中草药和材料科学碰撞出火花：中药纳米材料制备方法需要更普适

中草药在我国有着几千年的悠久历史，其独特药效在世界医学界占有重要地位。但由复杂化学成分组成的传统中草药及其提取物的药理数据和药物靶点不明确，其治疗效率和生物安全性仍有待进一步提高，这些都严重制约中草药的广泛使用和发展。

近日，天津大学材料科学与工程学院吴水林教授团队首次提出了中药材料学的概念，通过材料学方法将中草药处理成一种纳米级生物功能材料，在根除病毒和细菌病原体的同时，不会导致过度炎症引起的组织损伤，以达到治疗病毒细菌混合肺炎的目的。该项研究的最新成果在线发表在国际期刊《物质》上。

中草药和材料科学碰撞出火花

材料在不同尺度上能展示出不同的物质特性，特别是在纳米尺度上。在过去的二十多年，纳米技术飞速发展。纳米技术是指在纳米尺度上认识物质的特性和相互作用，并进行工业化应用的技术体系。它使人们对物质的认识和改造延伸到分子和原子水平上。随着纳米技术的科学价值逐渐被认识以及纳米材料的制造技术不断完善，纳米技术作为一门高新技术在中草药领域中的研究得到越来越多的关注。

那么传统中草药和材料科学与技术结合会碰撞出怎样的火花?近日，吴水林教授团队首次提出的中药材料学就是利用材料学方法，特别是在纳米尺度上，将中草药处理成一种纳米级生物功能材料，以增强和改善传统中药在各项疾病中的治疗效果。

“我们主要选取不同种类中国茶为中药原料，采用了纳米技术启发的策略，将其制备合成粒径约3纳米左右的天然茶纳米点。”吴水林解释，“具体而言，我们采用溶剂热方法，在特定温度(80摄氏度)，压力(1.6标准大气压)条件下，将破碎后的茶叶经过一段时间(6小时)反应，八种儿茶素分子通过氢键、π-π作用力、范德华力相互作用，组装形成粒径约3纳米的纳米团簇。随后，通过高速离心和透析等纯化操作，得到高纯度的茶纳米点。”

除了上述方法，目前还会通过纳米造粒、纳米载药等制备路径获得中药纳米材料。据介绍，纳米造粒主要基于物理方法，对中草药有效部位进行造粒，颗粒达到纳米水平。纳米造粒的普遍方法有喷雾干燥法和高能球磨法。喷雾法通过喷雾使药物提取液形成雾滴，快速干燥后得到固体的纳米药物微粒。使用这种纳米造粒技术，不需要粉碎，可直接得到小粒径的药物微粒;高能球磨法又称机械化学法，是一种制备超细材料的重要途径。它靠磨机的转动或振动使介质对药物进行强烈物理撞击、研磨和搅拌，把药物粉碎成纳米级粒子。

纳米载药则是利用了物质在纳米尺度时的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸和协同效应等因素，产生的一系列的理化性质，应用于中草药的负载和传输，即形成的一种新的载药体系。纳米载药具有高的载药量和包封率、可控的粒径分布、较长的体内循环时间等优势。目前，通常采用聚合纳米粒和脂质纳米粒作为载体，将中草药溶解、包埋或吸附于纳米粒表面。

中药纳米材料药理数据和靶点更明确

“在此项工作中，将中药做成的纳米材料与传统中药相比，具有更明确的药物成分(八种儿茶素分子构成的纳米点)，更好的治疗效果(更高的抗菌和抗病毒活性)，更准确的药物靶点(细菌的氨基酸代谢抑制和病毒神经氨酸酶的活性位点抑制)。”吴水林表示，传统中草药及其提取物在临床实践中的局限性，凸显了研究其化学信息学和生物信息学的内在困难。

吴水林教授团队通过制备茶纳米点，发现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机制被发掘。

首先，团队探讨了茶纳米点针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌机制。茶纳米点会随着时间的推移慢慢地大量聚集在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌表面，通过影响该菌的氨基酸代谢并破坏其菌膜结构进而达到杀灭细菌的目的。

团队同时研究了茶纳米点针对H1N1流感病毒的抗病毒机制。吴水林教授介绍，茶纳米点能与H1N1流感病毒的神经氨酸酶活性位点形成密集的氢键网络，此氢键网络能够有效抑制H1N1病毒的活性，从而起到杀灭细菌的作用。

团队还通过药物配伍筛选发现茶纳米点和与其分子结构相近的中药成分木犀草素混合后具有很好的协同抗病毒和抗菌效果。由于茶纳米点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，在小鼠的病毒细菌混合(H1N1病毒和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌)肺炎模型中，通过采用将茶纳米点与木犀草素结合后雾化吸入治疗，实验小白鼠死亡率大大降低，比临床报道的疗法表现出更大的优势。

“此次提出的中药材料学策略在一定程度上克服了传统中药存在的问题，通过更明确的药物组成，获得更高纯度的药物活性成分，从而实现更好的治疗效果，在研究其治疗机制方面，药物作用靶点也会更准确。”吴水林表示，在应用方面，中药材料学策略得到的纳米中药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细菌-病毒混合性肺炎治疗外，在其他细菌和病毒性感染疾病的治疗上也有很多潜在应用待挖掘。

中药纳米材料制备方法需要更普适

虽然中药纳米材料具有许多传统中草药不具备的优势，但筛选生物安全的中医药用于抗病毒和抗菌作用是扩大这种策略可能性的关键方法。然而，中草药及其提取物在临床实践中的有限成功，也凸显了研究巨大的内在困难。

“中草药及其提取物的化学成分非常复杂，很难明确中草药及其提取物的药理数据和药物靶点。”吴水林表示，此外，它们的治疗效率和生物安全性仍有待进一步提高。因此，研发具有更明确的药物成分，更好的治疗效果和更准确的药物靶点的中药材料学策略具有重要应用价值。

中药材料学研发最主要的难点在于制备方法的开发，如何通过现有纳米技术实现中药材中有效成分的纳米级别可控合成，包括纳米尺寸、纳米形貌。而要实现中药纳米材料的产业化还需要对制备方法提出更高要求，包括制备方法的工业化大规模生产问题、合成中药纳米材料的纯度和产量问题、中药纳米材料的临床人体实验安全性和疗效问题等。

“未来，中药材料学发展还需要进一步在中药纳米材料的制备方法上进行原创性探索。”吴水林表示，开发出具有一定普适性的技术，规范制备工艺和制定质量标准，为不同种类的中医药纳米材料提供合成指导。同时，需要全面深入地研究在纳米尺度下中草药的药效学、药理学和毒理学等问题，在生物安全性和治疗效果评估上，围绕临床应用开展人体实验评估。(科技日报记者 陈曦)

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