深度卷积网络的多品种多厂商药品近红外光谱分类

近红外光谱(NIR)分析具有分析高效、样品无损、环境无污染以及可现场检测等优点,特别适合药品的快速建模分析。但NIR存在吸收强度弱以及谱带重叠等缺点,需要建立稳健可靠的化学计量学模型对其进行分析。深度卷积神经网络是深度学习方法中一个重要分支,它通过逐层抽取数据特征并进行组合、转换,形成更高层的语义特征,具有极强的建模能力,广泛应用于计算机视觉、语音识别等领域,而在药品NIR分析方面尚未见报道。基于深度卷积网络模型,对药品NIR多分类建模进行研究。针对药品NIR数据的特点,设计若干个面向多品种、多厂商药品NIR分类的一维深度卷积网络模型。模型中卷积层和池化层交叠排列用于逐层抽取NIR数据特征,输出层连接softmax分类器,对药品NIR数据进行分类概率预测。在输出层之前采用全局最大池化层,将特征图进行整体池化,形成一个特征点,用于解决全连接层存在的限制输入维度大小,参数过多的问题。同时,在网络模型中引入批处理操作和dropout机制,以防止梯度消失和减小网络过拟合的风险。在网络模型的设计过程中,通过设计不同的卷积网络层数以及不同的卷积核尺寸大小,分析其对建模效果的影响,同时分析五种经典数据预处理方法对NIR分析的影响。以我国7个厂商生产的头孢克肟片和11个厂商生产的苯妥英钠片样本NIR为实验对象,建立药品的多品种、多厂商分类模型,该模型在二分类、多分类实验中取得了良好的分类效果。在十八分类实验中,当训练集与测试集比例为7∶3时,分类准确率为99.37±0.45,比SVM,BP,AE和ELM算法取得更优的分类性能。同时,深度卷积神经网络模型推理速度较快,优于SVM和ELM算法,但训练速度慢于二者。大量实验结果表明,深度卷积神经网络可对多品种、多厂商药品NIR数据准确、可靠地判别分类,且模型具有良好的鲁棒性和可扩展性。该方法也可推广到烟草、石化等其他领域的NIR数据分类应用中。

14株伯克霍尔德菌的鉴定分析

目的对从菌种保藏中心获得以及样品分离的14株伯克霍尔德菌进行鉴定分析,为该菌的鉴定和溯源分析提供参考。方法分别用生理生化(API20NE和Biolog碳源分析系统)、基因型(自动化核糖体分型、16SrDNA和recA序列分析)的方法对11株标准菌株和3株未知菌进行了鉴定,并对结果进行了分析比较。结果生理生化的方法能够鉴定到属的水平,Biolog能够区分BCC与非BCC类群微生物;16SrDNA序列分析能够鉴定到属水平,对于非BCC的部分菌可以鉴定到种水平,并且能够将BCC正确分类;recA序列分析能够将包含BCC的部分菌正确鉴定到种水平;Riboprinter技术能够鉴定到属水平,但是该技术能够对菌进行溯源分析。结论在进行该菌的鉴定时,可以参考中国药典2015年版四部9204微生物鉴定技术指导原则的要求,根据自身的需求、技术能力以及能够承担的成本,选择适宜的鉴定方法和技术,依据多相鉴定原则进行鉴定分析,第一步判断是否属于伯克霍尔德菌属,第二判断是否属于BCC,第三尽可能准确鉴定到种水平,有必要的情况下进行溯源分析以确认污染来源。

7-氨噻肟头孢菌素的聚合物分析

在头孢菌素类药物杂质谱的控制中,对聚合物类杂质的分析是其最薄弱环节。7-氨噻肟头孢菌素是第三代头孢菌素的典型代表,也是当前仿制药一致性评价的热点品种。本文通过回顾近年来对7-氨噻肟头孢菌素聚合物分析取得的进展,归纳总结该类头孢菌素的聚合反应特性、聚合物特性和常见的聚合物衍生物/降解物,试图解决LC-MS分析聚合物结构中的常见困惑,形成对该类抗生素聚合物分析相对系统的策略与方法。

