浅析计算机技术在药物化学中的应用

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1、浅析计算机技术在药物化学中的应用摘要摘要 计算机在在药物化学领域研究中的重要性与日俱增,对药物化学研究工作的发展起到了推动作用，计算机技术涵盖了在药物化学方面的药物分子的设计、药物合成工艺的优化、药效物质基础研究以及药物质量分析控制等多方面的应用。关键词关键词 计算机；药物质量控制；三维模型；指纹图谱药物化学是一门发现与发明新药、合成化学药物、阐明药物化学性质、研究药物分子与机体细胞之间相互作用规律的综合性学科，是药学领域中重要的带头学科。药物化学是一门历史悠久的经典科学，具有坚实的发展基础，积累了丰富的内容，为人类的健康作出了重要的贡献。计算机技术在药物分子设计、药物研发、药效物质基础研究、

2、中药材质量鉴别、药物制造过程中参数检测与分析、药物质量分析检测及质量分析数据管理中的应用在药物化学领域产生了深远的影响。11 计算机技术在药物分子设计中的应用计算机辅助分子设计(CAMD)着眼于分子之间相互作用的基础物理学,为制药公司提供了一种鉴别起始先导化合物的快速、可靠方法,从而大大提高了新药创新的效率。如美国的Tripos 软件公司提供的分子结构与性质信息表,集成了来自数据库及通过化学分析和计算化学方法产生的数据，为分子设计所涉及的各个研究领域,提供了源泉和成功的可能。计算机图解在药物分子设计中具有重要作用，可由球和棍构成的键模型,或者是密积的实体表现。采用模拟计算方法来获取化学形态分布

3、的信息。用模拟计算方法来获得化学形态的信息，一是要想方设法得到表征各种化学形态平衡的特征常数；二是要选择一种合适的算法。2 计算机技术在药物研发过程中的应用在现代中药优化设计与研发领域,信息技术能用于中药组效关系辨识、组方优化等方面。通过运用模式识别、计算机建模仿真与优化计算、多元统计分析、神经元计算等方法可对化学分析数据与生物活性数据进行相关性研究,搜索化学组分与药效相随变动规律,仿真预测药效活性,设计最优化学组分配伍等。2.12.1 在药物靶点的发现与确证中的应用在药物靶点的发现与确证中的应用靶点的发现与确证是现代新药研发的第一步,也是新药创制过程中的瓶颈之一。CADD 的应用可以加快靶点

4、发现的速度,提高靶点发现的准确度,从而推进新药研发。22.22.2 在先导化合物的发现和优化中的应用在先导化合物的发现和优化中的应用先导化合物的发现和优化是创新药物研究成败的关键。长期以来,先导化合物的发现依赖药物化学家合成大量的化合物以及药理学家运用各种模型进行大量筛选。CADD 的应用,包括基于结构的药物设计、基于配体的药物设计、高通量虚拟筛选等技术,突破了传统的先导物发现模式,极大地促进了先导化合物发现和优化。2.32.3 计算机辅助计算机辅助 ADME/TADME/T 研究研究药物代谢动力学和毒理学是药物临床前研究的重要组成部分,其中PK 反映了药物在生物体内吸收、分布、代谢、排泄的规

5、律。在过去的新药创制过程中,约60%的药物由于 ADME 性质不佳或毒性过大而导致开发失败3。基于 QSAR、定量结构性质关系、定量结构-毒性效应关系等理论基础4,ADME/T 性质预测能将无成药前景的药物在早期排除在研究范围之外,从而降低研发成本,提高研发效率。3 计算机技术在药效物质基础研究信息技术主要用于分析仪器信号处理、化学谱图数据处理与解析、药物化学信息获取与处理等方面。仪器分析信号处理是准确和全面地获取药物化学组成及结构定性定量信息的基础环节,通过对仪器信号进行滤波加工、平滑拟合、求导变换、广义积分变换、线性组合变换或数据压缩等针对性处理,可达到消除干扰、减小噪声误差、增强谱线信号

