CN109709136A - 一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其包括步骤一、样品的前处理：精确称取样品和对照品制备成待测液；将过夜培养的菌种培养物进行菌落计数；取过夜培养的菌种培养物，分别制成含样品和抗生素对照品的含菌待测液、不含抗生素的含菌待测液；步骤二、进样分析及结果判读：上述含菌待测液分别密封于玻璃西林瓶中并放置于平衡好的微量热仪内，当仪器基线稳定后开始计时，仪器自动记录各反应器中的热量变化；记录各含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间，以计算获得热谱图参数值作为效价评价标准。本发明所述的等温微量热方法可用于实时测定抗生素的体外抑菌活性，在快速测定抗生素效价方面具有较好的应用前景。

Description

一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法

技术领域

本发明属于药物分析领域，具体涉及一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法。

背景技术

头孢曲松钠(Ceftriaxone Sodium，CS)是第三代头孢类抗生素，具有抗菌谱广、半衰期长和组织穿透力强等特点，在临床上被广泛应用。CS固体粉末有三种亚晶型和两种结构对映体，使得不同工艺制备的CS在临床上的效果存在较明显差异，需要开发相关分析方法，评价CS真实抑菌效果。

目前，直接评价抗生素体外生物活性的现有技术之一是抗生素微生物检定法。该方法具体可分为管碟法、浊度法、化学发光法和免疫分析法等，其中前两种方法被《中国药典》收载，也被世界主要国家和地区的药典收载作为法定检验方法使用。然而，现行《中国药典》2015年版CS各论规定的检验方法不能反映其生物活性差异，现有技术中传统的效价测定方法存在操作复杂、影响因素多、受药物溶解性和扩散率影响大等问题。另外，目前许多抗生素药物的效价评价也使用高效液相色谱法(HPLC法)，如郑风敏等发表的论文《HPLC法测定注射用头孢曲松钠中头孢曲松的含量》。但是，从原理上来说，HPLC法仅能从化学性质上分析抗生素的含量，而抗生素的含量与其抑菌效果并不一定存在可量化的关联，因此，HPLC法不能反映抗生素对微生物的真实抑菌效果，在评价头孢曲松钠的体外抑菌效果中存在较大问题。

等温微量热技术(Isothermal Microcalorimetry，IMC)是一种实时监测体系中能量变化的技术，可以指征微生物生长繁殖的活跃度。在微生物的对数生长期中，微生物的能量(P)与时间(t)存在数学关系：lnP_t＝lnP₀+kt。其中，P₀和P_t分别是微生物在对数生长初始点t₀和生长t时的热功率，k为微生物生长速率常数。IMC技术具有测试快和准确度好、实时监测等优点，已广泛应用于抗菌活性物质筛选、最小抑菌浓度测定(Minimum InhibitoryConcentration，MIC)以及微生物鉴定等领域。

但目前还未报道采用IMC方法进行头孢类产品，尤其是头孢曲松钠产品的体外抑菌效果评价。

发明内容

为了解决诸多现有技术中存在的操作复杂、影响因素多、受药物溶解性和扩散率影响大、不能反映抗生素对微生物的真实抑菌效果等问题，本发明提供一种采用等温微量热技术快速评价CS真实抑菌效果的方法，以监测微生物生长期间能量变化情况，用于评价抗生素对微生物的真实抑菌效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其包括如下步骤：

步骤一、样品的前处理；

(a)精确称取样品和对照品，用磷酸盐缓冲液稀释成预定浓度的储备液；取一定量的储备液加入到培养基中，充分混匀，稀释成预定浓度的抗生素待测液；

(b)将过夜培养的菌种培养物进行菌落计数；

(c)取过夜培养的菌种培养物，加入抗生素待测液中，分别制成含样品和含抗生素对照品的含菌待测液，结合菌落计数结果，计算此时待测液中的菌液浓度；

(d)取过夜培养的菌种培养物，加入培养基中，制备不含抗生素的含菌待测液。

步骤二、进样分析及结果判读；

(1)取步骤(c)和步骤(d)获得的含菌待测液分别密封于玻璃西林瓶中并放置于平衡好的微量热仪，当基线稳定后开始计时，仪器自动记录各反应器中的热量变化；

(2)记录各含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间，以计算获得热谱图参数值作为效价评价标准。

