实践教学是药学教育全过程中极为重要的环节,高度重视实践教学和创新能力的培养是华西药学院办学的主要特色之一。华西药学院以实验课程改革及质量提升作为突破口,开设药学创新实验、高等药学系列实验,改革实验教学内容,探索和优化实验方法或手段,引入虚拟仿真实验教学,实施全过程评价的实验考核方案,全面实施多媒体教学,提升实验设备建设水平等,有力地促进了药学拔尖创新人才的培养,极大地推动了实践教学质量的提升。
华西药学院每学年春学期开设《药物化学实验》、《药剂学实验》、《药物分析实验》、《生物药剂学与药动学实验》、《生物药剂学实验》、《药动学实验》等课程,老师们对各门课程的实验教学改革及质量提升进行了梳理和总结,同时也对实验教学的后续改革提出了设想和展望。
一、药物化学实验 《药物化学实验》主要针对理论教学中涉及的药物设计原理及合成路线等内容设计实验,包括药物化学的主要研究方法和实验技术,内容涵盖了化合物的合成、反应过程监控、后处理方法选择及目标产物结构鉴定等过程。
随着药物化学实验技术的发展及本科教学平台的完善,《药物化学实验》也在不断改革与更新。2018年,药物化学开设了三个新实验,即扑炎痛的精制及鉴定、苦杏仁酸的制备和依达拉奉的制备。
1、扑炎痛的精制及鉴定
在扑炎痛粗品精制时,除了重结晶的方法外,又首次增加了利用柱层析对其进行纯化,以期拓宽学生的知识面,掌握药物精制的多元化方法。该实验综合了柱层析、薄层层析以及用旋转蒸发仪减压浓缩溶剂等项目。不仅让学生了解学习药物化学实验纯化的新手段,同时也让学生掌握旋转蒸发仪等药物化学常用实验仪器的操作方法,提高了本科生的动手能力。除本实验采用的柱层析制备方法之一——湿法装柱外,任课教师还自主拍摄了另一种柱层析的制备方式——干法装柱的视频分享给同学们,让大家在有限时间内尽可能多地获取知识。
2、苦杏仁酸的制备
该实验利用典型的化学反应——相转移反应来制备目标物,实验过程包含滴加、萃取、酸碱处理等单元操作。此外,该实验涉及投料量、温度、萃取溶剂及次数的选择等多个实验参数,且不同参数对实验的影响都有可能不同,但基本实验操作均相同。所以,在实验过程中,任课教师在学生自愿参与的基础上,根据不同参数将同学们进行分组,最后对同学们得到的数据进行统计,利用"大数据"的结论给同学们分享各参数对实验结果的影响,将实验探索的科研思路融入本科教学中,激发了同学们的科研兴趣,反馈良好。
3、依达拉奉的制备
该实验利用吡唑环的环合反应制备药物——依达拉奉,综合了微量滴加、抽滤、重结晶、熔点测定等基本操作。基于本科教学新进的全自动熔点仪,同学们清楚地观察到了化合物从初熔到全熔的过程,准确记录熔点,完成了一个药物的合成及熔点鉴定的过程。但部分同学所得依达拉奉的熔点偏低或熔距较长,加上重结晶收率不高,任课教师在课后进行了反思,对本科实验而言,可能重结晶不是依达拉奉理想的纯化方式。所以,2019年,将依达拉奉的粗品采用柱层析的方法来精制,同学们亲身体验了从混合物中得到纯化合物的喜悦,达到了预期的教学目标。
除开展全新的实验外,基于本科实验仪器的更新,2018年在"肉桂酸的制备"实验中,用可搅拌的电热套代替电炉,实验操作更为安全、简便。在格氏反应中,对所得高沸点的2-甲基-2-己醇进一步采用高真空蒸馏进行纯化,任课教师给同学们演示了如何连接旋片式真空泵、低温浴槽、真空计以及蒸馏系统,并详细讲解了各部分的作用和操作要点,丰富了同学们对纯化手段的认识以及理论结合实际应用的科研思路。
在课程评价方面,《药物化学实验》采用预习报告、原始记录、科学作风、实验操作和实验报告等多层次、多角度评分的原则,公平科学地反映同学们在实验中的表现。
