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中药软物质科学研究—— 融合传统智慧与现代科技的创新之路

  • 作者:万顺 马双成
  • 来源:中国医药报
  • 2024-12-19

  软物质科学是研究处于固体和理想流体之间复杂态物质(如液晶、聚合物、胶体等)的学科。软物质科学的发展历史可以追溯到19世纪中后期,并在近20年来快速发展,涉及物理学、化学和生物学等多个学科,对现代科技和生活产生了深远影响。从日常生活中的液晶显示,到医药领域的辅料应用,软物质科学在材料、能源、环境、医疗等多个领域发挥着关键作用,已发展成为高度交叉的前沿研究方向。近年来,“中药软物质科学”这一概念逐渐引起了关注。


  中药软物质科学是传统中药与现代物质科学交叉的新领域,聚焦中医药物质基础,遵循中医药理论的“整体观”和“系统观”,阐释中医药科学内涵,不仅为中医药的传承与创新提供了新的路径,更为中药现代化和高质量发展注入了强劲动力。例如,中药宏观水平上的配伍(如十八反、十九畏等)规律可为开展微观水平上的活性物质组装提供指引和灵感。此外,蛋白质、多糖等中药大分子的分子构象多变、与其他分子相互作用复杂,在中药炮制、配伍过程中也会发生一系列软物质特性相关的变化。


守正创新

中药软物质科学的理论基石


  中医药是中华民族的文化瑰宝,承载着数千年的智慧与经验。中医药的源头活水,源自其博大精深的理论体系和丰富的实践经验。中药软物质科学基于这一源头活水,结合现代物质科学技术,形成了独特的理论体系和研究方法。


  守正,是中药软物质科学的灵魂所在。中药软物质科学研究尊重中医药自身的发展规律,从整体和系统的角度来认识中药的作用机制,注重中药各成分之间的相互作用和协同效应。深入挖掘中医药经典理论,如中药药性、炮制以及配伍等,将其与现代科学语言相融合,为中药药效物质的研究提供坚实的理论支撑。


  创新,则是中药软物质科学发展的动力源泉。中药软物质科学研究在守正的基础上,探索新的研究领域和方法论,借鉴现代科学技术手段,对中药药效物质进行深入剖析。通过借鉴软物质科学的先进技术和方法,中药软物质科学在药物递送系统、生物医用材料等领域取得了显著成果;不仅有助于我们更全面地认识中药的药效物质基础,还能为中药的临床应用和新药研发提供有力支持。


实践探索

彰显现实价值


  在实践中,中药软物质科学通过多尺度、多维度,以超越单体分子的视角研究中药药效物质的微纳组装和聚集体结构,更准确地揭示中药药效的物质基础,为中药新药的研发提供科学依据,展现出了巨大的应用价值。


  助力药物递送与靶向治疗


  中药软物质在药物递送领域优势显著。胶束、囊泡等纳米结构可以有效包裹疏水性药物,提高其水溶性和稳定性,通过表面修饰实现靶向输送。例如,中药来源的天然大分子纳米粒子可精准识别并结合肿瘤细胞表面受体,提高抗肿瘤药物疗效,降低副作用,为精准医疗提供有力支持。


  提升中药质量控制与标准化水平


  中药软物质科学为中药质量控制提供了新的方法和指标。例如,小角X光或中子散射技术(SAXS/SANS)可分析中药提取物中纳米粒子尺寸分布和结构有序性,构建更科学准确的质量评价体系,确保中药产品质量均一、稳定、有效。


  临床治疗多元应用


  中药软物质在临床治疗中的应用日益广泛。例如,葛根素自组装形成的超分子水凝胶,具有良好的生物相容性和可降解性,在体内可缓慢释放葛根素,持续发挥抗炎作用,对关节炎等炎症性疾病具有潜在的治疗效果;丹参中的活性成分丹参酮等可自组装形成纳米粒子,增强其抗氧化和抗血栓作用,保护心血管系统。


  生物医用材料创新


  中药软物质在生物医用材料领域潜力巨大。中药来源的凝胶材料,如多糖类物质形成的凝胶,生物相容性和可降解性较好,可模拟细胞外基质,为细胞生长和组织再生创造适宜的环境,在组织工程和伤口愈合领域应用前景广阔。


科技赋能

激发发展活力


  科技是推动中药软物质科学发展的重要力量。随着现代科学技术的不断进步,越来越多的先进技术被应用于中药软物质科学研究中,成为不可或缺的“利器”。


  现代分析技术为中药软物质科学微观探析提供了新视角。核磁共振(NMR)、SAXS/ SANS、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、同步辐射光源等分析及表征技术,为揭示中药软物质的结构和性质提供了有力工具。这些技术能够让我们在微观层面上观察中药药效物质的形态和组成,进而深入理解其药效机制。例如,利用SAXS技术可以研究中药纳米粒子的聚集状态和内部结构,为制备高性能的中药纳米粒子提供理论依据。


  人工智能(AI)技术的引入,也为中药软物质科学带来了新的发展机遇。通过构建数学模型和算法,AI技术可以帮助研究人员预测中药软物质的结构和性能,优化其制备工艺和配方设计。此外,AI技术还能辅助分析复杂的药效数据,挖掘潜在的药物靶点和作用机制。例如,利用机器学习算法对中药药效数据进行挖掘和分析,可以发现新的药物靶点和治疗策略,为中药新药研发提供有力支持。


  多学科交叉融合是中药软物质科学综合发展的新动能。中药软物质科学的发展离不开多学科的交叉融合,通过物理学、化学、生物学等多学科的交叉研究,我们可以更全面地认识中药药效物质的本质和规律。例如,结合分子生物学和细胞生物学的研究成果,可以揭示中药活性成分与生物大分子的相互作用机制;结合材料科学和工程学的技术手段,可以制备出具有特定功能的中药软物质材料。这种多学科交叉融合的研究模式,不仅推动了中药软物质科学的深入发展,也为其他领域的科技创新提供了有益借鉴。


机遇与挑战并存

中药软物质科学发展前景广阔


  当前,中药软物质研究主要集中于结构明确的单体或较简单的多组分组装,难以完全展现中药多组分复杂的相互作用及整体药效,与中药实际复杂体系存在差距。中药组分繁多,相互作用复杂,组装路径和聚集体结构多样,使得准确探究其组装机制、结构和药效关系变得困难,对研究方法和表征技术的要求远超现有水平。此外,传统溶液分析化学的质量或摩尔浓度概念难以有效应用于微纳尺度聚集体的定量描述,较难准确体现其生物活性特征。


  面对中药软物质科学研究的这些挑战,研究人员可以创新研究思路,积极引入凝聚态物理学、系统化学、系统生物学、网络药理学等先进研究手段,从整体和系统角度深入研究中药软物质,挖掘其复杂的作用规律。综合运用多种跨尺度研究方法,包括分子尺度的光谱技术、微纳尺度的电子显微镜和散射技术、时间尺度的超快光谱和同步辐射技术,以及材料力学表征技术,全面深入地解析中药软物质结构与性能,建立结构与药效的准确关联。采用粒子数浓度或表面积浓度等更合理的概念,准确量化微纳聚集体,以适应中药软物质研究需求,为其研究提供准确的数据支持,推动中药软物质科学的持续发展。


  随着研究的不断深入和技术的不断进步,相信中药软物质科学能在未来展现出更加广阔的发展前景和应用潜力,奏响现代科学与传统医学交相辉映的华丽乐章。


(责任编辑:张可欣)

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