmaceuticalsManufacture2.1RawMaterialTesting2.2ReactionMixture2.3ReactionMonitoring2.4CrystallizationMonitoring2.5DryerMonitoring2.6MonitoringtheMillingProcess2.7CleaningMonitoring3．制剂过程分析

DrugProductManufacture3.1RawMaterialMonitoring3.2FormulationMonitoring3.3TabletCores3.4TabletCoating3.5PackageFDAannouncedaguidanceonPATin2003.ProcessAnalyticalTechnology(PAT)isbecomingincreasinglyimportantinpharmaceuticalsmanufacturing.Asregulatoryauthoritiescontinuetopushforgreatercertaintyinprocessoutcomesandhigherlevelsofproductquality,thedemandforPATlookssetforfurthergrowth6530December2024

ThePATInitiative:What?四、药物分析学在药品使用中的应用

ClinicalPharmAnal药物的质量好坏，服用是否合理，即药品是否安全、有效，最终还应以临床征象和实际疗效来决定为了达到药物使用的安全、合理和有效，对药物及其制剂的体内过程、作用机理及药物效应进行研究，通过药物分析的手段了解药物在体内数量与质量的变化，获得药物代谢动力学的各种参数和代谢的机理等信息有助于对所研究的药物的质量、疗效和安全性做出评估，以及对药物的改进和发展提供依据6830December2024药物应用-----临床药学研究TherapeuticDrugMonitoringClinicalPharmacokinetics(PK,BE/BA)Pharmacogenetics(PG)DrugAbuseOverdosageAnalyticalToxicologyDrugsinSport(DopingControl)Pharmacogenetics:

TheTherapeuticDrugMonitoringoftheFuture?phenotypingCYP2D6DeterminationofdextromethorphananditsmetabolitedextrorphaninhumanurinebycapillaryGCwithoutderivatizationProbeChromatogramsofDMandDT.(B)urinespikedwithDM(2.21mmol/l)andDT(3.11mmol/l);(C)humanurineobtainedafteranoraldoseof30mgdextromethorphanhydrobromide(DM2.25mmol/l,DT10.44mmol/l)1.DM,2.I.S.,3.DT.BlankhumanurineTDMDrugLevelsMonitoringPharmacokineticsMonitoringPharmacogeneticsMonitoring

Applicationsofpharmaceuticalanalysis药物研发临床前药学研究：药物分离或合成工艺的筛选与优化、药物中间体质量控制、药物结构确证、一些生物活性的高通量分析、临床前药物代谢及其动力学研究、药物制剂处方筛选与质量分析、药物质量及其质量标准研究、药物稳定性研究、药物杂质和降解产物的分离与结构鉴定等。药物生产制造过程质量控制：应用PAT对生产全过程进行质量控制，如各种在线分析技术用于监控反应过程、浓度变化、粉末干燥过程、颗粒均匀性等；离线分析技术用于检测中间体和最终产品；计算机控制技术和统计分析技术用于集成制造和生产过程的调控。药物应用临床药学研究：指导合理用药和个体化给药，如临床药物代谢动力学、药品生物利用度和生物等效性、治疗药物浓度监测（therapeuticdrugmonitoring,TDM）、临床药物相互作用研究、人体基因型分析、生物标志物测定;运动员兴奋剂检测、滥用药物和法医毒物分析等。五、药物分析学的一些进展7830December2024CE,capillaryelectrophoresis;ECD,electroncapturedetector;ESI,electrosprayionization;ICP,InductivelyCoupledPlasma;HPIC,high-performanceionchromatography;SFMS,sectorfieldmassspectrometry;TSP,thermospray.Examplesofcombinationanalyticaltechniques自动化（Atomization）：样品处理、分析方法和数据处理实现机械化和信息化操作高通量分析[High-throughputAnalysis(HTA)]:

用于迅速分析大量样本的方法，如结构、纯度和定量测定仪器分析方法（InstrumentalAnalysis）:如色谱法（HPLC,GC）和光谱法UV,IR,AAS,MS,NMR),等8030December2024

Abbreviations:CLND,chemiluminescentnitrogendetection;DI,directinjection;ELSD,evaporativelight-scatteringdetection;FIA,flowinjectionanalysis;FT,FourierTansform;ICR,ioncyclotronresonance;MALDI,matrix-assistedlaserdesorption/ionization;SFC,supercriticalfluidchromatography.Summaryofhigh-throughputanalyticaltechniquesFlowinjectionanalysis(FI)(1)Assayoffinalproducts.(2)Dissolutionprofilesduringproductionandvalidationofmanufacturingprocesses.(3)Dosageuniformitytests.(4)In-processblendinguniformityforsolidandsemi-solidformulations.TypicalFImanifoldcomprisingasolid-phasereactor(SPR).S,sample;C,carrier;P,peristalticpumps;I.V.,injectionvalve;D,detector;W,waste.TypicalFImanifoldforon-lineliquid–liquidextraction(FI-LLE).S,sample;R,reagent;P,peristalticpumps;I.V.,injectionvalve;Aq,aqueousphase;Org,organicphase;DB,displacementbottle;SG,segmentor;EC,extractioncoil;SP,phaseseparator;D,detector;W,waste.UltraPerformanceLiquidChromatography(UPLC)VanDeemtercurvesfordifferentparticlesizes(10,5,3,1.7m).(UPLC)isarelativelynewtechniquegivingnewpossibilitiesinliquidchromatography,especiallyconcerningdecreaseoftimeandsolventconsumption.Separationefficiencyremainsmaintainedorisevenimproved.8530December2024化学计量学(Chemometrics)根据多变量数学模型和集成分析所有数据包括化学和生物学数据的一种数据分析方法学，如主成分分析[principalcomponentanalysis(PCA)]和特征映射法projectionstolatentstructures(PLS)。8630December2024Somechemometricmodelsdevelopedforpharmaceuticalanalysisindrugresearchanddevelopment

8730December20248830December20248930December2024Selectedapplicationsofnanotechnology

六、药物分析学的学习要求药物结构与分析方法的关系药物结构（官能团）、理化性质与分析方法的逻辑相关性:由药物结构（官能团）分析导出其理化性质，再由理化性质（反应原理）引出分析方法1.基本理论

掌握药品质量控制过程中的分析方法所依据的有关理论、化学反应的原理及基本规律化学变化中的质量关系药物的化学结构、理化性质、存在状态与分析方法选择之间的相互关系

熟练药物及其分解物或代谢物的分离提取方法的原理了解制药过程分析理论2．基本知识

3．基本操作理论课程的学习与实验操作课的实践并重不仅应研究探讨药物的化学结构、理化性质、存在状况与分析方法选择之间的关系，还应重视不同分析样本选取最佳分析方法的能力培养在我国药物研究从仿制为主到创制为主的历史性转变中，能够具备为新药创制和全面提高药品质量所需的独立分析问题和解