为了进一步优化上述分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，本发明采取的技术措施还包括：

进一步地，在所述步骤(a)中，所述储备液的浓度为10mg/mL，所述培养基为5mLIII号培养基，所述抗生素待测液的浓度范围为0.25mg·mL^-1～0.8mg·mL^-1。

进一步地，在所述步骤(b)中，所述菌种培养物为金黄色葡萄球菌培养物，所述菌落计数方法采用《中国药典》2015年版通则1105所列方法。

进一步地，在所述步骤(c)中，所述菌种培养物的用量为5μL，所述抗生素待测液的用量为5mL，所述菌液浓度的范围为10¹CFU·mL^-1～10⁵CFU·mL^-1之间。

进一步地，在所述步骤(d)中，所述菌种培养物的用量为5μL，所述培养基为5mLIII号培养基。

进一步地，在所述步骤(1)中，所述含菌待测液的用量是2mL-4mL。

进一步地，在所述步骤(2)中，所述热谱图参数值的计算步骤如下：记录不含抗生素的含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间T₀(空白对照)；分别记录含样品和含对照品抗生素的含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间T_n；将所述抗生素的出峰时间分别减去T₀，得到ΔT_n值，并用分钟表示；将ΔT_n除以以十为底菌落浓度的对数值N以得到均一化的NΔt_n，并计算多次测量的平均值和相对标准偏差；以对照品的NΔt_n值为效价评价标准，从而评价样品与标准效价的差异。

进一步地，所述菌种为金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC 6538)，挑取一接种环菌株培养物至10mL脑心浸液培养基中，于36℃±1℃新鲜培养24h±1h，及时使用。

进一步地，所述磷酸缓冲盐为pH 6.0磷酸盐缓冲液，所述培养基为III号培养基，均按《中国药典》2015年版四部(通则1201)制备。

进一步地，用于微量热试验的器具均采用121℃持续15min的方式处理。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明研究了微量热技术在头孢曲松钠体外抑菌效果测定中的应用，其测定的CS间效价的差异结果与采用管碟法测定结果一致，该方法具有速度快、灵敏度高、精密度好的特点，可用于实时测定抗生素的体外抑菌活性，在快速测定抗生素效价方面具有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明一实施例中不同金黄色葡萄球菌起始浓度的微生物微量热谱图；

图2为本发明一实施例中的检测热谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明下述实施例中涉及的测试菌种金黄色葡萄球菌，以头孢曲松钠成品药物罗氏芬(Rocephin)为具体实施案例，但也可适用于其他头孢曲松钠产品与菌种。

下述实施例及对比例中：

测试菌种金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus ATCC 6538)采购自美国模式菌种保藏中心(American Type Culture Collection,ATCC)。挑取一接种环菌株培养物至10mL脑心浸液培养基(Brain Heart Infusion，BHI)中，于36℃±1℃新鲜培养24h±1h，及时使用。效价测定用pH 6.0磷酸盐缓冲液(PhosphateBuffered Solution，PBS)和III号培养基按《中国药典》2015年版四部(通则1201)制备。如可能，用于微量热试验的器具均采用121℃持续15min的方式处理。

CS原研药采用罗氏药业生产的罗氏芬(批号：SI15040165)，CS标准品采购自中国食品药品检定研究院(批号：130480-201504)，测试的仿制药由上海新先锋药业有限公司提供(代号MY)。

采用的主要设备为TAM IV型微量热仪(TA仪器，美国)。

实施例1

本实施例为微生物起始测试浓度的验证实施例。

通过对5组起始浓度为N_n(n＝1～5)的金黄色葡萄球菌进行检测，N₁～N₅分别代表浓度约为10¹CFU·mL^-1、10²CFU·mL^-1、10³CFU·mL^-1、10⁴CFU·mL^-1和10⁵CFU·mL^-1的金黄色葡萄球菌培养物。随着菌液浓度的增加，达到热谱图最高功率值(P_max)的主峰出峰时间(T_n)不断减少，图谱形状保持相对一致(图1)。金黄色葡萄球菌浓度的对数值(log₁₀N_n)与ΔT_n符合正相关线性关系，三次独立试验的线性回归系数R²均大于0.99(表1)。其中，ΔT_n是第n组热谱图主峰出峰的时间(T_n)与N₅组主峰出峰的时间(T₅)的差值(ΔT_n＝T_n-T₅)，如图1中ΔT₄所示。将测试数据进行直线拟合，参数log₁₀N_n与ΔT_n之间仍有较为明显的直线关系(R²＞0.96)，拟合公式为ΔT_n＝-120.04log₁₀N_n+662.55。

