探索藥學信息學的研究范圍

1、探索藥學信息學的研究范圍摘要：為了研究藥學信息學的研究范疇，通過文獻分析方法研究藥學信息學從技術(shù)和服務兩個角度嵌入新藥從篩選到上市的全部過程。結(jié)果表明，藥學信息學的研究范疇為技術(shù)信息學和服務信息學。技術(shù)信息學包括系統(tǒng)生物技術(shù)信息學、基因技術(shù)信息學、免疫技術(shù)信息學、計算毒理技術(shù)信息學、化學反應技術(shù)信息學、代謝組技術(shù)信息學和中藥信息學。服務信息學包括藥療信息學、藥研信息學和藥品信息學。因此，藥學信息學描述了前所未有的數(shù)據(jù)、學科和技術(shù)的交叉。關(guān)鍵詞：藥學信息學，技術(shù)信息學，服務信息學1 藥學信息學的含義藥學信息學是將嚴密精確的數(shù)據(jù)分析方法作為處理海量數(shù)據(jù)的工具，以服務于藥物的研發(fā)，安全性評價及市場的

2、一門學科。藥學信息學借鑒了經(jīng)濟學、統(tǒng)計學、藥物流行病學、健康服務研究等的相關(guān)知識。藥學信息學描述前所未有的數(shù)據(jù)、學科和技術(shù)的交叉。藥學信息學的本質(zhì)已經(jīng)深深地埋人醫(yī)師、藥師及相關(guān)從業(yè)人員通過計算機和互聯(lián)網(wǎng)獲取并處理海量數(shù)據(jù)中。一種藥物從最初的實驗室研究到最終擺放到藥柜銷售平均需要花費12年的時間。進行臨床前試驗的5 000種化合物中只有5種能進入到后續(xù)的臨床試驗，而僅其中的1種化合物可以得到最終的上市批準。新藥從發(fā)現(xiàn)到上市經(jīng)過了圖1所示的過程 。目前國內(nèi)外對于藥學信息學的研究只是局限于從技術(shù)的角度，以計算機技術(shù)進行新藥的分子模擬和虛擬篩選，而對于新藥從發(fā)現(xiàn)到上市各個發(fā)展進程中產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)流和信

3、息流尚無系統(tǒng)的理論研究和實踐探討。2 藥學信息學的研究范疇藥學信息學的研究范疇為技術(shù)信息學和服務信息學。技術(shù)信息學以計算機及其相關(guān)技術(shù)完成了新藥的虛擬篩選。服務信息學以信息學的理論及方法研究著產(chǎn)品研發(fā)、商品化、上市及質(zhì)量控制過程中產(chǎn)生的信息流。21 技術(shù)信息學技術(shù)信息學通過生物信息學、醫(yī)學信息學、毒理學、流行病學和化學信息學的知識和技能。技術(shù)信息學包括系統(tǒng)生物技術(shù)信息學、基因技術(shù)信息學、免疫技術(shù)信息學、計算毒理學技術(shù)信息學、化學反應技術(shù)信息學、代謝組技術(shù)信息學和中藥信息學。211 系統(tǒng)生物技術(shù)信息學：系統(tǒng)生物技術(shù)信息學以生物系統(tǒng)的綜合研究作為一個單位，同時利用信息技術(shù)研究和詮釋生物系統(tǒng)的功能。

4、生物系統(tǒng)可以以任意水平成立鈥斺?亞細胞、細胞器、細胞、器官、組織或有機體。這一研究需要對生物分析和計算生物學工具無縫整合。生物系統(tǒng)技術(shù)信息學的主要任務是超越轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)之間的相互作用。生物系統(tǒng)技術(shù)信息學改革了新藥研發(fā)的過程，同時增加了研發(fā)藥用替代品的成功率。212 基因技術(shù)信息學：基因技術(shù)信息學是與生物信息學密切相關(guān)的，他以各種方法和算法從快速增長的生物序列海量數(shù)據(jù)庫中分析和提取生物相關(guān)信息。這個過程產(chǎn)生了一種新的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)導致了新的基因序列的產(chǎn)生?；蚣夹g(shù)信息學有助于在新藥發(fā)現(xiàn)過程中大量的靶向選擇最優(yōu)化、基因表述的簡化、在細胞核基因水平上解釋變異的發(fā)生等等?；蚣夹g(shù)信息學的主要成果是開發(fā)

