韓金娥,周 瑩,蔣 敏,錢建瑛,高越穎,李 會(huì)
(江南大學(xué)生命科學(xué)與健康工程學(xué)院,江蘇無錫 214122)
為主動(dòng)應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,實(shí)現(xiàn)國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,教育部積極推動(dòng)“新工科”建設(shè)、“雙一流”建設(shè),要求高校打破傳統(tǒng)學(xué)科之間的壁壘,推進(jìn)學(xué)科交叉與跨界融合,以培養(yǎng)適應(yīng)國家戰(zhàn)略需求的高素質(zhì)、應(yīng)用型和復(fù)合型的創(chuàng)新人才[1-3]。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)作為高校人才培養(yǎng)的關(guān)鍵載體,是高水平人才培養(yǎng)不可或缺的重要支撐,在新時(shí)代人才培養(yǎng)模式改革中,實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)無疑是重要的突破口和切入點(diǎn)。
制藥工藝綜合實(shí)驗(yàn)是我院專業(yè)課程體系的重要組成部分,是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能,鞏固理論知識及提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。然而,該課程仍存在設(shè)計(jì)性、研究型實(shí)驗(yàn)比例偏低;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性和整體性,各學(xué)科“各自為政”,缺乏交叉滲透、相互融合等缺點(diǎn),無法滿足“新工科”的理念,即強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性[4]。由此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對該課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了改革,注重各學(xué)科在邏輯和結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系與組合,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合化、一體化及多學(xué)科知識的交叉融合,將藥物化學(xué)、藥物分析、藥理學(xué)和藥物制劑四大主干課程知識進(jìn)行銜接和交叉融合,形成連貫性、一體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[5-6]。制藥工藝綜合實(shí)驗(yàn)分為化學(xué)制藥和生物制藥兩條線,現(xiàn)以化學(xué)制藥中的綜合性實(shí)驗(yàn)“撲熱息痛的合成及表征、質(zhì)量分析、藥效學(xué)評價(jià)、劑型制備及質(zhì)量評價(jià)”為例加以探討。
撲熱息痛,又名對乙酰氨基酚,臨床上用于普通感冒或流行性感冒引起的發(fā)熱、緩解頭痛、神經(jīng)痛、牙痛等,是最常用的解熱鎮(zhèn)痛藥之一[7]。撲熱息痛屬于乙酰苯胺類解熱鎮(zhèn)痛藥,藥理作用是通過抑制環(huán)氧化酶,選擇性抑制下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞前列腺素的合成,導(dǎo)致外周血管擴(kuò)張、出汗而達(dá)到解熱的作用;通過抑制前列腺素等的合成和釋放,提高痛閾而起到鎮(zhèn)痛作用,屬于外周性鎮(zhèn)痛藥,僅對輕、中度疼痛有效,無明顯抗炎作用[8-9]。市面上有對乙酰氨基酚的各種劑型,如對乙酰氨基酚片、對乙酰氨基酚緩釋片、對乙酰氨基酚顆粒、對乙酰氨基酚混懸液、對乙酰氨基酚栓等。以學(xué)生熟悉的經(jīng)典藥物撲熱息痛為切入點(diǎn),模擬藥物研發(fā)的整個(gè)歷程,開設(shè)了融合藥學(xué)四大主干課程知識的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),對提高學(xué)生藥品研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的整體認(rèn)知,提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決問題的能力,培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型藥學(xué)人才具有重要意義。