6、、检测微弱信号、分辨重叠信号及节省存储空间等目的。化学谱图数据处理主要是运用计算数学、机器智能推理、模式识别、神经元计算及计算机搜索等手段,对药物化学量测数据进行计算解析,从而深人和全面地获取待测物质化学组份定量及结构定性等方面的分析信息揭示了药物药效物质基础。4 计算机在中药材质量鉴别方面的应用成都中医学院研制的“中药显微电脑识别专家系统”,该系统与显微电视录像系统配套使用,具有图像真实,操作灵活、方便、检验快速、准确的效果；济南山东省新药药理研究中心根据中药玉竹及其混淆品的生药性状、组织构造及粉末特征,结合计算机技术编制了一个中药玉竹及其混淆品鉴别的系统,该系统具有鉴别、检索、修改及打印等

7、功能,按照屏幕提示信息输入待鉴标本的特征代码或实测数值,在几秒钟内即可完成鉴别；广州广东药学院以19 个细辛样品为试验集,采用化学模式识别技术对 3 种细辛进行鉴别,该项研究从细辛挥发油GC-MS中获得数量化分类特征,经 PRIMA法处理,实现了计算机对所有样品的鉴别分类,所得结果与实际相符。655 计算机在药物质量分析检测中的应用5.15.1 色谱分析法：色谱分析法：色谱法是一种物理分离方法。用于中药分析，具有分离能力强、分析速度快、定量准确等特点。5.1.1 高效液相色谱法：高效液相色谱法是一种新型分离分析技术。因分离效能高，灵敏度高，分析速度快，操作自动化等特点，目前已成为药物质量研究和

8、定量分析检测的首选方法。另外与质谱的联用使分析技术向现代化方向迈进一步，如“清开灵”注射液中胆酸类物质的定性定量分析7HPLC 法的广泛应用，使药物有效成分含量测定及药物质量标准达到了较高的水平，为药物质量分析国际化、现代化提供了良好的技术条件。5.1.2 薄层色谱法（TLC）和薄层扫描法（TLCS）；薄层色谱法现已成为中成药定性鉴别的主要手段，在新药研制中，几乎均需提供薄层层析谱。对于性质相近的成分难以分开时，可采用高效薄层层析法。此外，薄层扫描法是法在线性范围、精密度、重复性和加样回收等各项方法学研究方面均获良好结果，也是一项值得推广应用的色谱技术。5.1.3 气相色谱法（GC）：气相色谱

9、法是色谱技术仪器化、成套化的先驱。具有高效能、高选择性、高灵敏度、高分辨率、用量少、速度快等特点，主要用于中药中沸点低、具有挥发性成分的定性定量分析。5.25.2 光谱分析法光谱分析法光谱法是以光的发射、吸收和荧光为基础建立起来的方法，通过检测光谱的波长和强度来分析。分光光度法由于仪器简单，操作简便，准确度高，适用面广，常用于中药材的质量评价。另外，可通过对样品的分离纯化减少其他成分的干扰，提高测定的正确度，使分析测定由总量测定逐步走向单个有效成分含量的测定，这一发展方向使分光光度法在中成药质量分析测量中更具应用价值。85.35.3 指纹图谱指纹图谱中成药成分复杂，研究其指纹图谱更能体现中医传

10、统用药整体观念及全面控制产品质量的目的。色谱法不仅具有较好的分离能力，且在各种先进检测技术配合下，通过指纹图谱相似性和相关性研究，提取相应的控制指标，设立不同的域值，在此基础上，对指标和域值进行因素分析，细化目标产生的影响因素，对中药生产的关键点与最终产品间建立相关图，同时根据数据积累和总结，设立相应的质量控制线和警戒线，用于产品的过程管理。6 计算机技术在分析数据管理中应用6.16.1 聚类分析聚类分析聚类分析足将一批样品或变量，选取不同的模糊相似系数或长短距离计算公式，对其进行数据分析，得到不同的动态聚类图，从数图上即可分类、鉴定和评价质量。钟蕾等建立用近红外漫反射光谱法鉴别血竭，采用聚类

