纳米技术在中药现代化发展中的应用前景

纳米技术在中药现代化发展中的应用前景 近年来，由于人类对医疗保健要求的提高、化学药物的不良反应以及药源性疾病等原因，人们对药物的选择逐渐向“天然”靠拢，天然物质制成的药品倍受青睐。特别是对于老龄化社会来说，药效温和、不良反应小、重视整体调节人体机能的中药对慢性病、多脏器疾病的老年患者是最理想的药物。这些都为中药的发展提供了良好的契机，虽然通过几千年的实践中药已形成自己独特而完整的药理体系，但由于中药传统给药途径与剂型比较落后，起效缓慢，难以标准化和规范化，特别是成分复杂，其成分分析与含量测定、药理学机制及稳定性研究有困难，还没有制定统一可行的质量标准，难以被国际市场所接受，限制了中药的发展。 据统计，国际植物药的年市场销售额已达300亿美元，且以每年10％～20％的速度递增，但中国的中药仅占其中的小部分，而美国、日本、韩国等却占了大部分，且日本70％的原料从我国进口。我国出口份额占这么少，就是由于我国输出的大多是廉价的中草药原料；日本占的份额大，正是由于他们凭借高度发达的科学技术，按照国际规范化要求制成附加值高的中成药。严酷的现实表明，周边国家在进步，世界在进步，如果我国再不重视中药制药工程的建设和中药剂型的改革，我国的中药将在全球医药领域失去一席之地。因此，中药的现代化势在必行。 2002年11月，国务院正式批转的我国第一部中药现代化发展的纲领性文件《中药现代化发展纲要》，正是为使我国中药继承发扬传统和特色，借鉴国际标准和规范，充分利用现代科学技术手段，实现中药现代化而制定的。在现代科技中，新崛起的纳米科技在生物医药领域已有很多应用和成果，将其引入到中药领域，对于推进中药现代化进程必将起到重要作用。 一、关于纳米科技 纳米(nm)是一个长度单位，1 nm=10～9 m。在宏观领域和微观领域之间，有一块近年来才引起人们极大关注和有待开发的“处女地”，纳米体系(通常界定为1～100 nm的范围)就在其中。这一体系既不完全适合于描述宏观领域的牛顿经典力学规律，又不完全适合于描述微观领域的量子力学规律，它表现出了许多独特的性能，需要用全新的理论、方法和表征手段在纳米尺寸范围内认识和改造自然，这就是诞生于20世纪80年代末期并正在崛起的纳米科技。 纳米科技主要包括：纳米物理、纳米化学、纳米材料、纳米生物、纳米电子等分支学科，它们之间既相互独立，又相互联系。目前，各个分支领域都取得了令人瞩目的成果，纳米科技正处于重大突破的前期。 纳米材料科学和技术是纳米科技领域最富有活力，研究内涵十分丰富的学科分支，是多种学科的交叉汇合点，是在纳米尺度上对材料结构进行表征和操作，通过直接操作和安排原子和分子，从而创造新物质，制造具有优异性能的新产品。常规材料基本颗粒的直径小到几微米大到几毫米，包含十几亿个原子，纳米材料中的基本颗粒(称为纳米粒子，有人称它为超微粒子，也有人把超微粒范围划为1～1000nm)的直径不到100nm，包含的原子不到几万个。一个3nm的原子团包含大约900个原子。量变导致质变，当材料尺度减小到纳米量级，会出现一些新奇的效应。如随着纳米粒子半径的减小，出现尺寸效应(即光吸收显著增加、熔点下降、塑性和韧性增加、磁性发生明显变化等)、表面效应(即粒子表面的原子数占总原子数的比例迅速增大)以及宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应、介电限域效应等，正是由于这些效应，使纳米材料与常规材料相比表现出许多新的特性。 二、应用于中药的纳米技术 由于物质进入到纳米尺度表现出的诸多新特性，因此在广泛的领域里，纳米技术受到了高度重视和应用。中药领域也不例外，中药现代化的核心是中药的“安全、有效、可控、稳定”，中药指标必须定量化，生产工艺和质量控制必须标准化。 因此，把纳米技术引入到中药制药领域，研究开发新的制药技术和剂型的改革等方面，必将会大大推动中药现代化的进程。 1. 应用于矿物药和难溶性药物等的中药饮片的纳米粉碎技术 利用纳米粉碎技术使中药矿物药和难溶性药物等的饮片加工成中药纳米粉，这些粉体中的颗粒直径减小到纳米量级，由于纳米微粒的许多效应如表面效应小尺寸效应等，使得加工后的纳米中药表现出许多极有价值的性能。 1.1 有效性、安全性 矿物药和难溶性药物的溶解和生物利用率与药物颗粒的比表面积正相关，粒径的减少，使药物颗粒的比表面积迅速增大(增大的幅度与普通药粉微粒相比可提高成千上万倍，甚至几十万上百万倍)。药物的活性和生物利用率大幅提高即大大提高了溶解性和疗效，从而减少用药量，节约中药资源。