表1.不同金黄色葡萄球菌起始浓度(log₁₀N_n)与热谱图出峰时间差(ΔT_n)的测试结果

实施例2

本实施例为药物测量浓度线性范围的验证实施例。

经过实验可得，当CS溶液浓度大于2.00mg·mL^-1时，仪器检测不到微生物的生长热信号，金黄色葡萄球菌的生长被完全抑制(表1)。当CS浓度在1.00mg·mL^-1～2.00mg·mL^-1时，热谱图的出峰时间(T_n)随浓度提高快速增长至无穷大，此时，CS浓度达到MIC值。当CS浓度在0.25mg·mL^-1～0.80mg·mL^-1时，可在22h内检测到热信号。

采用下述公式计算Δt_n的归一化值NΔt_n。

其中，Δt_n是热谱图中第n条曲线主峰出峰时间(t_n)与菌液对照组出峰时间(t₀)的差值；N₀为实验起始菌液浓度。CS浓度与NΔt_n具备线性相关关系。

如表2所示，选取CS浓度分别为1.00mg/mL、0.60mg/mL、0.50mg/mL和0.25mg/mL四个点为代表，采用重现性条件获取测量数据，NΔt_n的相对标准偏差(RSD)分别为0.10％、7.07％、4.28％和1.18％。

表2.热谱图参数的分析结果

实施例3

本实施例为一示例性的分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法。

1.取样对照品和样品各16mg，用10mL磷酸盐缓冲液稀释成母溶液，取50μL母溶液至5mL III号培养基中，混匀后取出1mL加入19mL III号培养基制成抗生素储备液(待测液)。此时样品与对照品中头孢曲松钠的浓度为0.8mg/L。

2.将过夜培养的金黄色葡萄球菌培养物按《中国药典》2015年版通则1105所列方法进行菌落计数。

3.取过夜培养的金黄色葡萄球菌培养物5μL，加入5mL抗生素储备液(待测液)中，制成含抗生素的含菌待测液。结合菌落计数结果，计算此时待测液中的微生物浓度。本例中待测液微生物浓度为2.1×10⁴CFU/mL，取以十为底菌落数的对数值为N＝4.3。

4.取过夜培养的金黄色葡萄球菌培养物5μL，加入5mL III号培养基中，制备不含抗生素的含菌待测液(空白对照)。

5.分别取上述各类待测液2mL，密封于玻璃西林瓶中并放置于平衡好的微量热仪内，当基线稳定后开始计时，仪器自动记录各反应器中的热量变化，热谱图如图2所示。

6.记录不含抗生素的含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间(本例中记为第一日19时49分，T₀)。记录对照品和样品待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间。如表中序号1所示时间(罗氏芬A的测试出峰时间为第二日22时30分，T₁)。

7.将上述抗生素的出峰时间分别减去T₀，得到ΔT_n值，并用分钟表示，本例中对照品的ΔT_n＝T₁-T₀＝161分钟，其他数据见下表3。

8.将ΔT_n除以N得到均一化的NΔt_n，本例中对照品的NΔt_n＝161÷4.3＝37.44。并计算多次测量的平均值和相对标准偏差。

9.以对照品NΔt_n值为效价评价标准，样品与对照品的NΔt_n平均值差异，记为样品与标准效价的差异。本例中效价差异为(37.33-34.43)÷37.33＝7.77％，即样品的效价为标准效价的92.23％。

表3头孢曲松钠的热谱图参数差异

对比例1

参考《Requirements for antibiotic products of Japan》(1993年)对头孢曲松钠管碟法测试的规定，以金黄色葡萄球菌ATCC 6538为测试菌株，pH 6.0PBS溶液为药物溶剂，在含1.5％琼脂的III号培养基对目标药物进行效价测定。其他步骤同《中国药典》2015年版抗生素微生物检定法(通则1200)二剂量法。

HPLC法含量测定照《中国药典》2015年版高效液相色谱法(通则0512)要求测定CS的含量。其结果如下表4所示。

采用HPLC法检测罗氏芬的含量测定值比样品MY的测定值高0.87％。为测试罗氏芬和样品MY对金黄色葡萄球菌的抑制作用，采用管碟法检测罗氏芬的效价比样品MY的效价高6.11％(表4)。两种测试方法得到的结果有明显差异。