青霉素类抗生素的聚合物分析

在青霉素类药物杂质谱的控制中,对聚合物类杂质的分析是最薄弱环节,本文对近年来青霉素类抗生素在聚合物分析中取得的进展进行了综述。凝胶色谱-柱切换-质谱分析技术的广泛应用,使得人们对青霉素的聚合反应机理、结构等的认知不断完善,已逐渐形成了相对系统的聚合物分析策略与方法。通过理论计算结合强制聚合反应是进行聚合物分析的较理想方案;利用LC-MS在线分析技术,通过选择适宜的质谱条件获取聚合物聚合位点的结构信息,是推测聚合物结构的最有效途径;通过对各类聚合物质谱裂解规律的系统总结,有助于对聚合物结构的解析。

头孢菌素的聚合物分析

头孢菌素是临床中最重要的一类β-内酰胺抗生素,是当前国内仿制药一致性评价的热点品种。鉴于对头孢菌素聚合物类杂质的分析是药物杂质谱控制中的最薄弱环节,而头孢菌素的聚合反应与其3位侧链和7位侧链的结构密切相关,在对7-氨噻肟头孢菌素的聚合物进行了专门讨论的基础上,本文根据头孢菌素7位侧链和3位侧链的特点,回顾近年来对除7-氨噻肟头孢菌素以外的头孢菌素聚合物分析取得的进展,归纳总结它们的聚合反应特性、聚合物特性等,进而形成对头孢菌素聚合物分析的完整策略。

头孢他啶/阿维巴坦对耐碳青霉烯肠杆菌科细菌的体外抗菌活性研究

目的头孢他啶/阿维巴坦(CAZ/AVI)是第三代头孢菌素和新型的非β-内酰胺酶类的β-内酰胺酶抑制剂阿维巴坦相结合的抗生素,对多重耐药菌具有抗菌活性,本研究评价CAZ/AVI对临床分离耐碳青霉烯肠杆菌科细菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae,CRE)的体外抗菌活性,同时评价CAZ/AVI对不同菌属的CRE菌和携带不同耐药基因型的CRE菌的体外抗菌活性。方法对收集来自解放军302医院和宁夏医科大学总医院2008年1月至2017年12月临床分离的266株CRE菌株进行了最低抑菌浓度(minimum bacteriostatic concentration, MIC)的测定;采用特异引物扩增法进行耐药基因型的测定,进一步分析CAZ/AVI对携带不同耐药基因型的CRE菌的体外抗菌活性。结果 CAZ/AVI体对临床分离CRE菌的体外抑菌活性为49.62%,明显优于头孢他啶和其他对照药物(P=0),但弱于多黏菌素B和替加环素(P=0.003);对克雷伯菌属CRE菌的体外抑菌效果明显,可达到63.75%的体外活性抑菌率,其次为肠杆菌属CRE菌(23.81%),对埃希菌属CRE菌的体外抑菌率最低(13.33%);对于携带bla_(KPC-2)基因型的CRE菌株体外抑菌率可达到69.23%,而对于携带bla_(NDM)和bla_(IMP)的基因型的CRE菌株作用相当(P=0.889),体外抑菌率分别为2.22%和8.33%。结论 CAZ/AVI坦对CRE菌表现出了一定的体外抗菌活性优势,尤其是增强了头孢他啶的体外抗菌活性。对克雷伯菌属CRE菌的体外抑菌活性明显,并且能够很好的抑制携带bla_(KPC-2)基因型的CRE菌。

基于堆栈稀疏自编码融合核极限学习机的近红外光谱药品鉴别

提出一种基于堆栈稀疏自编码融合核极限学习机(Stacked sparse auto-encoders combine kernel extreme learning machine,SSAE-KELM)的近红外药品鉴别方法,通过引入核极限学习机代替SSAE的Softmax分类和BP微调阶段,减少了模型的训练步骤、训练参数以及训练时间,提高了深度学习网络的实际应用能力,核函数的引入提高了模型的分类能力。其中,SSAE用于初始化整个网络模型,并且从输入数据中学习到有用的特征,KELM用于实现分类任务。研究了SSAE-KELM模型对不同厂商生产的同一包装形式(铝塑或非铝塑)药品鉴别的预测能力、稳定性及训练时间,以实现药品的二分类和多分类的无损鉴别。同时,与ELM、SSAE、BP、SVM及随机隐退深度信念网络(Dropout-DBN)进行对比。结果表明,无论是二分类还是多分类,SSAE-KELM不仅具有更优的分类能力和稳定性、还减少了训练时间。因此,SSAE-KELM是一种有效的光谱分类建模工具。