撲熱息痛綜合性實(shí)驗(yàn)以模擬藥物研發(fā)為主線,旨在交叉融合藥學(xué)多學(xué)科理論知識與實(shí)驗(yàn)操作,提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要有合成撲熱息痛原料藥,并對其結(jié)構(gòu)表征,灌輸藥化科研思維;根據(jù)藥典對合成的原料藥進(jìn)行質(zhì)量分析,包括鑒別、檢查、含量測定等,植入藥物質(zhì)量分析的思想;考察原料藥對小鼠的鎮(zhèn)痛作用,引入藥效學(xué)評價(jià)理念;將原料藥制備成合適的劑型,并對制劑進(jìn)行質(zhì)量評價(jià),各模塊之間相互影響、聯(lián)系,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。
圖1 撲熱息痛綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目面向制藥工程專業(yè)大學(xué)四年級學(xué)生開設(shè),安排在大四上學(xué)期的綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。開課前2 周教師將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)給學(xué)生,讓學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)、書籍等,設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)老師與學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)方案的可行性研討會(huì),結(jié)合實(shí)驗(yàn)室安全及現(xiàn)有條件,最終確定具體的實(shí)驗(yàn)方案。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程遵循以學(xué)生為主,充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動(dòng)性,教師陪同引導(dǎo),實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)間由各組的具體進(jìn)度決定。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中需要認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、寫好實(shí)驗(yàn)記錄,實(shí)驗(yàn)操作認(rèn)真、規(guī)范,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,最后各組進(jìn)行PPT匯報(bào)總結(jié)。學(xué)生除了實(shí)驗(yàn)課上跟老師交流,課外還可以通過企業(yè)微信跟老師探討問題。此外,實(shí)驗(yàn)期間學(xué)院大型分析儀器平臺對教學(xué)開放,如質(zhì)譜儀、核磁共振儀、高效液相色譜儀、紅外光譜儀等,以保證實(shí)驗(yàn)的順利開展。
該實(shí)驗(yàn)安排在連續(xù)2 周(10 天)內(nèi)完成,每組學(xué)生4 或5 人,組內(nèi)學(xué)生又可分為兩小組,每小組2 或3人,運(yùn)用對比教學(xué)法,每小組學(xué)生進(jìn)行不同合成方法、不同片劑的制備等,匯總組內(nèi)和全班的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行組內(nèi)、組間數(shù)據(jù)比較,分析,最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第1~3天完成撲熱息痛的合成、純化及表征;第4~5 天完成原料藥質(zhì)量分析;第6 天完成撲熱息痛的鎮(zhèn)痛作用研究;第7~9 天完成撲熱息痛普通片、緩釋片的制備,質(zhì)量檢查及溶出度測定;第10 天整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告及制作實(shí)驗(yàn)總結(jié)PPT。最后,各小組進(jìn)行PPT匯報(bào)答辯,師生討論交流。實(shí)驗(yàn)整體安排較為緊湊,環(huán)環(huán)相扣,需要各組學(xué)生相互配合,分工協(xié)作,勇于探索。
