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(yī)學界占有重要地位。但傳統(tǒng)中草藥化學成分復雜，其提取物的藥理數(shù)據(jù)和藥物靶點不明確，治療效率和生物安全性有待進一步提高，這些都制約了中草藥的廣泛使用和發(fā)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，這種材料通過特定機制根除病毒和細菌病原體，達到治療病毒細菌混合肺炎的目的。該項研究成果在線發(fā)表于國際期刊《物質(zhì)》上。

中草藥和材料科學碰撞出火花

材料在不同尺度上能展現(xiàn)出不同的物質(zhì)特性。納米技術能使人們對物質(zhì)的認識和改造延伸至分子和原子水平。

過去的20多年，納米技術飛速發(fā)展。隨著納米技術的科學價值逐漸被認識以及納米材料制造技術的不斷完善，納米技術在中草藥領域中的研究也受到越來越多的關注。

吳水林團隊提出的中藥材料學就是利用材料學方法，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(tǒng)中藥在各項疾病中的治療效果。

“這次研究選取了不同種類的中國茶作為中藥原料，將其制備合成為粒徑約3納米的天然茶納米點。”吳水林解釋說，“我們采用溶劑熱方法，在80攝氏度的特定溫度和1.6個標準大氣壓的條件下，經(jīng)過6小時反應，讓破碎后的茶葉中的8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，目前還可通過納米造粒、納米載藥等制備路徑獲得中藥納米材料。

納米造粒主要基于物理方法，對中草藥有效部位進行造粒，讓顆粒達到納米水平。納米造粒的普遍方法有噴霧干燥法和高能球磨法。噴霧干燥法使藥物提取液形成霧滴，將其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方法。它靠磨機的轉動或振動使介質(zhì)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。

納米載藥則是將物質(zhì)在納米尺度時產(chǎn)生的一系列的理化性質(zhì)，如小尺寸效應、表面效應、量子尺寸和協(xié)同效應等，應用于中草藥的負載和傳輸，形成的一種新的載藥體系。納米載藥具有較高的載藥量和包封率、可控的粒徑分布、較長的體內(nèi)循環(huán)時間等優(yōu)勢。目前，研究人員通常采用聚合納米粒和脂質(zhì)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(shù)據(jù)和靶點更明確

“在此項工作中，中藥納米材料與傳統(tǒng)中藥相比，具有更明確的藥物成分，更高的抗菌和抗病毒活性，更準確的藥物靶點和更好的治療效果。”吳水林表示。

吳水林團隊通過制備茶納米點，發(fā)現(xiàn)其具有很好的抗菌和抗病毒效果之后，又深入地發(fā)掘了其抗菌和抗病毒機制。

首先，研究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，達到殺滅細菌的目的。

同時，該團隊還研究了茶納米點針對H1N1流感病毒的抗病毒機制。吳水林介紹，茶納米點能與H1N1流感病毒的神經(jīng)氨酸酶活性位點形成密集的氫鍵網(wǎng)絡，此氫鍵網(wǎng)絡能夠有效抑制H1N1病毒的活性，從而起到殺滅病毒的作用。

此外，該研究團隊還通過藥物配伍篩選發(fā)現(xiàn)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(xié)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，采用茶納米點與木犀草素結合后霧化吸入治療，實驗小鼠死亡率大大降低，比臨床報道的療法表現(xiàn)出更大的優(yōu)勢。

“此次提出的中藥材料學策略在一定程度上克服了傳統(tǒng)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(xiàn)了更好的治療效果，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，由于中藥納米材料具有高效的抗菌、抗病毒、抗炎活性，除了該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，例如細菌性傷口感染、細菌性敗血癥、流感病毒型感冒、乙肝、皰疹等。

中藥材料學發(fā)展還需進行原創(chuàng)性探索

吳水林表示，由于中草藥及其提取物的化學成分非常復雜，因此很難明確其藥理數(shù)據(jù)和藥物靶點。此外，其治療效率和生物安全性也有待進一步提高。因此，研發(fā)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納米材料具有重要意義。

中藥納米材料研發(fā)最主要的難點在于制備方法的開發(fā)，即如何通過現(xiàn)有納米技術實現(xiàn)中藥材中有效成分的納米級別可控合成。而要實現(xiàn)中藥納米材料的產(chǎn)業(yè)化，制備方法也面臨著更多挑戰(zhàn)，包括制備方法的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)問題、合成中藥納米材料的純度和產(chǎn)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(fā)展還需要進一步在中藥納米材料的制備方法上進行原創(chuàng)性探索。”吳水林表示，開發(fā)出具有一定普適性的技術，規(guī)范制備工藝、制定質(zhì)量標準，為不同種類中草藥的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。（記者 陳曦）