由于服药量大幅减少，也可大大减少某些药物重金属含量对人体造成的毒副作用。 1.2 可控性  利用纳米粉碎技术制成纳米中药的过程中，温度可控，加热或不加热取决于被加工药物本身，且不提取，可以尽可能保留有效成分，又由于药物疗效与药物纳米粒径有关，控制被加工药物粒径的大小，可延长药物在人体内作用的时间，增加疗效。 1.3 经济、方便，便于剂型改革 由于药物粒径减至纳米量级，增加了药物对生物膜的透过性，有利于药物的透皮吸收，如果有针对性地做成膏药，将使中药外治法发生重大变革。 还可较方便地制成胶囊，或把加工后的药物微粒加入到中药复方中，减少煎煮时间，为司药人员和患者提供了很大的方便；且由于生物利用率高、减少用药量，更加经济实惠。 1.4 有可能带来新的药效 已有的研究表明，不同粒径的雄黄对肿瘤细胞S180上皮细胞EVC304等细胞毒性和诱导凋亡作用呈现尺寸效应，表现出更为强烈的抗肿瘤效应。这种纳米制粒技术，虽说与传统的中药加工技术无本质区别，但在现阶段对于那些难溶性药物和矿物药等来说，在改善药物的溶出度、增加疗效、剂型药量的控制等方面，仍不失为一种先进的制药技术。 2. 应用于中药的纳米胶囊技术 纳米胶囊技术是指将固体颗粒、液体微滴或气体作为胶囊的芯料，在其外部形成一层连续而极薄包囊的过程。与传统的微胶囊不同，纳米胶囊的粒径在1到几百纳米之间，有许多独特的性质使它在许多领域特别是在医药领域得到重要应用。在中药领域，主要用于包覆中药的活性成分和有效部位的提取物，其特性除了由于药粒直径在纳米范围而带来的比表面积大、活性大、生物利用率高等性能以外，还有以下几个主要特点： ①提高药物的稳定性和安全性，延长药效。中药中有一些药性剧烈而药效时间较短的药物，如麝香、樟脑、冰片等，选择合适的载体材料或配比能够保护药物免受环境影响，隔离活性成分，降低挥发性和毒性，可获得适宜的释药速度，起到作用和缓而持久、不良反应较少的效果。 ②具有良好的靶向性。采用表面化学方法对纳米药粒表面进行修饰，可以提高靶向能力，控制药物在体内的分布，使病灶处的药物浓度增高，提高功效和药物的有效利用率。 ③剂量、剂型易于标准化和规范化。由于纳米药物胶囊的粒径小，而人体中最细的毛细血管直径也有4μm粗，纳米药物胶囊很容易通过而不会造成血管阻塞。对于一些矿物药等非水溶性药物也可做成稳定的水悬浊液进行注射给药，直接进入血液循环，疗效好，易于控制。不仅如此，还可将中药纳米胶囊粉体进一步加工成喷雾剂、片剂、口服胶囊、贴剂等多种剂型，易于做到生产工艺和质量控制的标准化和规范化。 纳米胶囊技术应用于中药引起了国内外专家学者的高度重视。2001年，世界上首次将纳米技术应用于中草药加工领域的纳米中药微胶囊生产技术，在西安国家高新技术开发区诞生并通过了产品技术鉴定。这项技术主要是通过对植物生理活性成分和有效部位进行提取，并用快速干燥技术制成纳米胶囊。利用这项技术生产出的甘草粉体和绞股蓝粉体均达到纳米级，其中甘草胶囊微粒平均粒径为19nm、绞股蓝胶囊微粒的平均粒径为87nm。 二、思考与展望 在我国中药基础研究相对落后的现阶段，把纳米技术应用于中药的制药工程、剂型改革等方面，无疑对于中药的“安全、有效、可控、稳定”生产工艺和质量控制的标准化是行之有效和十分有利的，能起到重要的推动作用；对于继承发扬中药的传统和特色，利用现代化科学手段借鉴国际医药标准和规范，研究开发能够进入国际市场的产品，使传统中药向产业化、现代化、国际化方向发展，使中药产业成为我国国民经济新的增长点，无疑是一条重要的途径。 目前，纳米科技虽无法使中药现代化中的诸多重大问题都得到彻底解决，但存在着巨大的潜力。有研究者认为，中药现代化研究的难点在于中药特别是复方成分的复杂性及其作用机制的复杂性。目前把先进的基因技术应用于这方面的研究，较多的主要是针对药物鉴定，通过取样得到基因指纹图谱。中药作用机制的复杂性不仅在于药物不同成分之间的作用，还在于对不同人体因人而异、因环境而异的体内作用机制。由于纳米微粒的尺度一般比生物体内的细胞、红血球小得多，所以，有可能把含有计算机功能、人机对话功能和有自身复杂能力的纳米机器人送入体内而又不严重干扰细胞的正常生理过程。通过体外控制操作，获取体内多种生化反应的连续的动态信息，从而破解中药复杂的作用机制。 纳米技术应用于中药现代化的研究是一个大课题，单靠某一学科的力量是很难胜任的。多学科研究将是解决这一问题的重要手段和途径。总之，纳米科技的重大突破一定会到来，随着纳米科技的不断发展，纳米技术对于中药现代化，会起到越来越重要的作用。