撲熱息痛的合成方法較多[10-12],本項(xiàng)目以對氨基酚為原料,經(jīng)過乙酸酐?;蟮玫侥繕?biāo)產(chǎn)物[7,13],反應(yīng)方程式如圖2 所示。
圖2 撲熱息痛的合成路線
撲熱息痛原料藥的質(zhì)量分析按照藥典中的相關(guān)規(guī)定[14],根據(jù)化合物分子中的酚羥基與鐵離子形成配位鍵而顯色;乙酰胺基水解后生成氨基,在亞硝酸鈉和堿性β-萘酚的作用下發(fā)生重氮化-偶合反應(yīng)生成紅色的偶氮化合物。
撲熱息痛的體外鎮(zhèn)痛實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)刺激法或者熱板法,化學(xué)刺激法給小鼠腹腔注射一些化學(xué)物質(zhì)刺激腹膜,引起深部的、大面積且較持久的疼痛反應(yīng),致使小鼠產(chǎn)生扭體反應(yīng);熱板法是通過熱刺激小鼠足部產(chǎn)生疼痛反應(yīng),即小鼠出現(xiàn)舔后足,測定小鼠出現(xiàn)疼痛舔后足的時(shí)間,比較給藥組與對照組的差異,判定藥物有無鎮(zhèn)痛作用。
由于對乙酰氨基酚的生物半衰期短,患者需要頻繁服藥,容易造成胃腸道刺激等不良反應(yīng),制成其緩釋制劑具有藥效持久,減少給藥次數(shù),降低副作用,改善安全性等優(yōu)點(diǎn)。緩釋片的釋放度測定,所用儀器和方法同普通片的溶出度測定,釋放度的測定采用3 個(gè)以上時(shí)間點(diǎn)取樣。實(shí)驗(yàn)測定對乙酰氨基酚普通片的溶出度,及其緩釋片的釋放度,并且比較兩者實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行緩釋作用評價(jià)。
試劑對氨基酚,醋酸酐,活性炭,亞硫酸氫鈉,三氯化鐵,亞硝酸鈉試液,堿性β-萘酚試液,溴化鉀,氯化鈉,硝酸銀試液,硫酸鉀,甲醇,乙酸鈉,對氨基苯酚,氫氧化鈉,乙酸,羥丙基甲基纖維素,乳糖,乙醇,硬脂酸鎂,鹽酸等,均為分析純。
儀器微波合成儀,超高效液相色譜串聯(lián)四級桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀,核磁共振譜儀,全反射傅里葉紅外光譜儀,高效液相色譜儀,熱板儀,壓片機(jī),溶出儀,片劑硬度測試儀,脆碎度測試儀,分析天平,電子天平,磁力攪拌加熱器,循環(huán)水真空泵,pH 計(jì),水浴鍋,注射器,鼠籠,灌胃針,恒溫干燥箱等。
動(dòng)物ICR 小鼠,雌雄各半,體質(zhì)量20~25 g,由上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動(dòng)物責(zé)任有限公司提供,飼養(yǎng)溫度25℃,相對濕度55%。
2.3.1 撲熱息痛原料藥的合成及表征[7,13]
向安裝配有攪拌子、溫度計(jì)、回流冷凝管的250 mL三頸瓶中加入44 g對氨基苯酚和120 mL純水,開啟攪拌,加熱到50 ℃;通過恒壓滴液漏斗逐滴加入48 mL乙酸酐然后升溫到80 ℃,維持該溫度反應(yīng)2 h。冷卻到室溫,待結(jié)晶析出完全后,抽濾,用冰純水洗滌濾餅兩次,抽干得對乙酰氨基酚粗品。將粗品轉(zhuǎn)移至250 mL圓底燒瓶中,加入適量純水,加熱溶解,稍冷后加入4 g活性碳,回流15 min,事先在抽濾瓶中先加入1 g亞硫酸氫鈉,趁熱抽濾,濾液趁熱轉(zhuǎn)移至500 mL燒杯中,放冷析晶,抽濾,濾餅用0.5%亞硫酸氫鈉溶液洗滌2 次,抽濾,干燥,得到撲熱息痛原料藥。測熔點(diǎn),計(jì)算收率,并通過質(zhì)譜、氫譜和碳譜進(jìn)行化合物的表征,以及高效液相色譜法進(jìn)行純度檢測。
微波合成法是向250 mL三頸瓶中加入攪拌子,44 g對氨基苯酚和120 mL純水,稍加搖晃后放置微波合成儀中,安裝好回流冷凝管,設(shè)置好反應(yīng)時(shí)間17 min,微波功率500 W,反應(yīng)溫度100 ℃,滴加乙酸酐,同時(shí)開啟微波反應(yīng),反應(yīng)完畢冷卻析晶,后續(xù)操作同上。
2.3.2 撲熱息痛原料藥的質(zhì)量分析[14]
(1)鑒別。①取原料藥的水溶液,加三氯化鐵試液,樣品溶液顯藍(lán)紫色。②取原料藥約0.1 g,加稀鹽酸5 mL,水浴中加熱40 min,冷卻至室溫;取0.5 mL該溶液,滴加亞硝酸鈉試液5 滴,搖勻,加去離子水3 mL稀釋,加堿性β-萘酚試液2 mL,振搖,應(yīng)顯紅色。③取原料藥干燥品1~2 mg,與200 mg左右的溴化鉀混合,研磨成細(xì)粉,在紅外壓片模具中壓成透明薄片,置于傅里葉紅外光譜儀中進(jìn)行檢測,獲得的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對照。
