中草藥和材料科學碰撞出火花：中藥納米材料制備方法需要更普適

中草藥在我國有著幾千年的悠久歷史，其獨特藥效在世界醫學界占有重要地位。但由復雜化學成分組成的傳統中草藥及其提取物的藥理數據和藥物靶點不明確，其治療效率和生物安全性仍有待進一步提高，這些都嚴重制約中草藥的廣泛使用和發展。

近日，天津大學材料科學與工程學院吳水林教授團隊首次提出了中藥材料學的概念，通過材料學方法將中草藥處理成一種納米級生物功能材料，在根除病毒和細菌病原體的同時，不會導致過度炎癥引起的組織損傷，以達到治療病毒細菌混合肺炎的目的。該項研究的最新成果在線發表在國際期刊《物質》上。

中草藥和材料科學碰撞出火花

材料在不同尺度上能展示出不同的物質特性，特別是在納米尺度上。在過去的二十多年，納米技術飛速發展。納米技術是指在納米尺度上認識物質的特性和相互作用，并進行工業化應用的技術體系。它使人們對物質的認識和改造延伸到分子和原子水平上。隨著納米技術的科學價值逐漸被認識以及納米材料的制造技術不斷完善，納米技術作為一門高新技術在中草藥領域中的研究得到越來越多的關注。

那么傳統中草藥和材料科學與技術結合會碰撞出怎樣的火花?近日，吳水林教授團隊首次提出的中藥材料學就是利用材料學方法，特別是在納米尺度上，將中草藥處理成一種納米級生物功能材料，以增強和改善傳統中藥在各項疾病中的治療效果。

“我們主要選取不同種類中國茶為中藥原料，采用了納米技術啟發的策略，將其制備合成粒徑約3納米左右的天然茶納米點。”吳水林解釋，“具體而言，我們采用溶劑熱方法，在特定溫度(80攝氏度)，壓力(1.6標準大氣壓)條件下，將破碎后的茶葉經過一段時間(6小時)反應，八種兒茶素分子通過氫鍵、π-π作用力、范德華力相互作用，組裝形成粒徑約3納米的納米團簇。隨后，通過高速離心和透析等純化操作，得到高純度的茶納米點。”

除了上述方法，目前還會通過納米造粒、納米載藥等制備路徑獲得中藥納米材料。據介紹，納米造粒主要基于物理方法，對中草藥有效部位進行造粒，顆粒達到納米水平。納米造粒的普遍方法有噴霧干燥法和高能球磨法。噴霧法通過噴霧使藥物提取液形成霧滴，快速干燥后得到固體的納米藥物微粒。使用這種納米造粒技術，不需要粉碎，可直接得到小粒徑的藥物微粒;高能球磨法又稱機械化學法，是一種制備超細材料的重要途徑。它靠磨機的轉動或振動使介質對藥物進行強烈物理撞擊、研磨和攪拌，把藥物粉碎成納米級粒子。

納米載藥則是利用了物質在納米尺度時的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸和協同效應等因素，產生的一系列的理化性質，應用于中草藥的負載和傳輸，即形成的一種新的載藥體系。納米載藥具有高的載藥量和包封率、可控的粒徑分布、較長的體內循環時間等優勢。目前，通常采用聚合納米粒和脂質納米粒作為載體，將中草藥溶解、包埋或吸附于納米粒表面。

中藥納米材料藥理數據和靶點更明確

“在此項工作中，將中藥做成的納米材料與傳統中藥相比，具有更明確的藥物成分(八種兒茶素分子構成的納米點)，更好的治療效果(更高的抗菌和抗病毒活性)，更準確的藥物靶點(細菌的氨基酸代謝抑制和病毒神經氨酸酶的活性位點抑制)。”吳水林表示，傳統中草藥及其提取物在臨床實踐中的局限性，凸顯了研究其化學信息學和生物信息學的內在困難。

吳水林教授團隊通過制備茶納米點，發現其具有很好的抗菌和抗病毒表型之后，深入的抗菌和抗病毒機制被發掘。

首先，團隊探討了茶納米點針對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的抗菌機制。茶納米點會隨著時間的推移慢慢地大量聚集在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌表面，通過影響該菌的氨基酸代謝并破壞其菌膜結構進而達到殺滅細菌的目的。

團隊同時研究了茶納米點針對H1N1流感病毒的抗病毒機制。吳水林教授介紹，茶納米點能與H1N1流感病毒的神經氨酸酶活性位點形成密集的氫鍵網絡，此氫鍵網絡能夠有效抑制H1N1病毒的活性，從而起到殺滅細菌的作用。

團隊還通過藥物配伍篩選發現茶納米點和與其分子結構相近的中藥成分木犀草素混合后具有很好的協同抗病毒和抗菌效果。由于茶納米點和木犀草素二者本身都具有很好的抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒功效，在小鼠的病毒細菌混合(H1N1病毒和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌)肺炎模型中，通過采用將茶納米點與木犀草素結合后霧化吸入治療，實驗小白鼠死亡率大大降低，比臨床報道的療法表現出更大的優勢。

“此次提出的中藥材料學策略在一定程度上克服了傳統中藥存在的問題，通過更明確的藥物組成，獲得更高純度的藥物活性成分，從而實現更好的治療效果，在研究其治療機制方面，藥物作用靶點也會更準確。”吳水林表示，在應用方面，中藥材料學策略得到的納米中藥由于具有高效的抗菌、抗病毒、抗炎活性，除了本研究涉及的致死性細菌-病毒混合性肺炎治療外，在其他細菌和病毒性感染疾病的治療上也有很多潛在應用待挖掘。

中藥納米材料制備方法需要更普適

雖然中藥納米材料具有許多傳統中草藥不具備的優勢，但篩選生物安全的中醫藥用于抗病毒和抗菌作用是擴大這種策略可能性的關鍵方法。然而，中草藥及其提取物在臨床實踐中的有限成功，也凸顯了研究巨大的內在困難。

“中草藥及其提取物的化學成分非常復雜，很難明確中草藥及其提取物的藥理數據和藥物靶點。”吳水林表示，此外，它們的治療效率和生物安全性仍有待進一步提高。因此，研發具有更明確的藥物成分，更好的治療效果和更準確的藥物靶點的中藥材料學策略具有重要應用價值。

中藥材料學研發最主要的難點在于制備方法的開發，如何通過現有納米技術實現中藥材中有效成分的納米級別可控合成，包括納米尺寸、納米形貌。而要實現中藥納米材料的產業化還需要對制備方法提出更高要求，包括制備方法的工業化大規模生產問題、合成中藥納米材料的純度和產量問題、中藥納米材料的臨床人體實驗安全性和療效問題等。

“未來，中藥材料學發展還需要進一步在中藥納米材料的制備方法上進行原創性探索。”吳水林表示，開發出具有一定普適性的技術，規范制備工藝和制定質量標準，為不同種類的中醫藥納米材料提供合成指導。同時，需要全面深入地研究在納米尺度下中草藥的藥效學、藥理學和毒理學等問題，在生物安全性和治療效果評估上，圍繞臨床應用開展人體實驗評估。(科技日報記者 陳曦)

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