表4头孢曲松钠管碟法效价测定及HPLC法含量测定结果

a.按无水物计算。

由上述实施例和对比例可知，微量热技术测定的CS间效价的差异结果与采用管碟法测定结果一致。

本发明利用微量热技术对头孢曲松钠的体外抑菌活性进行快速实时测定和分析。微量热技术与传统抗生素效价测定技术的相同之处在于，两者都是通过对细菌生长状态的检测反映抗生素对细菌的抑制效果，因此任何对微生物生长产生影响的步骤同样也会影响微量热的测定。但与传统技术不同，微量热技术除菌种活化和试剂配制需要人工操作外，后续步骤均封闭式全程自动监测和记录，过程控制精确(温控精度优于0.001℃)，探测灵敏度极高(纳瓦级热量)，可自动获取热谱图数据；而传统方法采用培养箱培养(温控精度最高为0.1℃)，开关培养箱温差可超过5℃，易受环境变化影响，抑菌圈识别或浊度测定的分辨精度低，易受主观判断影响。由于微量热技术的检测灵敏度的提高，对操作人员试剂制备和菌液准备方面的要求更为严格，尤其是在称量、稀释和加样环节尽量准确。由于方法最终根据菌落计数的结果的引入了标准化的参数，因此，微量热技术对菌落计数结果的准确性要求高于传统效价测定法。

本发明研究了微量热技术在抗生素体外抑菌效果测定中的应用，该技术具有速度快、灵敏度高、精密度好的特点，可用于实时测定抗生素的体外抑菌活性，在快速测定抗生素效价方面具有较好的应用前景。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、样品的前处理；

(a)精确称取样品和对照品，用磷酸盐缓冲液稀释成预定浓度的储备液；取一定量的储备液加入到培养基中，充分混匀，稀释成预定浓度的抗生素待测液；

(b)将过夜培养的菌种培养物进行菌落计数；

(c)取过夜培养的菌种培养物，加入抗生素待测液中，分别制成含样品和含抗生素对照品的含菌待测液，结合菌落计数结果，计算此时待测液中的菌液浓度；

(d)取过夜培养的菌种培养物，加入培养基中，制备不含抗生素的含菌待测液。

步骤二、进样分析及结果判读；

(1)取步骤(c)和步骤(d)获得的含菌待测液分别密封于玻璃西林瓶中并放置于平衡好的微量热仪内，当基线稳定后开始计时，仪器自动记录各反应器中的热量变化；

(2)记录各含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间，以计算获得热谱图参数值作为效价评价标准。

2.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，所述储备液的浓度为10mg/mL，所述培养基为5mL III号培养基，所述抗生素待测液的浓度范围为0.25mg·mL^-1～0.8mg·mL^-1。

3.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，所述菌种培养物为金黄色葡萄球菌培养物，所述菌落计数方法采用《中国药典》2015年版通则1105所列方法。

4.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，所述菌种培养物的用量为5μL，所述抗生素待测液的用量为5mL，所述菌液浓度的范围为10¹CFU·mL^-1～10⁵CFU·mL^-1之间。

5.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，在所述步骤(d)中，所述菌种培养物的用量为5μL，所述培养基为5mL III号培养基。

6.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述含菌待测液的用量是2mL-4mL。

7.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述热谱图参数值的计算步骤如下：记录不含抗生素的含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间T₀(空白对照)；分别记录样品和含抗生素对照品的含菌待测液在热谱图上出现热量最高峰的时间T_n；将所述抗生素的出峰时间分别减去T₀，得到ΔT_n值，并用分钟表示；将ΔT_n除以取以十为底菌落浓度的对数值N，以得到均一化的NΔt_n；以抗生素对照品的NΔt_n值为效价评价标准，从而评价样品与标准效价的差异。

8.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，所述菌种为金黄色葡萄球菌ATCC 6538，挑取一接种环菌株培养物至10mL脑心浸液培养基中，于36℃±1℃新鲜培养24h±1h，及时使用。

9.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，所述磷酸缓冲盐为pH 6.0磷酸盐缓冲液，所述培养基为III号培养基，均按《中国药典》2015年版四部通则1201制备。

10.根据权利要求1所述的一种分析头孢曲松钠体外抑菌效果的等温微量热方法，其特征在于，用于微量热试验的器具均采用121℃持续15min的方式处理。