(2)檢查。①酸度。取原料藥0.1 g,加水10 mL使溶解,使用校正好的pH 計(jì),測定pH 值應(yīng)為5.5~6.5。②氯化物。取原料藥2.0 g,加水100 mL,加熱溶解后,取濾液25 mL再加稀硝酸10 mL,置50 mL納氏比色管中,加水至約40 mL,搖勻,得到供試品溶液。另取5 mL標(biāo)準(zhǔn)氯化鈉溶液,分別加入硝酸銀試液1.0 mL,用水稀釋成約50 mL,搖勻,在暗處放置5 min,同置黑色背景上,從比色管上方向下觀察、比較。③硫酸鹽。量取氯化物檢查時(shí)剩余的濾液25 mL,與標(biāo)準(zhǔn)硫酸鉀溶液1.0 mL制成的對照液比較。
(3)含量測定。采用紫外分光光度法,取撲熱息痛原料藥約40 mg,精密稱定,置于250 mL容量瓶中,加0.4%氫氧化鈉溶液50 mL溶解后,加水至刻度,搖勻,精密量取5 mL,置于100 mL量瓶中,加0.4%氫氧化鈉溶液10 mL,加水至刻度,搖勻。272 nm處進(jìn)行紫外分光光度測定。
2.3.3 撲熱息痛的鎮(zhèn)痛作用研究[13]
采用化學(xué)刺激法取小鼠4 只,雌雄各半,稱重并編號,實(shí)驗(yàn)組小鼠(雌雄各半)編號為1,2 號,皮下注射對乙酰氨基酚0.15 mL/10 g;對照組小鼠(雌雄各半)編號為3,4 號,皮下注射生理鹽水0.15 mL/10 g。30 min后,每只小鼠分別腹腔注射0.2 mL的0.8%乙酸,觀察15 min內(nèi)每只小鼠發(fā)生扭體反應(yīng)的次數(shù)。觀察小鼠給藥前后的表現(xiàn),并仔細(xì)記錄觀察結(jié)果,計(jì)算鎮(zhèn)痛反應(yīng)百分率(%)。
2.3.4 撲熱息痛片劑的制備及質(zhì)量評價(jià)[13,15]
(1)處方。對乙酰氨基酚緩釋片和普通片的處方組成如表1 所示。
表1 撲熱息痛片劑的處方
(2)劑型制備工藝流程。對乙酰氨基酚普通片和緩釋片的制備采用濕法制粒,流程為原輔料粉碎—過篩—原輔料混合—制軟材—制?!稍铩!旌稀獕浩?。
(3)撲熱息痛緩釋片、普通片質(zhì)量研究。①外觀檢查。取20 片,平鋪于白底板上,置于75 W 光源下60 cm處,距離片劑30 cm,以肉眼觀察30 s。檢查結(jié)果應(yīng)符合:完整光潔,色澤一致;80~120 目色點(diǎn)應(yīng)<5%,麻面<5%,并不得有嚴(yán)重花斑及特殊異物。②重量差異限度檢查。取20 片,精密稱重總重量,求得平均片重后,再分別精密稱定各片的重量。每片重應(yīng)與平均片重相比較,超出重量差異限度的藥片不得多于2 片,并不得有1 片超出重量差異限度的1 倍。③硬度檢查。取6 片,用片劑硬度測試儀測定硬度。④脆碎度檢查。取10 片,精密稱重,置于脆碎度測試儀,規(guī)定時(shí)間取出,除去粉末,精密稱重,減失重量不得超過0.8%,且不得檢出斷裂、龜裂及粉碎的片。⑤釋放度檢查。取自制緩釋片6 片,采用漿法,以900 mL 磷酸鹽緩沖液(pH5.8)為釋放介質(zhì),轉(zhuǎn)速為50 r/min,在5、10、20、30、60、90、120、180、210 min,分別取5 mL溶液,濾過,精密量取續(xù)濾液1 mL,加上述釋放介質(zhì)稀釋50 mL,搖勻,照紫外-可見分光光度法,于波長257 nm處測量吸光度。⑥溶出度的測定。取自制普通片6片,采用轉(zhuǎn)籃法,以稀鹽酸24 mL 加水至1 000 mL 為溶出介質(zhì),轉(zhuǎn)速為100 r/min,分別于5、10、15、30、45、60 min取溶液5 mL,濾過,精密量取續(xù)濾液1 mL,加0.04%氫氧化鈉溶液至50 mL,搖勻,按照紫外-可見分光光度法,于波長257 nm處測量吸光度。
對比兩種合成方法,微波合成法的反應(yīng)時(shí)間大大縮短,操作簡便,收率略高。合成得到的撲熱息痛原料為白色結(jié)晶,計(jì)算收率為61%~75%,通過數(shù)字熔點(diǎn)儀測定熔點(diǎn)為169~170 ℃,與文獻(xiàn)值相符[16]。此外,學(xué)生需要預(yù)處理好樣品,在分析檢測平臺老師的指導(dǎo)下使用質(zhì)譜儀、核磁共振儀、高效液相色譜儀等,完成對化合物的結(jié)構(gòu)表征和純度分析,并通過譜圖解析,驗(yàn)證產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及純度。
經(jīng)質(zhì)譜儀測定化合物相對分子質(zhì)量為151,與對乙酰氨基酚相對分子質(zhì)量相符,質(zhì)譜圖如圖3 所示。
