《Scientific Reports》：Fourier-based chemometric resolution of the FOLFOX regimen through digital filtering with poly-metric sustainability assessment
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摘要
FOLFOX方案由奥沙利铂（OXA）、5-氟尿嘧啶（5-FU）和亚叶酸钙（LU）组成，是结直肠癌治疗的标准一线方案。鉴于其临床核心地位，开发用于同时测定其组分的快速高通量分析工具至关重要。然而，三种药物之间的严重光谱重叠使直接分光光度分析变得极为复杂。在
摘要
FOLFOX方案由奥沙利铂（OXA）、5-氟尿嘧啶（5-FU）和亚叶酸钙（LU）组成，是结直肠癌治疗的标准一线方案。鉴于其临床核心地位，开发用于同时测定其组分的快速高通量分析工具至关重要。然而，三种药物之间的严重光谱重叠使直接分光光度分析变得极为复杂。在本研究中，研究人员开发并验证了无需初步分离步骤即可同时定量OXA、5-FU和LU的新型分光光度法。虽然直接和一阶导数分光光度分析成功解析了二元组分，但三元混合物的完全分离仅通过整合三角傅里叶函数的混合双除数比值光谱（HDDR）方法实现。该方法依据ICH Q2(R1)指南进行了验证，在治疗浓度范围内表现出高度线性（r > 0.999）、优异的回收率（98.0–102.0%）和高精密度（RSD < 2.0%）。此外，多指标评估工具显示，相对于已报道的色谱方法，本方法获得了更高的评分，包括更高的AES、AGREE、MoGAPI、AGSA、CaFRI、RGB、BAGI和VIGI评分。所开发的HDDR方法为FOLFOX方案的常规质量控制提供了一种环保、快速且经济高效的替代方案。
基于傅里叶化学计量学解析的FOLFOX方案分光光度法研究：多指标可持续性综合评估
一、研究背景与意义
结直肠癌（colon cancer, CC）是全球最重大的健康挑战之一，在常见恶性肿瘤及癌症相关死亡原因中均位居前列。在既定的治疗策略中，FOLFOX方案——由5-氟尿嘧啶（5-FU）、奥沙利铂（OXA）和亚叶酸钙（LU）组成——仍是III期结肠癌治疗的基石方案。该三联方案中，5-FU通过干扰DNA/RNA合成发挥细胞毒作用，LU通过胸苷酸合酶稳定化增强5-FU的细胞毒性，OXA则诱导核糖体生物合成应激和DNA交联。由于各组分作用机制互补，FOLFOX方案在临床应答率、无进展生存期（PFS）和总生存期（OS）方面均展现出显著改善。
从分析化学角度看，FOLFOX组分的同步测定面临严峻挑战，主要源于其紫外吸收光谱的严重重叠。传统零阶分光光度法无法在无需预分离的情况下获得足够选择性。尽管HPLC等色谱技术被视为参考方法，但已报道的FOLFOX方案分析方法单次分析需时20至68分钟，且需要使用有机流动相。这些局限促使研究人员开发能够降低分析复杂度同时保持可接受分析性能的替代策略。
化学计量学辅助分析的最新进展已从资源密集型的色谱方法转向数据驱动的信号解析策略。多元校正方法如主成分回归（PCR）和偏最小二乘法（PLS）虽具有出色的解析能力，但通常需要训练数据集、校准模型构建、模型优化、验证程序及专用化学计量学软件包，且模型性能强烈依赖于校准数据集的质量和代表性。相比之下，傅里叶函数卷积能够在无需模型构建的情况下实现高度重叠信号的数学解析，提高选择性和定量性能。混合双除数比值光谱（HDDR）方法正是将双除数概念与三角傅里叶函数处理相结合，无需校准矩阵、训练数据集或多变量模型构建即可实现重叠光谱的直接数学解析，同时消除色谱分离及相关流动相消耗，简化分析流程并提高样品通量。
本研究首次将HDDR方法应用于基于简单分光光度测量的完整FOLFOX方案（OXA、5-FU和LU）同步测定。该研究通过整合双除数概念的选择性与傅里叶卷积的数学精度，实现三种药物严重重叠光谱的完全解析，同时最大限度减少导数处理常见的噪声放大效应，为药物质量控制提供可持续且实用的替代方案。
二、研究内容与方法概述
研究人员开发并验证了三种分光光度方法用于FOLFOX方案中OXA、5-FU和LU的同步定量。直接分光光度法利用LU在355 nm处具有清晰特征峰的特性实现其直接定量；一阶导数分光光度法基于零交叉技术实现了5-FU（280 nm）和LU（380 nm）的测定，但无法直接测定OXA；HDDR方法则通过八点组合三角傅里叶函数T′ = [cosx + cos(x + 45)]对双除数比值光谱进行卷积处理，分别在224 nm、286 nm和360 nm处实现了OXA、5-FU和LU的完全解析。方法验证严格遵循ICH Q2(R1)指南，涵盖线性、检测限与定量限、准确度、精密度、稳健性和特异性等参数。可持续性评估采用AES、AGREE、MoGAPI、AGSA、CaFRI、RGB、BAGI和VIGI等多种互补指标。