盐酸莫西沙星注射液的质量分析

目的评价盐酸莫西沙星注射液的质量现状。方法采用调研、文献检索、法定标准检验结合探索性研究的方式,对包括原研企业在内的5家企业生产的79批盐酸莫西沙星注射液的质量进行比较分析,通过对溶液颜色、对映异构体、有关物质、杂质谱及无菌保障水平等关键质量属性进行考察,分析不同企业产品的质量差异及质量标准的合理性。结果通过法定标准检验,79批盐酸莫西沙星注射液合格率为100%,但该品种存在原研制剂的国外执行标准与进口注册标准的颜色描述不一致,部分项目检验方法及限度不统一,部分标准存在溶液颜色、对映异构体项目缺失等问题。通过探索性研究明确了盐酸莫西沙星注射液的色系,优化了对映异构体以及有关物质检查方法,采用LC/MS对杂质结构进行推断,并对其来源进行了归属。调研的6家企业均采用终端灭菌,且为过度灭菌,但在微生物过程控制方面仍有提升空间。结论盐酸莫西沙星注射液总体质量较好,但仿制制剂在杂质控制水平上与原研制剂仍存在一定差距,建议国内仿制药企业优化合成及工艺路线并提高无菌保障水平以提高产品质量;现行标准有待统一和提高。

药源性眼损伤快速评价的斑马鱼模型

目的苯扎溴铵和羟苯乙酯是广泛应用于眼用制剂的防腐剂,其在眼表的积累是引起眼用制剂药物毒性的重要因素。目前还没有一种简单、快速的方法来检测防腐剂的体内毒性。本研究以苯扎溴铵和羟苯乙酯为探针药物建立一种快速筛选和评价化合物眼毒性的斑马鱼模型和方法。方法体式显微镜下活体观察斑马鱼幼鱼给药后眼部形态的变化;采用斑马鱼行为学检测实验,检测在明暗交替条件下斑马鱼幼鱼视觉对光刺激的反应能力;利用RT-PCR和原位杂交实验检测斑马鱼幼鱼眼发育相关基因转录水平的变化。结果苯扎溴铵和羟苯乙酯能够诱导斑马鱼幼鱼眼损伤,其虹膜带宽与瞳孔直径之比呈剂量依赖性下降,角膜有斑块样病变以及巩膜有凸起样病变。行为学实验表明苯扎溴铵和羟苯乙酯导致斑马鱼幼鱼的光反应能力降低。RT-PCR结果显示苯扎溴铵和羟苯乙酯均可导致斑马鱼眼发育相关基因crb1、six3、lumican、pax6a、pip5k3和pitx2 mRNA水平显著下调。原位杂交结果证实了苯扎溴铵和羟苯乙酯均能抑制six3和pitx2在斑马鱼眼部的表达。羟苯乙酯的毒性弱于苯扎溴铵。结论苯扎溴铵和羟苯乙酯诱导的斑马鱼药源性眼损伤与人类眼损伤相似。本研究建立了一种快速评价化学药品眼损伤的体内筛选模型和评价方法。

中药饮片微生物污染量调查分析

目的通过17个省市药检所在国内市场采购的151种2286批饮片样本收集检验,客观真实地反映当前国内中药饮片污染微生物情况,对中药饮片污染微生物的控制问题形成共识。方法获得国内饮片需氧菌总数(TAMC)、霉菌和酵母菌总数(TYMC)、耐热菌数及耐胆盐革兰阴性菌数的数量结果。参考国内外通行的微生物计数方法和标准控制限值,比较国内饮片与国外标准之间的关系。结果饮片中污染的微生物在不同类别间、同品种内部都呈现出较大的不确定性。煎煮类饮片污染微生物数量高于直接服用类饮片。比对不同国外计数标准,约3%煎煮类饮片不能满足EP/JP要求,17%煎煮类饮片不能满足USP要求;约5%直接服用饮片不能满足EP/JP要求,15%直接服用饮片不能满足USP要求。不能满足标准要求的饮片未呈现特定规律,大多为部分品种的部分批次。结论中药饮片污染微生物受限于品种采收加工等诸多影响因素,污染微生物具有高度的不确定性。目前按照国际共识,将饮片按其用途分为煎煮和直接服用两大类控制污染微生物的总量,是理想是较适宜的质控策略。随着中药材及中药饮片标准化水平的提高,饮片微生物质量控制水平也会得到提升。