5、和應用一種詮釋標準，如本體，它提供了領域知識的概念，便于研究人員和計算機之間的交流。213 免疫技術(shù)信息學：免疫系統(tǒng)將抗原作為宿主有機體產(chǎn)生合適的反應，抗原包括病毒、細菌、寄生蟲、真菌、腫瘤和移植體。免疫技術(shù)信息學是通過信息技術(shù)研究免疫過程，通過將免疫成分建模詮釋免疫功能。免疫技術(shù)信息學直接影響著新藥研發(fā)的下述領域：鑒定與免疫學疾病相關(guān)的新基因、解釋藥用抗原表達途徑與人類疾病之間的關(guān)系、預計藥物分子的過敏反應、個性化醫(yī)藥和藥用疫苗研發(fā)。214 計算毒理技術(shù)信息學：計算毒理技術(shù)信息學的任務是應用信息技術(shù)和計算機科學預測藥物分子的毒性，它需要能預測毒性的計算方法。計算毒理技術(shù)信息學的研究為構(gòu)效關(guān)系

6、建模(Structure Activity Relationship SAR)及其規(guī)則。典型的毒性預測系統(tǒng)有TOPKAT、MUI TICASE、COMPACT 等等。軟件DEREK、HazardExpert、OncoLogic等等是計算毒理技術(shù)信息系統(tǒng)的規(guī)則。計算機輔助毒性預測(Toxicity Prediction byKomputer Assisted Technology，TOPKAT)用定量結(jié)構(gòu)一毒性關(guān)系(uses Quantitative Structure Toxicity Relationship，QSTR)通過來自于3 000個分子片段的像電性質(zhì)(電荷、電密度、剩余電負性和有效

7、極性)這樣的電子拓撲參數(shù)、鍵合參數(shù)、形狀參數(shù)(Kappa形狀指數(shù))和結(jié)構(gòu)參數(shù)表述了所建立的模型?；诂F(xiàn)有知識的風險預測系統(tǒng)是一種知識系統(tǒng)(Deductive Estimation ofRisk from Existing Knowledge，DEREK)，他預測了致突變性、致癌性、耐受性、刺激性、過敏性、免疫毒性和神經(jīng)毒性。它有一個含有基于QSAR領域文獻報道的毒性載體組成的知識庫。0NC0LOGIC就是一個基于知識的專家系統(tǒng)，它用于預測化學致癌性。215 化學反應技術(shù)信息學：除了化學信息學處理分子的信息外，化學反應信息學在藥學信息學中也起了一個舉足輕重的作用?；瘜W反應信息學便于藥物化學家探討

8、藥物合成反應路線，快速設計和記錄全部試驗。目前15億 2億個反應廣泛的被收集于各種各樣的化學反應數(shù)據(jù)庫(CASReact、ChemReact、CrossFire Plus等)中。化學反應信息學數(shù)據(jù)庫含有下述信息：反應物和產(chǎn)物、原子譜、與反應中心相關(guān)的信息、使用的催化劑、反應環(huán)境、使用的溶劑、產(chǎn)率、光學純度及參考文獻?；瘜W反應信息學將有助于藥物化學家獲取反應信息、從化學反應中創(chuàng)造新知識、預測化學反應的過程和結(jié)果和設計合成路線?；瘜W反應信息學的分析工具可以完成如下任務：存儲和檢索化學反應信息、比較和分析反應集合、定義反應類型的范圍和限制、建立化學反應性模型、預測化學反應過程、分析反應網(wǎng)絡、開發(fā)藥物

9、合成設計方法。216 代謝組技術(shù)信息學：代謝組學是一個類似于基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學等等的多組學新興學科。該領域的成長與信息技術(shù)密切相關(guān)。藥物發(fā)現(xiàn)代謝組技術(shù)信息學對靶向識別、作用機制和藥物毒性途徑作出了貢獻。信息技術(shù)進行著代謝物靶向分析、代謝物描述、代謝物指紋建立等等。藥物發(fā)現(xiàn)代謝組技術(shù)信息學包括藥物代謝信息學和代謝途徑信息學。代謝數(shù)據(jù)庫常常包括與氨基酸、維生素、抗氧化劑等等相關(guān)的生物流體、細胞和特異性組織的信息。目前還沒有完全的代謝組數(shù)據(jù)庫，但是，不同的機構(gòu)正在以此為目標而努力。217 中藥信息學：中藥信息學是以計算機為主要工具，首先對蘊藏著大量中藥學、化學、藥理學和生物醫(yī)學信息的文獻

