水动力学研究

p 　 span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　药代动力学在我国和世界上发展的很快，是创新药物研发中不可或缺的重要研究内容，甚至决定了药物开发的命运。药代动力学是一门多交叉学科，定量研究药物在体内的吸收、分布、代谢、排泄(ADME)，也融合了药理学、药物分析、药剂学、中药学、细胞生物学、分子生物学、实验动物学等多门学科的相关知识。药代动力学的应用研究主要包括创新药物临床前的评价和申报、新药的临床药动学研究及评价、中药与生物大分子药物的药代动力学研究等。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　中国工程院院士王广基所带领的江苏省药代动力学重点实验室的研究团队在国内的创新药物药代动力学、中药药代动力学和细胞药代动力学等方面取得了令人瞩目的成就。日前，仪器信息网编辑在中国药科大学药代动力学重点实验室采访了王广基院士。 /span /p p span style=" FONT-SIZE: 20px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(112,48,160)" strong 　　王广基所带领的药代动力学实验室在国内外取得了令人瞩目的成就 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　王广基所带领的药代动力学实验室先后成为了江苏省药物代谢动力学重点实验室、国家科技部临床前药物代谢动力学技术平台建设牵头单位、国家中医药管理局“中药复方药代动力学方法重点研究室”， 天然药物活性组分与药效国家重点实验室核心单元；先后承担了包括国家“863”计划、“973”计划、“国家自然科学基金”重点项目、国家“重大新药创制”科技重大专项、“国家科技支撑计划”等重大研究项目30余项。在国内外核心期刊发表科研论文320余篇，申请发明专利30多项。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" IMG_1417_副本.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/0696db27-0b35-48a5-b151-d8e91f690cc0.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" span style=" FONT-SIZE: 14px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,32,96)" strong 王广基院士 /strong /span /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　王广基带领的药代动力学重点实验室是国内领先的药代动力学研究实验室，同时在该研究领域也是世界一流的。王广基对国内的药代动力学研究很有信心，他表示：“我国的药代动力学研究水平已经与发达国家接轨。”该实验室的很多研究成果都处于国际领先水平，据介绍该团队撰写了国际上第一篇细胞药代动力学研究综述，并发表于国际药代动力学权威杂志DMR，此文章属国际首次系统提出细胞PK/PD研究理论与技术方法，推动了药代动力学研究从“血浆”到“细胞”、从“宏观”到“微观”的突破。中药药代动力学研究的技术体系也得到了国内、国际上的广泛认可，如国际著名分析化学家Dr.Brack(德国)在Trends AC(国际化学分析顶级期刊)上将他们建立的“诊断离子桥联网络”策略评为复杂基质中未知成分分析的九大创新策略之一。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　药代动力学的基础研究主要包括针对ADME环节的各种体内外模型的建立及优化，药物吸收/代谢机制、调控途径，PK/PD(药动/药效结合研究)模型及由此衍生出来的各类数学模型的建立及评价等。如何将药代动力学的研究理论与技术应用到创新药物研究中是王广基所带领团队一直在深入研究的内容。 /span /p p span style=" FONT-SIZE: 20px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(112,48,160)" strong 　　探索中药多成分药代动力学研究新技术，实现药代动力学研究从“单成分”向“多成分”的突破 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　中药现代化的研究中，需要对中药的一锅汤进行系统研究，包括“汤”里面究竟有哪些成分、成分的比例和量是多少 人服用以后，有多少成分吸收进入体内、有哪些成分进入体内后发生转化、起效的成分是哪些等。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　针对中药成分构成复杂、代谢多样、体内浓度低等难题，王广基及其团队创建了高效普适的中药复杂成分体内过程研究方法学体系。如：“诊断离子桥联网络”、“相对曝露法”、“物质组-代谢组关联网络”等策略。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　王广基介绍说：“诊断离子桥联网络技术即采用多级质谱对复杂组分碎裂分析，得到各成分的多级碎片离子，根据碎片离子进行各组分的桥接，从而实现化合物的快速归属” 。这一技术使得复杂组分，尤其是完全未知的成分的鉴定具有重要意义。目前我们发表的有关该技术的论文在国际期刊上已被引用47次。此技术也被用于多种中药方剂及环境污染物的分析中。”质量亏损过滤技术很早就被提出，并一直被应用于单个西药成分的代谢物鉴定中。对于适用于中药多组分的质量亏损过滤技术，王广基说：“质量亏损过滤用于去除基质相关的大量的背景离子，缩小假阳性的数目，使得目标化合物从背景噪音脱颖而出。这一技术的应用使得中药复杂成分中同一类化合物可以快速同时被检出，分析效率大幅度提高。” /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　在突破核心技术难题的基础上，王广基带领团队探索中药整体效应，取得了很多成果。