利用近年来互联网技术的发展,任课教师和学生建立了专门的QQ群,课前提醒学生预习,分享预习的要点以及发布课前需要做的准备工作;同时,也便于在课后和同学们及时沟通,提高了本科生的学习效率和准确度。
结合药物化学的发展和药学院的特点,药物化学实验计划将光催化、金属催化、不对称合成等在药物中的应用实例引入本科教学中,逐步培养厚基础、宽知识面、多专业技术的药学本科生。
二、药物分析实验 药物分析是一门实践性很强的应用学科,通过实验让学生掌握中国药典常用的分析方法和实验技术,包括药物鉴别、检查和含量测定等的基本原理及常用仪器的正确使用方法,培养科学严谨的实验态度、独立设计和完成实验的技能。课程主要依据中国药典所收载的内容,从中选出较为典型的药物及常用分析方法作为教学内容,并根据药物分析学系多年的课程教学实践,设计安排了综合实验和设计实验。
通过上述设计和实施,不仅能让学生掌握常规药物分析的基本操作技能,同时能培养学生依据药物的理化性质建立分析方法的能力和独立分析解决问题的能力,为从事新药研发、药品质量控制等相关工作奠定坚实基础。
在课程的运行过程中,为契合目前药物分析的发展,考虑到新版药典部分质量控制方法的变化,结合教改项目,我们分别为学生开出了"高效液相色谱法测定阿司匹林肠溶片含量和游离水杨酸的检查"、"维生素B1片的含量测定及方法学验证"和 "高效液相色谱法同时测定复方阿司匹林片中四种成分"三个设计和综合性实验,让学生更好地将理论学习和实验训练有机结合,相互促进。
1、高效液相色谱法测定阿司匹林肠溶片含量和游离水杨酸的检查
阿司匹林原料和制剂中,由于生产和储存过程常会产生游离水杨酸,而游离水杨酸酸性很强,需要进行检查。早期中国药典曾利用游离水杨酸和三氯化铁试液作用产生颜色,相同条件下阿司匹林不显色的特点,采用比色法来对其进行限度检查,该法在检查过程中阿司匹林会继续水解产生水杨酸,同时也不能测定游离水杨酸的具体含量。新版药典采用高效液相色谱法对阿司匹林原料和制剂中的游离水杨酸进行检查,采用酸性甲醇作为供试品制备的溶剂,可以抑制阿司匹林的水解,同时采用外标法进行检查,可以测定游离水杨酸的具体量。而阿司匹林肠溶的含量测定,中国药典曾经采用两步滴定法进行测定,方法复杂耗时,新版中国药典也已经改为高效液相色谱法。
我们增加这个新实验,可以让学生了解药典的沿革,理解同一质量控制的问题可以采用不同原理的方法解决,掌握高效液相色谱法的具体规范操作与原理。这些都将为学生进一步深造,或从事新药研发打下坚实的基础。
2、维生素B1片的含量测定及方法学验证
维生素B1的含量测定,之前的课程设计安排是让学生进行样品测定,学生主要掌握紫外-可见分光光度仪的使用,以及紫外-可见分光光度法在药品含量测定中的应用,相对比较简单,训练效果不佳。
现在我们尝试让学生自己设计,对此方法进行方法学验证,并以论文的格式提交实验报告,取得了较好的效果。通过让学生自己设计方法学验证实验,让学生掌握了含量测定的方法学验证的具体方法和过程,将理论知识和具体实验真正的结合在一起,更深刻地了解方法学验证中专属性、回收试验、线性与范围等的具体内涵,让学生能够反过来加深对理论课内容的理解和掌握,部分学生甚至将实验内容进行整理并在期刊公开发表了。
3、高效液相色谱法同时测定复方阿司匹林片中四种成分
复方阿司匹林片中多成分的含量测定,实验教材中原来分别采用酸碱滴定、亚硝酸钠法以及间接碘量法三种不同的容量分析法对其中的阿司匹林、非那西丁以及咖啡因分别测定,利用三种成分理化性质的差异,巧妙地消除成分之间的干扰。通过实验,可以让学生理解如何利用药物理化性质的差异,选用合适的方法来对药物进行含量测定。但实验耗时,三个成分如果全部测定需要约3次实验才能全部完成。