化学药品杂质谱控制的现状与展望

对药品杂质谱的控制是保证药品安全有效的重要措施,也是提升国产药品质量的关键环节。自2010年提出实施杂质谱控制的基本策略以来,经近十年持续的努力,国内已经形成了一个比较成熟的药品杂质谱控制体系。笔者曾对2010年之前、2010~2015年间化学药品杂质谱控制的进展进行了综述。2015年以来,该领域在杂质谱控制理念、分析技术及技术应用等方面均得以迅速发展,因此本文综述2015年以来化学药品杂质控制的进展情况,并阐述亟待解决的问题和发展前景。

一种头孢他啶晶体制备方法及晶体结构测定

目的:尝试制备满足单晶X射线衍射法(single crystal X-ray diffraction,SCXRD)测定要求的头孢他啶单晶体并测定其晶体结构。方法:采用冷却法在水溶液中制备头孢他啶晶体,利用SCXRD测定其晶体结构,并采用差示扫描量热法和拉曼光谱法对其进行表征。结果:制备了大小合适,质量好的头孢他啶晶体。晶体结构测定结果显示,晶胞中含有4个头孢他啶分子和20个水分子,其化学计量式为C22H32N6O12 S2·5H2O,晶态下分子内不存在氢键联系,分子间存在氢键联系。结论:该单晶体制备方法成熟可靠、重现性好,制备得到的头孢他啶晶体可用于结构测定,测得晶体结构以及表征图谱为头孢他啶晶型相关研究提供了基础数据和技术参考。

阿莫西林克拉维酸钾不同配比制剂中克拉维酸的生物利用度研究

目的:对阿莫西林克拉维酸钾不同配比制剂中克拉维酸钾的生物利用度进行研究,为阿莫西林克拉维酸钾最优配比提供比较依据与评价标准。方法:通过建立克拉维酸的生理药动学(physiologically based pharmacokinetic,PBPK)模型,对不同配比阿莫西林克拉维酸钾制剂中克拉维酸的药动学过程进行模拟,计算对应生物利用度,并与β-内酰胺酶抑酶率、MIC90等药效相关参数进行关联研究。结果:在阿莫西林与克拉维酸钾1∶1~14∶1的范围内克拉维酸的生物利用度与抑酶率呈线性关系,对应R2=0. 969 7。结论:阿莫西林克拉维酸钾复方制剂中7∶1和8∶1制剂为疗效与药物经济学角度的最优配比产品。

多变量数据分析方法在抗生素注射剂工艺评价中的应用

药品的安全性、有效性和质量可控性是保证药品质量的3个重要方面,缺一不可。其中工艺可靠性是药品质量一致性的重要保障。国家评价性大数据显示,国产药品与欧美进口药品的差异主要表现在工艺控制能力的差距,因此,对工艺控制水平的评价是仿制药一致性评价中重点要解决的问题之一。本文以现行质量标准的数据为基础,使用统计过程控制、相关分析、因子分析等多变量数据分析方法和数据可视化手段,研究基于工艺可靠性的共性评价方法。继而以具体抗生素注射剂品种为例,针对国家评价性抽验发现的具体问题,从工艺水平和工艺变异性等方面对产品进行工艺表征,以问题为导向发现关键质量属性及其相关的工艺评价指标,实现相同产品不同工艺的评价。最后提出工艺可靠性评价的分析策略,作为仿制药质量一致性评价的重要组成部分。