例如，在人参皂苷的抗抑郁作用研究方面，该团队发现人参皂苷难以透过血脑屏障，但可调节免疫细胞及内源性神经递质的代谢转运，阻断炎症因子向脑部的传递，发挥脑神经保护作用。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　中药药代相关的研究成果获2009年国家科技进步二等奖、2012年江苏省科技进步一等奖 完成的“十一五”重大专项项目“中药复方药代动力学研究关键技术”获评全国第一。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　对于药效明确、机制不明的中药，可以通过分析内源性小分子物质群的改变等代谢研究手段来考察其药物机制和作用效果。王广基以人参对血压双向的调节作用为例，介绍了有关中药药效和作用机制的研究内容。对于高血压而言，很多西药的降压作用很明显，降压效果很快体现，但是，一旦停药后血压又反弹回原有的水平。人参降压作用比较温和，但是降压作用持久，在停药后反弹速率显著低于西药。王广基说：“通过代谢组学的研究，检测体内的内源性小分子代谢物群，发现高血压与正常人体内的代谢组的分群区分很明显。这说明高血压患者体内的生理生化代谢等机体的功能状态发生了偏移，偏离了正常状态。而人参皂苷具有一定的”纠偏“作用，高血压患者给予人参以后，偏离正常状态的代谢组有向正常状态恢复的趋势。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　 /span span style=" FONT-SIZE: 20px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(112,48,160)" strong 质谱技术是药代动力学研究的重要手段 /strong /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　质谱技术、细胞与分子生物学模型、PK/PD模型等都是药代动力学研究的常规手段。质谱主要用于测定血液、尿液、组织等生物样品中的微量药物浓度、代谢物鉴定和内源性成分的分离分析。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　该实验室质谱仪器非常多，其中大多数还是单级四极杆和三重四极杆质谱。王广基说：“定量分析是药物代谢研究的基础，也是我们做的最多的工作。我们目前的药物和代谢物的定量工作主要还是采用四极杆质谱分析。” /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" img title=" IMG_1361_副本.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/17acd960-08dd-4f10-b7e2-3de02104dfd3.jpg" / /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" span style=" FONT-SIZE: 14px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,32,96)" strong 正在运行的岛津四极杆质谱仪 /strong /span /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　IT-TOF主要用于代谢物分析及其中药多组分的体内外物质基础的鉴定。王广基说：“2007年，我们开始将岛津LC-IT-TOF/MS(离子阱-飞行时间串联质谱)用于中药复杂未知成分定性和定量分析、中药体内复杂代谢产物分析与体内外物质关联网络分析等新领域。” 通过对中药复杂成分分析研究，王广基团队先后在Anal Chem，J Mass Spectrom, Talanta等国际化学分析领域权威期刊发表论文30余篇。“这些文章在国际上充分展示了LC-IT-TOF/MS在复杂未知成分定性分析中的卓越性能和广阔的应用前景。”王广基说。 /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　王广基及其实验室的研究者曾多次在国内外学术会议上报告了相关研究成果，基于IT-TOF的研究成果已经产生了深远的影响。马来西亚、新加坡和国内的制药企业正在寻求与王广基带领的药代动力学重点实验室在IT-TOF应用中的合作。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" img title=" IMG_1382_副本.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/c4879eec-d7a5-47a6-acbc-35382f3c351e.jpg" / /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" span style=" FONT-SIZE: 14px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,32,96)" strong 正在运行的岛津LCMS-IT-TOF /strong /span /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　在参观实验室时，王广基告诉编者，实验室在使用MALDI-TOF进行生物大分子生物药物的药代动力学研究及基于质谱成像技术的组织分布研究。 /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" img title=" IMG_1380_副本.