我们通过查阅文献,结合教改项目,建立了采用高效液相色谱法同时测定三个成分以及游离水杨酸,极大地提高了实验效率。学生通过新旧实验的实际操作和对比,可以很直观地理解制剂分析和原料分析时对于容量分析法和仪器分析法的优先选择的依据,也让学生接触和使用目前药物研发过程中采用的先进方法,为他们能更快融入科研打下基础。
后续我们准备开设《高等药物分析实验》课程,主要针对一部分对药物分析研究有较大兴趣的高年级本科生,采用新的仪器分析方法自己解决一些药物分析中的问题。
另外我们还将积极探索虚拟仿真实验教学,和相关学系配合,开展多学系贯通式实验教学;配合实验设备的修购计划,对实验设备进行更新换代,购置了气相色谱-质谱仪、原子吸收分光光度计、荧光分光光度计等先进仪器,并拟在"高等药物分析实验"课程中开设相应实验。
三、药剂学实验 《药剂学实验》课程包括了从固体制剂到液体制剂,从具体操作到虚拟仿真的各项内容,以期使学生更加全面了解药剂学相关知识,锻炼药剂学相关实验技能。在过去的几年里,药剂学系积极进行实验教学改革,从以下几个方面,提高实验教学水平。
1、引入虚拟仿真实训系统,结合教学视频拍摄,达到虚实结合
该仿真系统由中国药科大学按照国家GMP标准进行开发,包括了常用各种制剂,如注射剂、片剂、胶囊等的生产操作流程及注意事项。学院专门建设了GMP仿真实训室,进行虚拟仿真教学,使学生更加直观、生动地了解药物制剂的生产流程。同时根据实训仿真系统所未涉及的知识点,正在进行视频的拍摄制作,以期达到虚实结合的效果。
2、积极革新设备,拓宽实验方法和手段
新购置流化床、涂膜机、电动压片机,以用于微丸、膜剂、片剂的制备;购置全自动溶出仪进行溶出的考察;购置水分测定仪等进行膜剂和软膏的评价,同时拟购置粘度计进行软膏的评价。
3、建立较为完备的无菌室,使学生在注射剂的制备实验过程中亲身体验无菌操作练习,从而对无菌操作具有更加感性的体会和直观的认识。
4、创新制剂评价手段。后期将根据新进设备的情况,进一步拓宽制剂的评价手段,实现从制剂的处方优化、工艺制备、到质量评价的全过程覆盖。
同时我们也积极与学生讨论,收集学生的反馈意见,并不断完善实验教学设计,提高实验教学水平和对学生实践能力的培养。下图为部分学生对实验的反馈意见。
四、生物药剂学与药动学实验 《生物药剂学与药动学实验》是华西药学院四年制药学专业的必修实验课程,在近年来的实际教学工作中发现,本课程实验设置内容多年未曾更新,实验方法不够先进,实验设计比较陈旧,部分实验样品处理方法繁琐落后,实验仪器老化,实验器材不够先进,而且部分实验操作繁琐,耗费时间长,实验数据处理方法落后,跟不上药学研究日新月异的要求。
因此,近两年通过查阅最新科研论文,对实验方法进行改良,对实验设计进行优化,采用更先进适用的实验仪器进行新方法的探索,并结合具体实验操作对样品预处理方法进行改进,设计更为简便的样品处理方法;对实验耗材进行更新,优化实验时间安排,提高实验效率;对数据处理方法进行优化,采用更简便准确的统计学处理方法进行结果处理,既使学生学习掌握新的统计学方法,又利于提高实验结果的准确性。
1、我们首先优化了"片剂溶出度的测定"实验,解决的问题主要有:
(1)通过实验对不同厂家甲硝唑片剂的溶出度取样时间进行了优化,经过细致的实验研究,确定了更为合理的取样时间点。
(2)对实验数据结果处理方法进行了改进,舍弃了以往过时且误差较大的用威布尔概率纸来作图求算相关溶出参数的方法,改为采用计算机模拟处理,用不同数学模型如Higuchi方程、Ritger-Peppas模型、威布尔(Weibull)分布模型来模拟药物溶出行为,求算相关溶出参数的方法,使数据处理结果更准确可靠。而且通过对三种溶出模型的拟合比较,利用相关系数最佳得出最适合模拟甲硝唑片剂溶出行为的模型方程,既使同学们熟悉掌握了利用计算机进行数据处理的方法,又能对多种溶出模型进行详细了解。