圖3 撲熱息痛的質(zhì)譜圖
經(jīng)核磁共振分析儀測試得到化合物的氫譜和碳譜,1H-NMR(400 MHz,CD3OD):δ 7.3(d,2H)和δ 6.75(d,2H),這為苯環(huán)上的4 個(gè)氫;δ 4.8(s,2H)為氨基成銨鹽上的2 個(gè)氫;δ 2.1(s,3H)為甲基上的3 個(gè)氫;13C-NMR(400 MHz,CD3OD):δ 170.0 為羰基碳,δ 154.0 為苯環(huán)上連接羥基的碳,δ 130.3 為苯環(huán)上連接氨基的碳,δ 122.0 和δ 114.8 為苯環(huán)上無取代基的4個(gè)碳,δ 22.1 為甲基碳,與對乙酰氨基酚結(jié)構(gòu)相符,其氫譜、碳譜如圖4 所示。
圖4 撲熱息痛的核磁譜
采用高效液相色譜法進(jìn)行純度測定,色譜柱為Waters XBridge C18(5 μm,4.6 mm×150 mm);流動(dòng)相為甲醇-0.05 mol/L醋酸銨溶液(15∶85);流速為1.0 mL/min;檢測波長為257 nm;柱溫為35 ℃;進(jìn)樣量為10 μL,面積歸一化法得到對乙酰氨基酚的純度達(dá)99.7%,如圖5 所示。
圖5 撲熱息痛原料藥的高效液相色譜圖
3.2.1 鑒 別
撲熱息痛原料藥與三氯化鐵顯藍(lán)紫色;經(jīng)酸解與亞硝酸鈉作用顯紅色;紅外光譜圖與文獻(xiàn)圖譜[17]基本一致,如圖6 所示。
圖6 撲熱息痛的紅外光譜圖
3.2.2 檢 查
撲熱息痛原料藥經(jīng)酸度檢查合格,大部分學(xué)生的氯化物檢查、硫酸鹽檢查合格,少數(shù)學(xué)生的不合格,可能在制備原料藥的過程中使用了自來水,或者產(chǎn)品洗滌不充分而引起氯化物、硫酸鹽的殘留。
3.2.3 純度測定
撲熱息痛原料藥的含量在90%~105%,符合藥典規(guī)定,部分學(xué)生的數(shù)據(jù)如表2 所示。
表2 對乙酰氨基酚的含量
統(tǒng)計(jì)全班小鼠的扭體次數(shù),計(jì)算對乙酰氨基酚的鎮(zhèn)痛百分率,結(jié)果如表3 所示。由表可知,對乙酰氨基酚對小鼠有明顯的鎮(zhèn)痛作用。
表3 對乙酰氨基酚對小鼠的鎮(zhèn)痛作用
制備得到的撲熱息痛普通片、緩釋片完整光潔,色澤一致,無花片裂片,外觀檢查合格;重量差異檢查合格,部分學(xué)生制備的緩釋片數(shù)據(jù)如表4 所示;普通片、緩釋片的硬度、脆碎度檢查均合格。
表4 撲熱息痛緩釋片的重量差異限度檢查
計(jì)算普通片、緩釋片在各取樣點(diǎn)的藥物溶出度及累積溶出度,繪制的累積溶出度-時(shí)間曲線圖如圖7 所示。由圖可知,撲熱息痛緩釋片較普通片藥物釋放明顯緩慢,在3 h 時(shí)累積釋放度為50%,達(dá)到了緩釋效果。
圖7 撲熱息痛累積溶出度-時(shí)間曲線圖
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從撲熱息痛原料藥合成,經(jīng)藥品質(zhì)量分析,再進(jìn)行藥理學(xué)活性評價(jià),到最后片劑的制備及質(zhì)量評價(jià),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多樣,涉及的專業(yè)知識廣泛,涵蓋了多學(xué)科的理論知識及實(shí)驗(yàn)技能,不僅讓學(xué)生對大學(xué)4 年所學(xué)知識進(jìn)行了整體梳理和鞏固,還加深對新藥研發(fā)歷程的理解。此外,該課程對提升學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)技能、專業(yè)知識的融會(huì)貫通、科研素養(yǎng)以及分析解決問題的綜合能力都大有裨益,也為學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型高素質(zhì)藥學(xué)人才提供了重要支撐。經(jīng)過3 年的教學(xué)實(shí)踐,取得了很好的教學(xué)效果,獲得師生的一致好評,已成為我院具有特色的專業(yè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程。今后,該課程還會(huì)繼續(xù)更新完善,與時(shí)俱進(jìn),例如引入綠色合成新技術(shù)(微流控技術(shù)、電化學(xué)合成法等),增加不同劑型的制備(混懸劑、顆粒劑、栓劑等),同時(shí)融入更多的思政元素,培養(yǎng)學(xué)生“藥者仁心、精業(yè)濟(jì)世”的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。