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/266ad761-b4b7-4a09-b8a5-9e350479ac83.jpg" / /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" span style=" FONT-SIZE: 14px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,32,96)" strong 正在运行的岛津MALDI-TOF质谱 /strong /span /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　王广基认为质谱技术特别是液质联用技术对于药代动力学研究有着非常重要的意义。他说：“首先，对药物的动力学特征研究一般分为定性研究和定量研究两个方面，对于定性来说，随着各种杂交质谱技术的出现，液质联用可以给出多级碎裂信息和准确分子量，对于化合物及其代谢物的结构推断提供了强有力的工具。此外，定量研究更加需要质谱，由于生物样本中干扰大、药物浓度低，而质谱的专属性强、灵敏度高，目前，大部分药物的药代动力学研究都是用质谱完成的。” /span /p p span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 　　编者看到该实验室岛津的仪器非常多，大部分质谱仪出自岛津。时逢岛津公司成立140周年，在编者问是否对岛津有何期待时，王广基代表中国药科大学祝愿岛津创新不止、扬帆起航，朝着更高的目标不断迈进，取得更加辉煌的成就!王广基说“岛津以科学技术向社会做贡献，愿其早日实现‘为了人类和地球的健康’之愿望!” /span /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC_7100_副本.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/7df496f6-f064-4d2a-b9e8-901a67b8a3c4.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" span style=" FONT-SIZE: 14px FONT-FAMILY: times new roman COLOR: rgb(0,32,96)" strong 药代动力学实验室合影 /strong /span /span /p p style=" TEXT-ALIGN: right" span style=" FONT-FAMILY: times new roman" 采访编辑：郭浩楠 /span br/ /p

飞秒泵浦-探测技术是一种可以在原子运动时间尺度上实时观测化学反应的有力手段，在飞秒泵浦-探测技术基础上发展起来的分子超快动力学是当前分子反应动力学研究领域的热点和焦点之一。 　　中科院武汉物理与数学研究所-武汉国家光电实验室张冰研究员领导的研究团队一直从事分子超快动力学方面的研究。近日，该团队利用飞秒泵浦-探测技术与飞行时间质谱和光电子影像技术相结合，对碘甲烷分子的B带预解离超快动力学过程进行了研究并取得重大进展。通过采集不同时刻下的光电子影像(见下图)，获得了分子电离时的光电子能量和角度分布，并得到它们随泵浦-探测时间延迟变化的动态信息。实验中观察到碘甲烷母体的三种电离通道。通过光电子影像，直观地研究了碘甲烷分子的B带预解离过程，实验测得B带与A带交叉发生预解离的时间为1.55 ps。 不同时间延迟下的光电子影像 　　该项工作得到国家自然科学基金项目的支持，结果发表在《光学快讯》(Optics Express) (2009，17(13)：10506-10513)上。

近期，中科院合肥研究院固体所计算物理与量子材料研究部与广东大湾区空天信息研究院、中科院合肥研究院强磁场中心等团队合作，研究了高压下拓扑绝缘体 Sb2Te3 的电子和声子动力学，探索了压力对该材料电声耦合强度、相干声子以及热声子瓶颈等的影响。 相关结果发表在 Physical Review B 上，固体所博士后张凯为论文第一作者，苏付海研究员为通讯作者。超快光谱可以飞秒时间分辨率记录激发态演化过程，进而获得热电子冷却、电声子耦合、相干声子激发等动力学信息；金刚石对顶砧高压技术可连续调控材料的晶格和电子结构，实现不同量子态的抑制或诱导。超快光谱和金刚石对顶砧相结合，对于探寻和理解高压下电子拓扑相变、金属-绝缘体转变等重要物理现象和机制具有重要意义。近年来，固体所计算物理与量子材料研究部研究人员已研制出基于飞秒激光的近红外至太赫兹波段高压超快光谱系统，并利用该技术在石墨烯、砷化镓等材料的热电子动力学压力调控方面取得了一定进展 (Appl. Phys. Lett. 117, 101105 (2020)；Phys. Rev. Lett. 126, 027402 (2021)；Optics Express, 29, 14058 (2021))。在此基础之上，研究团队以经典拓扑绝缘体Sb2Te3为研究对象，着重探究电子拓扑转变过程中的超快动力学效应。借助高压下飞秒泵浦-探测光谱，测量了不同压力下瞬态反射光谱，获得了Sb2Te3的热电子弛豫时间、相干声学声子寿命等参数和压力的关系，并观察到伴随电子拓扑转变的热声子瓶颈压制效应（图1）。结合理论计算，发现其电子能态密度在电子拓扑转变之上迅速增大，从而为热电子和热声子提供更多的弛豫通道，有效提高电声耦合强度，减弱热声子瓶颈效应。由于超快光谱可探测偏离费米面或能带极值点的高能载流子弛豫过程，反映电子和声子结构的色散细节以及高频光学声子相关的电声子耦合，因而高压超快光谱能够清晰直观地表征材料的电子拓扑及晶体结构转变（图2）。该研究首次揭示了高压下Sb2Te3材料在电子拓扑转变及晶格结构相变过程中的非平衡态电子和声子动力学，深化了对该体系材料中电声子相互作用的理解，为高压下拓扑相变探测开辟了新途径。该工作得到了国家青年基金项目、面上项目和基金委国家重大科研仪器研制项目等的支持。文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.195109。 图1. 不同压力下的Sb2Te3的飞秒泵浦-探测反射光谱以及相干声子寿命、快时间、热声子瓶颈效应随压力的变化趋势图2. 不同压力下Sb2Te3的飞秒泵浦-探测反射光谱。