(3)对统计分析方法进行了进一步优化,让同学们除了了解单因素方差分析的运算方法,还利用spss软件进行统计分析,并鼓励同学比较两种方法的结果;
(4)对实验讲义进行修订,更正了取样时间、试验数据处理方式。甲硝唑片溶出度实验结果计算公式为更正为,更新了T50的求算方法,给学生增加了思考题。"片剂溶出度的测定"实验由于每年所购买的甲硝唑片剂的厂家、批号都会发生改变,存在实验取样时间的不稳定因素,因此每年都需通过预试调整取样时间,讲义的取样时间只能做参考,目前考虑将取样时间点设置作为设计性实验环节,以后由学生通过预实验进行时间点设置,自己确定采样时间。
2、对"血药法测定对乙酰氨基酚片的生物利用度"实验中家兔血药浓度分析方法进行了探索和优化。建立了家兔血浆样品的HPLC测定方法,经过HPLC和Vis-UV法对比,考虑药物测定仪器的可及性,耗材经费使用问题,以及分析方法灵敏度、可操作性、方法的精密度和准确度的要求,认为目前本科学生仍然可以采用Vis-UV法进行定量分析,方法符合测定要求且耗时短,但在具备大量HPLC仪器的条件下建议更换实验测定方法。建立的家兔对乙酰氨基酚血药浓度的HPLC测定方法,在方法上更为先进,在实验仪器充足、耗材经费允许的条件下,本科学生采用HPLC法可拓展学生对分析方法的了解和比较,建立的HPLC分析方法也更准确可靠。
3、改进了"血药法测定对乙酰氨基酚片的生物利用度"实验中样品的预处理方法,解决的问题主要有:
(1)试验了新的样品预处理方法,可选择甲醇或者乙腈直接沉淀蛋白的预处理方法,实验步骤减少,操作误差减小,可供实验选择。
(2)采用肝素化的离心管进行实验操作,与原有保温1小时再离心的方法相比,无需保温即可离心得到血浆,减少实验等待时间,且避免了由于保温效果不佳造成血液凝固后离心得不到血清,使实验失败的可能性。
(3)在实验设备的准备方面,新购置移液枪枪头和肝素化一次性离心管,采用定量更方便的移液枪进行血浆样品的取样,避免使用大量的移液管进行取样,减少了洗涤移液管等待干燥的时间(一般2小时),且枪头为一次性使用,避免移液管多次洗涤不干净造成的实验误差,操作更简便快捷,且减少实验误差。
(4)针对家兔心脏采血操作困难,取血量过大容易造成实验过程中动物死亡实验无法继续的问题,对实验内容进行了补充细化,增加家兔解剖学内容,采用一次性塑料注射器取血,肝素化离心管收集,大大降低动物死亡率。
通过查阅资料,实验设计和反复预试,在新的实验教程编写中增加了两个实验:"药动学二室模型模拟实验"和"家兔灌胃给予对乙酰氨基酚的药动学实验",进一步拓展了生物药剂与药动学实验的范围。
由于实验统计学处理引入计算机软件处理,操作存在学生个人掌握程度的差异,建议在前期医学统计学类课程中加强常用软件操作的培训,如spss软件的应用。由于一些目前更先进的实验方法如HPLC法、HPLC-MS法需要贵重仪器设备和较高的实验耗材支撑,目前一些方法改进处于小范围实验,后期希望能普及至所有本科学生。实验优化的的探索和更新已经在2018、2019春学期的药学本科学生中进行实施,通过实验改革进一步增强了学生实验的可行性,体现综合能力的培养,优化了实验参数和条件,提升了实验课程的教学质量。