10、資料進行分析、歸類和整編。這包括將中藥的原植物、化學成分、藥理作用和傳統(tǒng)中醫(yī)藥經(jīng)驗理論中的藥材性味、方劑配伍、適應證和藥效等信息進行數(shù)字化處理，再整合大量隨機的生物實驗和色譜、光譜數(shù)據(jù)，然后根據(jù)研究課題的需要采用適當?shù)臄?shù)據(jù)挖掘方法分析這些數(shù)據(jù)，從而迅速提取隱含的有價值信息并挖掘出有邏輯性和規(guī)律性的知識。這是新的歷史條件下中藥信息學(Traditional Chinese Medicine informatics，TCM informatics)的主要研究內(nèi)容，也是現(xiàn)代中醫(yī)藥研究的重要組成部分 。涉及到中藥化學及藥效物質(zhì)基礎研究、中藥質(zhì)量控制研究、中藥藥效檢驗與評價研究領域和現(xiàn)代中藥優(yōu)化設計與研

11、發(fā)研究。22 服務信息學圖2顯示了從新藥產(chǎn)品立項到最終患者使用流程中各環(huán)節(jié)間的信息流 ，服務信息學的研究對象就是這樣的信息流。所以服務信息學 包括藥療信息學、藥研信息學和藥品信息學。221 藥療信息學：藥療信息學是應用計算機技術(shù)存儲、檢索和分析藥品及處方信息。藥療信息工作者通過藥學信息管理系統(tǒng)開展工作，幫助藥劑師做出關(guān)于患者用藥方面的決策，主要處理醫(yī)療保險記錄，藥物不良反應和處方及患者信息。藥療信息學作為藥學信息學的分支學科，它的定義眾多。the H ealth Information M anagement Systems Society(HIMSS)的定義是目前比較通用的一種定義：藥療信息

12、學是通過咨詢、存儲、分析、利用和傳送最佳的患者服務結(jié)果，處理醫(yī)藥品相關(guān)的健康服務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和知識的學科。越來越多的藥療信息學的應用顯示了一個合作共享的趨勢：同一部門中的不同系統(tǒng)可以共享信息資源；不同部門，不同機構(gòu)之間可以共享信息資源。在藥療信息學的環(huán)境下，過程被整合；人員效率被提高；成本被降低；信息被準確無誤的傳達到需求的人手中；藥學服務被改善。藥療信息學的飛速發(fā)展使得藥學從業(yè)人員從傳統(tǒng)的工作狀態(tài)中解放出來，使其最有價值人力資源財富及技術(shù)資源財富最大程度地用于健康服務中。藥療信息學的未來目標將是人工智能和電子藥學顧問。222 藥研信息學：一個藥品生產(chǎn)中的任務環(huán)節(jié)眾多。在理想的狀態(tài)下，每一階段

13、的操作都是相對獨立的。并且產(chǎn)生了預期信息。這些信息在合適的時間傳至下一個階段。但是實際上，由于在每一個階段會產(chǎn)生較多的信息使得大量的步驟會重新開始。在此過程中的不同階段的信息流是海量的，同時對下一步的技術(shù)及商業(yè)數(shù)據(jù)將產(chǎn)生高度的不確定性。此外，用于支撐生產(chǎn)的技術(shù)說明書和信息基礎的面廣量大，因而必須實施有規(guī)律的監(jiān)控。目前，現(xiàn)代制藥工業(yè)還有許多信息孤島存在，這些孤島與外界沒有全面的交流，從而使得從業(yè)人員在計算機輔助的查詢、管理、分析和詮釋復雜產(chǎn)品和產(chǎn)生的信息方面受到限制。因此導致了無效性、不確定性、成本花費、時間拖延及其在產(chǎn)品研發(fā)過程中的所有質(zhì)量控制缺陷均發(fā)生。為了能夠有效地面對這一挑戰(zhàn)，一個基于網(wǎng)