利用近红外光谱法评价劳拉西泮片生产过程的控制能力

目的评价国内劳拉西泮片生产过程的控制能力。方法利用近红外光谱法结合聚类分析和主成分分析法表征国内生产的劳拉西泮片不同生产工艺和工艺控制空间;建立近红外光谱通用定量模型,获取样品每个独立单位(片)的含量预测值,通过单变量统计分析获得描述批内、批间工艺均值和变异以及分布情况的统计量,用于相同产品不同工艺的评价。结果聚类分析和主成分分析法对劳拉西泮片的3个不同生产工艺进行分类表征,主成分2、3重构的工艺控制空间显示B厂家的工艺比A厂家的工艺具有较小的变异范围;劳拉西泮通用定量模型主成分数5,r^2值93. 89%,偏差-0. 008 56;劳拉西泮含量统计分布结果显示,27个批次中有9个批次具有较大的批内差异,B厂家比A厂家具有较小的批间差异。结论本实验所建方法能反应劳拉西泮片的不同工艺控制水平,为仿制药一致性评价提供一种有效的药品质量一致性评价方法。

发酵类脂溶性药物中残留DNA检测关键影响因素——溶剂的筛选与确定

目的:考察不同溶剂对发酵类脂溶性药物中残留DNA测定准确性的影响并确定最佳溶剂。方法:以脂溶性药物-环孢素为例,通过研究DNA检测全过程中各步骤溶解因素对检测结果的影响,从供试品溶液制备、供试品溶液与DNA试剂盒试剂相溶性及DNA溶液稳定性3个方面入手,对不同种类的溶剂进行考察和筛选,并根据荧光染色法的原理,采用Qubit■DNA检测试剂盒对环孢素供试品溶液中残留DNA进行测定,探讨溶剂选择的适用性和合理性。此外,应用筛选的溶剂对另一种脂溶性药物——两性霉素B中残留DNA进行了测定,进一步验证可靠性。结果:0.1 mol·L^-1盐酸-N,N-二甲基甲酰胺(1∶4)、0.1 mol·L^-1醋酸-N,N-二甲基甲酰胺(1∶4)和0.1 mol·L^-1柠檬酸-N,N-二甲基甲酰胺(1∶4)3种混合溶剂对脂溶性药物均有较好溶解性并能与DNA试剂较好相溶;进一步的DNA稳定性研究结果显示,0.1 mol·L^-1柠檬酸-N,N-二甲基甲酰胺(1∶4)对DNA结构与性质不产生影响,稳定性最好。结论:采用0.1 mol·L^-1柠檬酸-N,N-二甲基甲酰胺(1∶4)作溶剂,不仅对环孢素和两性霉素B具有较好的溶解性,而且对DNA不产生影响,稳定性较高,可实现终产品中残留DNA的准确测定。本文研究结果为脂溶性药物中残留DNA检测溶剂的选择提供了一定科学参考。

利用衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术结合聚类分析快速评价头孢呋辛钠的质量

目的:稳定性差是注射用头孢呋辛钠的一个主要质量问题,而原料药成盐率是影响头孢呋辛钠质量的主要因素之一。本研究采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(attenuated total reflection Fourier transform infrared,ATR-FTIR)技术结合聚类分析,建立头孢呋辛钠质量快速分析方法。方法:采用ATR-FT-IR技术采集头孢呋辛钠样品的吸收光谱,对图谱进行“矢量归一→基线校正→A-T转换”处理,重点比较头孢呋辛钠结构中成盐位点-4位羧酸钠特征振动峰谱段的图谱差异;对原始光谱采用“矢量归一”处理,采用欧氏距离进行标准聚类分析,将聚类分析结果与稳定性试验结果进行比较,探讨方法的可替代性。此外,采用红外分析(Fourier transform near infrared,FT-NIR)技术以及X射线粉末衍射法(X-ray powder diffraction,XRPD)对所建立方法的准确性和可靠性进行了验证。结果:不同生产工艺的13批样品ATR-FTIR测定聚类分析结果与稳定性试验结果相一致且具有较好相关性。FT-NIR和XRPD法测定结果与ATR-FTIR法所得结果一致,进一步验证了ATR-FTIR分析方法的准确性和可靠性。结论:本研究建立的ATR-FTIR技术结合聚类分析的检测方法可快速评价头孢呋辛钠的质量,方法无损、准确性好、可靠性高,可用于企业快速监测产品质量,有效指导生产工艺持续改进。