五、生物药剂学实验 基于临床药学专业培养目标与药学专业的差异,临床药学与药事管理学系针对药物体内过程的认识及评价研究方法,不仅更新了理论授课的内容,同时更新了相关实验内容,新开设《生物药剂学实验》。由于临床药学专业的职业发展重点在药物的临床评价与药物的临床应用,因而,对药物的ADME过程了解,成为专业发展的重要基础。与药学专业开设的《生物药剂学与药物动力学实验》相比,《生物药剂学实验》课程仅保留了原溶出度实验,其余均为新开实验,强化了学生对药物透皮吸收、蛋白结合、组织分布及药物代谢的认识与了解。主要新开实验有:
1、Franz扩散池实验
实验采用Franz扩散池,SD大鼠为实验动物,对对乙酰氨基酚的透皮速率进行测定。采用足量的生理盐水作为接收液,建立吸收液中对乙酰氨基酚的HPLC检测方法,实验在不同时间点取适量接收液,以建立的HPLC方法测定接收液中药物浓度,计算透过皮肤的累积药量,进而计算对乙酰氨基酚的透皮速率。
2、血浆蛋白结合实验
实验将血浆蛋白置于透析袋内,置于盛有已知量游离配基(实验选用对乙酰氨基酚)量的透析液中,构成透析实验系统。因蛋白等大分子不能通过此半透膜,但系统中游离配基可自由通过。当透析达到平衡时,半透膜两侧游离自由配基的浓度相等。因系统中自由配基的总量已知,以建立的HPLC-UV法测定透析袋外溶液中对乙酰氨基酚浓度,进而推算与蛋白结合的对乙酰氨基酚量,计算对乙酰氨基酚血浆蛋白结合率。
3、组织分布实验
以SD大鼠为实验动物,对乙酰氨基酚为模型药物,HPLC方法检测生物样本中对乙酰氨基酚量。实验通过在大鼠给予对乙酰氨基酚后不同时间点,处死实验动物,获得各部分组织,并测定其中所含对乙酰氨基酚浓度,可确定对乙酰氨基酚在体内的分布特征。
4、药物代谢实验
通过建立大鼠肝匀浆体外孵育体系,及黄芩苷在大鼠肝匀浆孵育体系的HPLC-UV检测方法,研究黄芩苷在肝匀浆中的代谢情况,考察其在体外孵育体系中的酶动力学及其参数。
这些新实验的开展在学生中取得了很好的反馈,普遍反映实验设计合理,对于本科生难度适宜,同时又有提升,可操作性大。实验有趣,可学会新技能,又能加深对理论知识的理解,还能激发学习兴趣。
六、药动学实验 目前《药动学实验》课程重点改进实验项目包括:大鼠在体肠吸收试验实验和大鼠药动学实验两个综合性实验。
1、大鼠在体肠吸收试验实验
药物在体内的吸收规律研究包括:体内法(in vivo)、体外法(in vitro)和在体法(in situ),该实验是华西药学院首次在本科生中开展在体法实验,可以探索药物在肠道不同部位的吸收速度、程度和规律,该实验主要考察十二指肠段的吸收,学生掌握该方法后可以用于任意肠段或全肠段吸收的研究。
实验的综合性体现在:不仅仅是在体吸收实验本身,尚包括方法的整体评价,如药物在肠道灌流液中稳定性,肠道对药物的吸附、代谢和摄取考察,以排除其他因素的影响。
在体肠实验操作和数据处理相对其他实验复杂,今年更新了实验讲义,让操作更加合理。实验中采用了新的蠕动恒流泵,如下图:
2、大鼠血药法药动学实验
该实验属于体内法(in vivo)整体动物实验。实验的综合性体现在:按照当前我国现行非临床药动学研究技术指导原则进行设计,重点在生物样品定量分析方法的建立和系统验证知识点的学习,实验中设计了多样本的生物样品准确度和精密度考察,并让学生学会数据分析,并与国际通行标准进行对照。
大鼠属于小动物,采血是实验的一个难点,为保证实验的顺利进行,除了更新器材外,安排同学们提前进入实验室进行实训,保证每个实验组都能够顺利完成。今年实训时间安排在5月1日节日期间,同学们在自愿的前提下、老师牺牲休息时间并自备试验动物,帮助同学们掌握动物采血这一操作难点。
血样采集不再采用刻度吸管而改用移液器,更加符合目前实际科研操作习惯,如下图:
另一个总体变化是临床药学的药动学实验,生物样品的定量分析全部采用高效液相色谱法进行,有力地保障了同学们的实践学习与实际科研工作的接轨。