14、絡的信息構(gòu)建用于支撐全部生產(chǎn)過程的關(guān)鍵決策，包括產(chǎn)品文件選擇、生產(chǎn)分配、過程控制和質(zhì)量控制、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)安全性分析和供應鏈管理。全過程中的數(shù)據(jù)信息知識流被建模。我們將此構(gòu)建稱之為藥研信息學9。藥研信息學包括制藥工業(yè)過程信息學和藥物質(zhì)量控制及藥物檢驗信息學。信息和控制在自動化的工業(yè)過程是密不可分的。因此，制藥工業(yè)過程的信息采集及處理至關(guān)重要。從信息管理的角度看，人員、設備、物料、反應條件等信息的有效管理，關(guān)系到藥物制造質(zhì)量及效率。有關(guān)制藥工業(yè)過程信息學正在成為藥研信息學最為活躍的領域之一。同時，藥物質(zhì)量控制和藥物商品檢驗正在成為一個獨立的藥研信息領域，此領域涉及進入醫(yī)院藥房和商業(yè)藥店藥品的質(zhì)量

15、控制，藥品的所有物理學及化學、藥劑學、藥理學及毒理學參數(shù)要符合藥典的要求。分析方法要符合有關(guān)國家標準。藥物質(zhì)量控制和藥物商品檢驗是獨立于藥物制造和商業(yè)經(jīng)營機構(gòu)的機構(gòu)，需要政府及專業(yè)學會機構(gòu)的授權(quán)認證才可以行使其職能。223 藥品信息學：藥品信息學主要是研究保證公民用藥安全、有效、經(jīng)濟、合理、方便、及時、不斷提高國民的健康水平，不斷提高藥事組織的經(jīng)濟、社會效益水平的相關(guān)信息的整序、處理及利用。藥品信息學主要研究藥品商業(yè)信息、藥房及藥店管理信息、藥品產(chǎn)業(yè)投資信息、政府藥品管理信息。(1)藥品商業(yè)信息：物流及藥物市場需求，醫(yī)院及藥店藥品庫存狀況信息無論對患者治療還是對制藥企業(yè)都非常重要，因此，制藥企

16、業(yè)、藥物銷售和醫(yī)院藥房及藥店一體化的實時商業(yè)信息系統(tǒng)會及時反映藥物需求，并據(jù)此作出企業(yè)及市場策略。一體化的信息系統(tǒng)還可以及時全面廢黜和終止已確認停止使用和制造的藥物，同時有助于節(jié)約資源。另外一個商業(yè)信息領域是藥物的電子商務，包括客戶關(guān)系管理、實時支付系統(tǒng)。(2)藥房及藥店管理信息：藥房及藥店管理正在走向信息化，RFID一射頻識別標簽技術(shù)可以及時反映藥品庫存信息，自動售藥系統(tǒng)可以識別醫(yī)師處方以及藥師所開的非處方藥，甚至可以自動審查醫(yī)師處方中是否存在用藥安全問題。(3)藥品產(chǎn)業(yè)投資信息：制藥業(yè)的投資及資金在實驗研究、藥物制造及商業(yè)流通中的分布無論對于政府宏觀調(diào)控、確定科技產(chǎn)業(yè)政策，還是金融界決定投資方向都很重要，同時參考市場需求信息，制藥行業(yè)將處于平衡發(fā)展的局面。(4)政府藥品管理信息：由于藥物研究、安全用藥問題、藥物質(zhì)量控制和價格監(jiān)督問題關(guān)乎人民健康及生命安全，政府對于藥物行業(yè)的嚴格控制非常重要，政府的信息獲得、根據(jù)法規(guī)的控制以及政策發(fā)布是通過政府的信息系統(tǒng)獲得的，政府信息采集的方法學研究正在受到關(guān)注，有統(tǒng)計學問題，有技術(shù)問題，還有獲得和發(fā)布信息的法律、社會學和倫理學問題。藥學信息學是一門年輕的學科，還有一些方面需要進一步研究。首先，需要構(gòu)建處理海量數(shù)據(jù)的標準化整合平臺，平臺上的軟件以統(tǒng)一的接口整合前體化合物