11、分析法进行分类鉴别，快速、准确地鉴别了不同产地的血竭。此外，还可利用电子计算机对中药的基原等建立数据库，并将图像分析结果作为鉴定和分类依据。6.26.2 模式识别技术模式识别技术模式识别是指用计算机实现根据客观事物的某种特性类属，将具有某些共性的事物归于一类，而将具有另一些共性的事物归于另一类。模式识别技术常被用于中药组效关系辨识、化学分析谱图的识别、中药材质量评价、中药组方优化等方面。该方法与技术可以推广到更多类别的药材药效分类、地道药材真伪判别和药材品质优劣的鉴别应用上9。为中药材药效分类鉴定的标准化、客观化、仪器化和现代化开辟了新的研究途径。6.36.3 多元统计分析技术多元统计分析技术

12、多元统计分析技术是利用数学和统计学方法对多维复杂数据群体进行科学分析的理论和方法。多元统计分析技术包括描述性分析方法和解析性分析方法两大类。这类方法的共有特点是,采用非模型化分析手段,能有效地辨识系统的重要变量和影响系统的主要因素。数据的解析性分析方法的主要用途为:通过建立数学模型,以便更精确和更清晰地揭示系统变量间的内在关系,从而使人们对被分析变量的因果关系、相随变动关系等能够有数量化概念的认识。其代表性方法有:回归分析、判别分析和偏最小二乘回归分析等。通常在进行解析性分析前,常先作描述性分析,通过提取对象特征,实现高维数据集合的降维,以便更好地辨识变量间的因果联系或更准确地对样本进行分类。

13、在中药领域中,多元统计分析技术常被用于仪器分析数据的处理、药理实验数据处理、中药质量评价、药效物质发现等方面。6.36.3 中药指纹图谱的计算处理中药指纹图谱的计算处理中药指纹图谱是指中药材经适当处理后采用一定的分析手段和仪器测得的、能够标识该中药材及其制剂中的各种组分群体特性的共有峰的图谱。通过中药指纹图谱主要特征峰的相对保留时问及含量或比例的制定和对比，能够有效地控制中药产品的质量，并保证产品质量的相对稳定性。指纹图谱的数据处理与计算机图解析和识别技术结合起来常见的方法有10：化学模式识别技术、化学计量学方法和计算机软件分析。中药指纹图谱能较全面地反映所含成份的相对关系，能较好地体现中药成

14、份的复杂性和相关性，从而更好的评价和控制中药质量，更有利于实现中药现代化，缩短中药走向世界的程。因此，建立常用中药的指纹图谱势在必行。综上所述，计算机技术迅猛发展并运用于各个领域，也带动了药物化学新技术的发展。计算机技术在推进药物研究手段现代化进程中的重要性也开始受到我国科学家的重视。在实际工作中，可以根据研究目的引进合适的软件，同时也要加强对计算机应用工作的管理。这不仅有利于提高工作效率，而且有利于提升结果的精确性和可靠性。因此，计算机技术的深化结合将成为药物化学发展中势在必行的一个重要促动力量。参考文献1胡志帅，曹慧等.计算机科学在中药信息化建设中的应用进展.中国实验方剂学杂志.2011，

15、17（13）：2642LIUHF,SHENQ,ZHANGJ,etal.Evaluationofvariousin-versedockingschemesinmultipletargetsidentificationJ.JMolGraphModel,2010,29(3):326-330.3WANGJ.ComprehensiveassessmentofADMETrisksindrugdis-coveryJ.CurrPharmDes,2009,15(19):2195-2219.4KHANMT.PredictionsoftheADMETpropertiesofcandidatedrugmolecule

16、sutilizingdifferentQSAR/QSPRmodellingapproa-chesJ.CurrDrugMetab,2010,11(4):285-295.5廖兴祥，杨启德等.中药识别专家系统的研制与使用.计算机应用.1991.5.35-376刘修鑫，隋在云，刘秀德.中药玉竹及其混淆品的计算机鉴别研究.数理医药学杂志.1999.12(3):249-2507刘国文.中药复方“清开灵”注射液中胆酸类物质的液相色谱/质谱/质谱分析J.分析化学.2001.7.(4):88张兰珍.分光光度法测定马钱子中士的宁含量对共存组分的干扰考察方法J中草药.2000.31.(4):3019洪筱坤，色谱指纹谱在中药质量标准研究中的应用J.中成药 2001.23.（3）：15710苏薇薇.乌鸡白凤丸气相色谱指纹特征研究J中药材.1998.21（1）：37