港中文打造纳米二氧化硅材料，新型递送技术让药物研发降本增效

近日，香港中文大学物理系教授徐磊团队和合作者成功研发一种基于物理吸附的新型纳米二氧化硅材料。这种创新材料由纳米胶体二氧化硅小球组成，具有极高的比表面积。

更重要的是，通过课题组的特殊处理方法，该材料表面的硅醇基团密度达到了普通二氧化硅材料的四倍以上。

这一特性使得该材料对药物分子展现了前所未有的强吸附能力，同时对水分子也表现出显著的亲和力。

基于此，研究团队发现了一个新的现象：当将晶体态的药物与该纳米二氧化硅材料混合时，在干燥条件下，药物分子会被转化为非晶态并吸附在材料表面；而当将这种混合物放入水中时，由于该材料优先吸附水分子，原吸附于材料上的药物分子会被释放出来，形成药物的过饱和溶液。这表明水分子从传统意义上溶解度限制因素转变为促进药物溶解的增溶因子。

这一发现不仅揭示了物质在二氧化硅表面上吸附与释放的新规律，而且为解决难溶性药物的生物利用度问题提供了一种全新的解决方案。

它有望极大地提高药物的水溶性和生物利用度，改善治疗效果，并可能重新激活那些因溶解度问题被搁置的药物开发项目。

此外，该研究成果还为设计更高效的药物载体系统提供了理论依据和技术支持，具有广泛的应用前景。

日前，相关论文以《通过超高硅氧烷密度的二氧化硅纳米表面的竞争性吸附增强药物溶解度》（Enhancing drug solubility through competitive adsorption on silica nanosurfaces with ultrahigh silanol densities）为题发在PNAS[1]。

Zhuo Xu 是第一作者，香港中文大学物理系教授徐磊和美国哈佛大学教授大卫·韦茨（David A.Weitz）担任共同通讯作者。

从论文投稿到论文接收仅耗时 6 周

徐磊表示：“这篇论文从投递到接收只花费了 6 周，凸显了同行对于工作的认可。”

审稿人指出，“该研究展示了一种显著优于现有方法的技术，在某些情况下性能提升达 2 至 3 个数量级，并具有成为下一代药物递送平台的潜力。”

审稿人指出，本次研究通过提高纳米颗粒表面的硅醇基团密度，该技术不仅能够加速疏水性药物的释放速率，还能大幅增加其释放量。研究还结合密度泛函理论计算，首次从热力学角度证明了这一过程的优势，与以往方法形成鲜明对比。并认为这一成果或将为医药行业带来深远影响，推动疏水性药物递送技术的进一步发展。

首先，其能用于靶向药物递送系统。

随着现代医疗技术逐步迈向精准医疗时代，靶向药物的研发和应用正成为治疗复杂疾病（如癌症、免疫相关疾病等）的重要方向。然而，许多新型靶向药物例如蛋白降解靶向嵌合体和小分子抑制剂等，由于其高度的特异性和复杂的分子结构，往往面临溶解性差、生物利用度低等关键问题，这极大地限制了它们的临床应用。

而该团队的技术基于分子级别的相互作用，与靶向药物的研发逻辑不谋而合，通过开发具有高硅醇基团密度的纳米二氧化硅材料，为这些难溶性药物提供了一种全新的递送解决方案。初步实验结果表明，该技术能够显著提高 CRBN E3 ligase 配体类药物的释放效率和稳定性。这种递送系统有望成为下一代精准治疗药物的标准配置，推动更多靶向药物从实验室走向临床。

其次，其能用于难溶性药物的再利用。

许多因溶解性问题而被搁置的候选药物可能通过本次技术重新焕发活力。通过将其转化为稳定的非晶态并高效递送，这些“失败药物”可以重新进入临床试验，缩短新药研发周期并降低成本。

再次，其能用于基因治疗和生物大分子药物的递送。

虽然目前该技术主要针对小分子药物，但其分子级别的作用机制也为未来扩展到基因治疗载体或生物大分子药物（如抗体、核酸药物）的递送提供了可能性。这将进一步拓宽其应用范围。

