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易科泰高光譜成像技術助力中醫(yī)藥表型組學發(fā)展

2022-12-30 14:30 作者:易科泰光譜成像技術  | 我要投稿

人類基因組計劃之后,表型組迅速崛起,對于新興的中醫(yī)表型組學,國醫(yī)大師施杞、王擁軍教授、唐德志教授團隊在Phenomics期刊中刊文,首次在國際上倡導建立中醫(yī)表型組學(Chinmedphenomics),并論述了其“3P”理念,即中醫(yī)表型組學具有個性化(Personalized)、精確化(Precise)和廣泛的應用前景(Promising)。

中醫(yī)是中華智慧的結晶。中醫(yī)方劑中的“方證合一、藥證合一”“君臣佐使”等思想方法也是在追求“Precise(精準化)。中醫(yī)方劑作為臨床治療的主要方法之一,以君、臣、佐、使成分為基礎。臣草藥與君草藥有協(xié)同作用,有助于緩解其他伴隨癥狀,佐草藥增強治療效果,調(diào)節(jié)君、臣草藥的不良反應,使草藥包括兩種含義,一是將其余草藥直接引向疾病位置,二是使方劑中的草藥處于一種和諧的狀態(tài),通常沒有過冷或過熱的性質(zhì)。

所以對中醫(yī)藥質(zhì)量包括中藥材生境、品種選擇、病蟲害防治、水分及有效成分檢測等各個環(huán)節(jié)的科學嚴格把關是提供優(yōu)質(zhì)中草藥并使其發(fā)揮作用的最根本的基礎。

易科泰生態(tài)技術公司提供中醫(yī)藥質(zhì)量控制與檢測全面解決方案,高通量、非接觸、數(shù)字化:

不同品種及產(chǎn)地的西洋參、甘草、黃芪有效成分探索研究(易科泰光譜成像實驗室供圖)

案例一:基于高光譜成像技術和RBFNN模型對新鮮石斛多糖測定

石斛在中國被稱為“草藥中的黃金”。被視為一種罕見的滋補品,很多醫(yī)學實驗已經(jīng)證明了石斛在健康和預防疾病方面的作用,但是不同石斛產(chǎn)品的質(zhì)量差異明顯,甘露糖(MN)和石斛多糖(DP)是評價石斛品質(zhì)最具代表性的指標。然而,傳統(tǒng)的測定MN和DP濃度的方法是高效液相色譜法。這種方法效率低,破壞性大。浙江農(nóng)林大學亞熱帶造林國家重點實驗室研究人員利用高光譜成像技術對石斛中甘露糖(MN)和石斛多糖(DP)進行可視化和無損檢測,并采用化學計量學方法,建立了基于近紅外光譜(874-1734nm)的徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(RBFNN)模型。

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圖1-1 所有樣品的光譜(a)、不同生境的平均光譜(b)、不同生境MN的平均濃度(c)、不同生境DP的平均濃度(d)

268份樣品的光譜波形基本一致,也就是說,所有的光譜都有相同的波峰和波谷,不同樣品的光譜在反射率處呈現(xiàn)梯度,這意味著樣品內(nèi)部物質(zhì)的濃度不同。不同產(chǎn)地的平均光譜(b)在光譜反射率處表現(xiàn)出不同的特征,說明不同生境的石斛成分含量的濃度存在差異。不同生境的化學物質(zhì)平均濃度有明顯差異,不同生境石斛的MN濃度由高到低依次為AH、ZJ、GX、HN、YN。DP濃度由高到低依次為AH、ZJ、HN、GX、YN。

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圖1-2 高光譜成像的流動過程。(a)高光譜二值圖像,(b)去背景后的高光譜圖像,(c) MN的偽彩色圖,(d) DP的偽彩色圖。

案例二:基于高光譜成像技術檢測干姜中刺激性成分

生姜植物(Zingiber officinale Roscoe)具有可食用的根莖。具有藥用價值,包括抗氧化活性,抗炎作用,鎮(zhèn)痛作用。以其芳香、辛辣和有益健康的特性而聞名,它的味道主要來自兩類化合物姜辣素(6-gingerol)和姜辣素衍生物(6-shogaol),產(chǎn)品的整體質(zhì)量取決于這些化合物之間的相互作用,因此,確定這些化合物的比例將有利于質(zhì)量控制的目的。

北京易科泰技術人員利用PhenoTron-HSI高光譜成像分析系統(tǒng)對河北和山東兩個產(chǎn)地的生姜粉進行數(shù)據(jù)采集和分析發(fā)現(xiàn),兩種產(chǎn)地的生姜粉具有相同趨勢的峰谷特征,但反射率處呈現(xiàn)比較明顯的差異,產(chǎn)自山東的生姜粉反射率整體高于產(chǎn)自河北的,這可能反映了兩種樣品內(nèi)部某種物質(zhì)如刺激性成分的含量不同。

圖2-1 左:不同產(chǎn)地生姜粉光譜曲線 右:分析結果圖


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