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中药心血管类活性筛选的新模型新技术

2017-01-16

斑马鱼被美国FDA 列为继人和啮齿类动物之后的第三大模式生物。斑马鱼与人类基因同源性高达85%;其信号传导通路、生物结构和生理功能等与哺乳动物高度相似;具有饲养成本低、体积小、发育周期短、体外受精、透明易观察、单次产卵数较高等特点。利用斑马鱼模型可在23天内完成体内活性实验,所用药物量极小;在显微镜下可全程、完整观察药物对斑马鱼体内器官、组织、靶点的作用。以斑马鱼作为模式生物进行实验,既具有体外细胞实验的高通量性,又具有整体动物实验的高内涵性等特征,且实验周期短、成本低。因此斑马鱼已成为药物筛选评价体系中,衔接细胞和哺乳动物模型的重要环节。2009年,欧洲斑马鱼药物筛选技术服务公司Biobide获得FDA和EMEA的GLP认证。2015年,我国制定了中国实验用鱼(斑马鱼)质量控制标准。自2006年起,山东省科学院药物筛选技术平台针对中药现代化的实际需求,在国家高端外国专家项目、山东省重大科技专项、山东省自然基金等项目资助下,开始基于斑马鱼模型的中药心血管活性筛选评价新技术与应用的研究,取得以下阶段性创新成果。

一、围绕心血管重要靶器官(血小板、心脏、血管),构建了斑马鱼心血管活性评价新模型,并建立了相应筛选评价关键技术

利用转基因、显微成像等技术,构建完成心血管活性筛选系列新模型,如基于选择素家族的转基因斑马鱼血栓模型;建立了针对中药多成分、多靶点特点的血管评价新技术。到目前为止,山东省科学院药物筛选技术平台已拥有22种不同品系的转基因或突变体斑马鱼,累计斑马鱼2万余尾,成为了国内斑马鱼药物筛选模型齐全的实验室之一。

二、完成了斑马鱼模型在中药复杂成分体系适用性的评估

针对中药样品(单体成分、有效部位、粗提物、方剂)的复杂性,通过助溶协同促渗,解决了中药因成分微量和药物进入鱼体困难导致的活性不稳定问题;针对中药在体内发挥药效时的“多成分、相对微量、起效缓慢”等特点,建立了长时间加药处理方法,以确保药效物质进入斑马鱼循环系统;建立了多种定量测定指标,包括血管长度、直径、血流、血小板凝集、心率、心脏形态等,完善了斑马鱼心血管活性测试的技术和规程,并在中国药学大会上交流。

三、建立斑马鱼心血管活性测试标准操作规程(SOP)6项

围绕心血管疾病重要器官组织血小板、血液、血管、心脏,构建了斑马鱼心血管活性评价新模型,并建立相应的标准筛选操作技术规程。

四、建立活性导向的中药物质基础研究新方法

针对中药药效物质基础研究中化学成分分离常与活性评价脱节的问题,利用斑马鱼模型微量快速的优势,建立了活性跟踪导向的制备分离技术。将斑马鱼模型与现代分离色谱技术(pre-HPLC、HSCCC)相结合,进行层层筛选,逐级导向;开启了从微量中药样品(如300mg甘草提取物)中快速发现新活性成分(异甘草素和异甘草黄酮醇)的研究新模式。

五、对上市品种进行再评价,推动品种的二次开发

该研究的技术成果也已被应用于实际生产。利用该技术成果,已优选出两个新的治疗心脑血管疾病的中药组合物,并为英国剑桥大学、韩国朝鲜大学、中国中医科学院等多家新药研发机构评价样品1 200余个,发现具有新药研发潜力的样品6个。

中药是我国的瑰宝,千百年来积累了丰富的防病治病经验,有近万个中成药品种。随着国际中药热的持续升温,实现中药现代化是中药产业发展的必然趋势。中药类科研机构和企业,对稳定高效的中药药效评价新技术的需求也将更加迫切。因此,基于斑马鱼的筛选新模型和新技术可大力推动我国中药领域的科技发展及中药的现代化进程,将具有广阔的应用市场和良好的发展前景。该成果获得2015年度山东省科技进步二等奖。

专家简介

刘可春,博士,研究员,山东省科学院生物研究所副所长,山东省科学院药物筛选平台首席专家。现任山东省毒理学会理事、山东省实验动物学会理事、《山东科学》编委、药理与毒理专栏主持人、团队学术带头人、国家科技系统项目评审专家。主要从事天然化合物的提取分离、基于斑马鱼模型的药物活性毒性早期评价及新药与保健食品的研发工作。在斑马鱼药物筛选模型的建立及天然产物的活性筛选评价方面做了大量工作,先后承担国家科技计划项目5项,国家自然科学基金3项,国家海洋公益行业科研专项1项、山东省重大科技专项、科技攻关计划项目及山东省自然科学基金十多项,厅级科技计划6项;获得国家科技进步三等奖1项,省部级科技进步一等奖2项、三等奖2项,山东省发明创业一等奖1项,国家发明创业奖人物奖1项;发表科技论文100多篇,其中SCI论文20多篇。

多年来,刘可春教授一直坚守在生物医药领域的科研一线,始终恪守“坚持特色,面向应用”的发展思路,带领团队逐步成长壮大。作为学术带头人,获得“一种用于治疗肺表面系统紊乱的药物及其制备方法”(专利号:ZL200610070929.7)等国家发明专利共35项,创新性地采用海洋生物为原料替代传统的新鲜小牛肺或猪肺的灌洗液制备天然肺表面活性物质制剂,原料来源比牛猪的内脏安全,肺表面活性物质含量高,生产工艺先进,生产成本低,极大降低肺表面活性物质制剂的价格,已完成临床前全部研究工作,于2014年荣获国家“发明创业奖人物奖”。