“艰难”的转方向和创业

近年来，随着科学研究的进步和对疾病机制理解的深入，新药物分子的研发变得越来越复杂且成本高昂。

特别是在小分子药物领域，尽管许多候选药物在细胞层面表现出优异的效果，但由于其较高的亲脂性导致的水溶性差的问题，使得这些药物在临床试验阶段往往无法达到预期效果。

据统计，大约 60% 至 70% 的小分子药物因为溶解度问题而失败 [2]，这不仅增加了研发成本，也延缓了新药上市的时间。

本研究正是基于这一挑战背景下开展的。具体而言，研究团队的目标是开发一种普适性的药物递送系统，以便提高难溶性药物的水溶性及其生物利用度。

通过这种方式，研究团队希望能够重新激活那些因溶解度问题而被放弃的潜在有效药物，并大幅增加新药研发的成功率。

此外，这种递送系统有望缩短药物从实验室到市场的周期，减少研发成本，从而加速创新疗法的问世，为患者提供更多治疗选择。

最初，徐磊等人将研究重点放在了探索引起这种相变的机制上，其发现晶体的药物和该团队的胶体球聚合物混合之后，晶体全部转化为了非晶体。

基于经典成核理论，课题组聚焦于改变孔隙的大小，设计了一系列实验来验证药物成核和纳米材料之间的关系，却发现相比于孔隙大小，表面处理对于实验结果的影响更大。

而且随着进一步的实验进展，研究团队开始注意到这种处理方式不仅能改变药物的物理形态，还能显著提高其溶解度。

进一步的研究表明，在适当条件下，处理后的药物可以达到极高的过饱和状态。这对该团队来说是一个重大的突破，因为这意味着可以解决许多难溶性药物的关键问题。

在这段时间里，课题组集中精力优化纳米材料的制备工艺及其对不同药物的影响，以期找到最有效的配方。

当确认技术的有效性和广泛适用性后，研究团队开始考虑将其商业化。而他们首先面临的挑战是如何将实验室中的技术转化为实际产品。

为此，他们与多家制药公司建立了合作关系，共同探讨如何将这项技术应用于现有药品中。同时，研究团队也申请到了香港政府对商业化项目的资助，这为研究团队提供了必要的资金保障。

获得初步的成功和技术认可之后，研究团队在 2023 年成立初创公司药容科技有限公司，致力于开发基于该技术的药物递送解决方案。

据介绍，药容科技专注于开发基于前沿纳米技术的药物递送解决方案，特别是针对难溶性药物的问题。研究团队的核心技术源自对具有高硅醇基团密度的纳米二氧化硅材料的研究，这种材料能够显著提高药物的溶解性和生物利用度，从而增强治疗效果。

目前，他们正在积极推进产品的研发和临床前测试，目标是尽快将这项创新技术推向市场，为更多患者带来福音。

看似走来很顺利，实则涉过了重重难关。最初，徐磊团队是一个专注于基础物理研究的团队，当时的研究环境和条件与课题组现在所面临的截然不同。

转向应用导向的研究对他们来说是一个巨大的挑战——从实验设计到心态调整，每一步都需要重新学习。

徐磊还清楚地记得第一次基于理论猜想开始实验的时候。那时，研究团队满怀信心地设定了目标，但很快就被现实泼了一盆冷水。实验一次接一次失败，那些日子充满了挫败感。

除了内部的挑战，外部的压力同样巨大。投资人的质疑声不断，他们担心自己的技术能否真正走出实验室。面对这些压力，研究团队请求商业合作者提供样品，用出色的实验结果告诉投资人，将该团队的技术用于商业化产品时依然有着很强的竞争力。

通过这些互动，课题组不仅赢得了投资人的信任和支持，还收到了宝贵的反馈意见，这些建议帮助他们进一步优化了技术和商业模式。

未来，徐磊计划与药物公司合作，将该技术拓展至靶向药物与生物大分子药物这些最新的药物研发领域。

参考资料：

1.https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2423426122

1.D. V. Bhalani, B. Nutan, A. Kumar, A. K. Singh Chandel, Bioavailability enhancement techniques for poorly aqueous soluble drugs and therapeutics.Biomedicines10, 2055 (2022).

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