利用计算机模拟技术对阿莫西林胶囊溶出度方法的研究

目的:利用计算机模拟软件建立并验证阿莫西林在人体内的生理药动学(physiologically based pharmacokinetic,PBPK)模型,用于阿莫西林胶囊溶出度方法的评价研究。方法:通过溶出特征曲线优化,建立并优化PBPK模型。结果:通过模型计算阿莫西林胶囊(规格:500 mg)药时曲线对比人口服实测药时曲线计算结果的准确性,相关药动学参数计算结果:R2=0. 997,F%=68. 669,Cmax=7 123. 4 ng·mL-1,Tmax=1. 8 h,AUC0~inf=25 550 ng·h·mL-1,AUC0~t=24 470 ng·h·mL-1和Cmax Liver=1 101. 4 ng·mL-1。结论:基于该PBPK模型,以去卷积分算法模拟计算出阿莫西林胶囊在人体内的释放曲线,与现行版《中华人民共和国药典》和《美国药典》中阿莫西林胶囊溶出度限度进行比较与评价,证明上述药典中各溶出度限度均高于制剂体内累计吸收量要求。现行方法是基于阿莫西林胶囊制剂的不同处方,用于进行工艺控制,保证制剂生产一致性的指标,目的在于降低制剂工艺对产品质量波动的影响风险,而非紧密关联体内有效性水平的限度指标。

微流控芯片毛细管电泳法在酶法工艺青霉素类产品中残留蛋白检测的应用探讨

目的:蛋白残留量是影响酶法工艺生产半合成类抗生素的关键质量属性之一,它不仅影响药品质量,还会威胁人用药安全。本文尝试采用微流控芯片毛细管电泳(microfluidic chip-based capillary elec-trophoresis,MCCE)技术对青霉素类产品中的蛋白残留量进行分析和测定,并对MCCE法的影响因素和测定准确性进行了探讨。方法:以酶法工艺典型青霉素类药品-阿莫西林为例,采用Agilent高灵敏蛋白250型试剂盒分别对催化酶蛋白和阿莫西林样品进行前处理,再将处理后的溶液上样至蛋白芯片(5 cm×5 cm×0.8 cm),最后采用Agilent生物分析仪2100进行分析与检测。该法蛋白分子量检测范围为10~250 kDa;分析时间为30 min;样品量为9μL。结果:牛血清白蛋白(BSA)在5~500 ng·mL^-1(r=0.99,n=4)的浓度范围内线性关系良好;蛋白分子量测定准确度约为100.6%(n=4×7),不同浓度BSA在阿莫西林溶液中得到的加标回收标准曲线与BSA标准曲线之间没有显著性差异(P=0.28>0.05,n=4),显示准确度良好;检测限和定量限分别约为3 ng·mL^-1(1.5 ppm)和10 ng·mL^-1(5.0 ppm);定量日内和日间精密度均<15%(n=4);BSA在阿莫西林溶液中6 h内基本稳定(RSD<3.4%)。结论:本研究建立MCCE法可用于酶法工艺产品阿莫西林中残留蛋白的测定,方法简便快速、灵敏度高且准确性好,为酶法工艺半合成抗生素中残留蛋白的测定提供了一种不同原理的检测手段。

recA基因及核糖体分型技术在洋葱伯克霍尔德菌复合体鉴别与溯源分析中的应用

目的:对药品中分离的疑似洋葱伯克霍尔德菌复合体(BCC)进行准确鉴别及溯源分析。方法:通过核糖体自动分型对不同来源分离菌株进行核糖体型分类,选取各型代表菌株(8株)进行生化实验、16S rRNA及recA基因序列测定和同源性分析,确定其在菌种水平的分类地位。结果:核糖体自动分型可针对实验中分离的菌株进行核糖体型的聚类区分;对3类核糖体型的代表菌株进行的生化鉴定、16S rRNA序列分析将其定位至洋葱伯克霍尔德菌复合体;recA基因序列的同源性分析对待测菌株进行种水平鉴别,印证核糖体分型结果并将待测菌株鉴定为洋葱伯克霍尔德菌、新洋葱伯克霍尔德菌及稳定伯克霍尔德菌。结论:recA序列同源性分析可对样品中分离的洋葱伯克霍尔德菌复合体(BCC)在种水平上进行有效鉴别,核糖体分型可对不同来源BCC进行溯源,确定污染来源。