三、主要研究结果
（一）直接分光光度法的建立
零阶吸收光谱显示OXA和5-FU在200–300 nm区间存在复杂光谱重叠，而LU在355 nm处呈现清晰独立峰。在该选择性波长下，OXA和5-FU无吸收干扰，因此可通过测量LU标准溶液在355 nm处的吸光度建立校准曲线，实现LU的准确直接定量。
（二）一阶导数分光光度法的应用
一阶导数光谱（D1）结合零交叉技术实现了5-FU和LU的选择性测定。对于5-FU，三元混合物D1光谱在280 nm处呈现明确峰，该波长恰好为OXA和LU的零交叉点；对于LU，380 nm处存在可测量峰，该波长下OXA和5-FU均达到零交叉。然而，一阶导数法无法实现OXA的直接测定，后续探索的二至四阶导数光谱亦未提供显著改善，因无法找到5-FU和LU同时达到零交叉的波长。通过优化波长间隔（Δλ = 10 nm）和扫描速度，实现了信噪比与峰锐度的最佳平衡。
（三）HDDR方法的优化与突破
针对三元混合物的完全解析，研究人员开发了HDDR方法。该方法的核心在于选择适宜的双除数：测定OXA时以5-FU/LU（25:5 μg/mL）组合光谱为双除数，测定5-FU时以OXA/LU（10:10 μg/mL）为双除数，测定LU时以OXA/5-FU（10:50 μg/mL）为双除数。经过系统优化，采用八点组合三角傅里叶函数、2 nm波长间隔进行卷积处理，分别在224 nm（OXA）、286 nm（5-FU）和360 nm（LU）处获得纯净的分析信号。纯药物卷积比值光谱与三元混合物的完美重合验证了傅里叶卷积作为数字滤波器的有效性，成功消除了基线漂移和背景噪声。
（四）方法学验证结果
依据ICH Q2(R1)指南，所开发方法在治疗浓度范围内展现出优异性能：高度线性（r > 0.999）、可忽略的截距、低LOD和LOQ值、满意的回收率（平均回收率98.0–102.0%，相对误差<2%）以及高精密度（RSD < 2.0%）。稳健性评估显示，在波长设置（±1.0 nm）和双除数浓度（±2%）出现微小有意变化时，回收率范围为99.05%–100.65%，RSD始终低于1.2%。特异性研究涵盖不同浓度比例的合成混合物，包括模拟FOLFOX方案实际治疗剂量比例的混合物（OXA 85–100 mg/m2和LU 400 mg/m2共输注120分钟后给予5-FU 400 mg/m2推注），验证了方法在真实治疗剂量条件下的适用性。
（五）可持续性综合评估
多指标评估显示，所提出的HDDR方法在环境可持续性和操作实用性方面全面优于已报道的HPLC方法。在绿色度评估中，该方法获得的AES评分为96（HPLC为84），AGREE评分为0.83，MoGAPI评分为92%（HPLC为80%），AGSA评分为76，CaFRI评分为91（HPLC为69和75），主要归因于以水为分析介质、消除色谱分离及减少废物产生。在白度评估中，RGB总白度评分达98.5%（HPLC为84.2%和91.3%），其中红度（分析性能）96.3%、绿度（环境友好性）100.0%、蓝度（实用经济性）99.4%。BAGI评估显示样品通量得分为10（深蓝色），显著高于HPLC方法的5和2.5。VIGI创新性评分为65，反映HDDR数学处理与可持续评估框架整合的创新特征。
四、讨论与结论
研究结果表明，基于傅里叶化学计量学的HDDR方法成功解决了FOLFOX方案中三种药物严重光谱重叠的解析难题。与传统的导数光谱技术相比，HDDR方法在保持高选择性的同时有效避免了导数处理固有的信噪比退化问题。与色谱方法相比，该方法消除了物理分离需求，显著简化了分析流程，将样品通量提升至每小时3个样品以上，同时大幅降低了试剂消耗、分析时间和运营成本。
结论部分明确指出，所开发的HDDR方法已依据ICH指南完成验证，在研究的浓度范围内展现出满意的线性、准确度、精密度、特异性和稳健性。对实验制备混合物的分析结果，包括模拟FOLFOX方案治疗剂量比例的混合物，证实了该方法在三种药物共存条件下进行分析的适用性。多指标评估采用AES、AGREE、MoGAPI、AGSA、CaFRI、RGB、BAGI和VIGI获得的有利评分反映了水性溶剂系统的使用、废物产生减少和分析流程简化的综合优势。研究结论表明，HDDR方法适用于FOLFOX方案的常规质量控制分析，并代表了高度重叠三元混合物分析的分光光度替代工具。
