纳米乳透皮传递系统在未来美容和抗衰老系列化妆品中的应用前景(上)

　　编者按：本文通过对生物医药领域中透皮传递系统的引述，阐述了高效生物医药载体——纳米乳透皮传递系统可以作为皮肤抗衰老和美容化妆品功效成分、生物活性物质、天然或合成药物等有效载体在皮肤抗衰老制剂和美容化妆品等系列产品中的应用。未来这种高效、新型、系列皮肤美容抗衰老功效纳米乳的研发，必将有力地推动美容化妆品科学研究和应用领域的科技发展和技术进步，并在今后皮肤抗衰老和医学美容及化妆品领域中展现出良好的应用前景。为此，我们将对该文章进行连载，希望对各位同道同仁有所帮助和启迪。
　　
　　引言
　　
　　随着皮肤抗衰老和医学美容等学科的发展和科技进步，各种不同类型的系列皮肤抗衰老制剂和美容化妆品层出不穷；特别是分子生物学理论和基因工程技术及临床医学等学科领域的交叉和相互渗透，使人们不但认识到皮肤衰老表现和发生机制、皮肤衰老疾病过程中相关基因或蛋白组的参与调控、干预或表达缺陷等，也逐渐认识到皮肤老化的发生和发展是一个多因素、多步骤、多元化、多反应和多代谢参与的复杂过程，使得包括基因治疗、干细胞疗法、纳米技术及细胞生长因子、活性肽、生物酶及蛋白质等生物制剂及基因工程技术和分子医学疗法在当今皮肤抗衰老和医学美容领域中开始广泛应用和流行，并成为人类社会关注的焦点和研究的重点。
　　然而，由于皮肤美容和抗衰老制剂中的某些功效成分、生物活性物质、天然或合成药物、活性多肽分子及功能性蛋白等，具有特殊的分子结构、理化性质、作用特点、代谢反应、生理状态、细胞信号传导及半衰期等，加上人体皮肤独特的解剖学结构和生理功能及转运、吸收通道等诸多因素的影响，大多数抗衰老生物活性物质、天然药物或功效成分等难以通过皮肤外用的自然扩散、穿过、渗透、吸收等途径进入皮肤及皮下组织，从而严重影响或明显削弱了这些天然药物或功效成分应发挥的皮肤抗衰老生物学作用和生理学功能及临床应用效果。特别是由于某些皮肤抗衰老或美容的功效成分是高度亲水的大分子物质，在生理条件下带有较强的负电性，因此难以穿透皮肤屏障进入皮肤细胞。即使有些类脂结构具有皮肤抗衰老或美容作用的小分子天然药物或功效成分部分进入到皮肤组织，但由于未经合适的缓释／控释系统调控，导致某些成分在机体内很容易被酶解、水解和降解，作用半衰期明显缩短，导致其分子结构和理化性质的不稳定性增加，从而使其生物利用度和生理学效应受到一定影响甚至破坏。
　　要提高外用途径的皮肤美容和抗衰老作用和效果，不仅要选择合适的、确实具有皮肤美容和抗衰老效果的外源性功效成分，并确定能有效接受外源性皮肤美容和抗衰老功效成分作用的皮肤细胞和组织；而且，外源性皮肤抗衰老功效成分经皮传递系统的选择和应用至关重要。只有将这些具有皮肤抗衰老和美容效用的功效成分经皮传递系统以恒定的透皮速度通过皮肤表皮层进入真皮层和皮下组织，甚至进入人体循环，才能产生皮肤、局部组织及全身良好的皮肤抗衰老作用及缓释控释效果，最大限度地延长皮肤抗衰老和美容功效成分或天然药物或生物活性物质在体内的存在时间，使皮肤抗衰老和美容效果更有效、持久、安全。
　　
　　
　　
　　一、透皮药物传递系统
　　
　　一直以来，透皮药物传递系统曾指药物通过皮肤渗透而产生全身或局部治疗作用的可粘贴在皮肤表面的薄片状制剂，其基本类型有膜控释型、骨架扩散型、胶粘分散型、微贮库型四种。然而，随着基因工程技术的发展，这种粘贴在皮肤表面的透皮药物传递系统逐渐被一些更新型的载体系统或有机或无机包合物或结合物所取代或补充，并在皮肤表面应用发挥着越来越大的优势，因此，广义透皮药物传递系统具有更加重要的意义。
　　从基因治疗的角度讲，目前常见的透皮药物传递载体系统中的载体主要分为两大类：病毒和非病毒载体。前者主要用于基因治疗，它能将需要的遗传信息(目的基因)传递到特定的靶细胞以指导其合成特定的蛋白，修正遗传过程中故障基因的影响，用于治疗癌症等重大疾病，也可以通过编码特定抗原成分的基因表达，以疫苗的形式来预防疾病。因为，单纯目的裸基因通常很难进入到靶细胞进行表达，而基因传递系统需要将治疗基因运送到靶细胞以实现基因表达并达到治疗目的。因为病毒载体具有特定的噬细胞性，其基因转导效率较高，因此依然是目前研究和应用最多和最有效的基因传递系统。
　　但是，病毒载体的基因治疗面临着严峻的生物安全问题，非病毒载体的应用仍然被认为是更安全的TDDS，特别是在一些非基因治疗的应用性产品研制方面，非病毒载体的TDDS更受推崇和欢迎，它们主要有：
　　(1)脂质体：由脂质双分子层膜包封而成的中空球状体，直径约100－1000nm，主要由磷脂组成，生物相容性较好，对所携带的遗传物质或活性成分及天然药物无分子大小限制，可通过渗透、穿透、内吞和融合等作用方式进入细胞。目前应用较多的是阳离子脂质体，其它新型脂质体还有空间脂质体、长循环脂质体、趋化脂质体、阴离子趋化脂质体等，因其组成成分和结构与生物膜和细胞膜极其相似，更易透过皮肤角质层屏障进入皮内。
　　(2)传递体：也称柔质体，是常规脂质体经改性的类脂聚集体，即在脂质体的磷脂成分中加入不同的辅助剂如胆酸钠等，亦被称为柔性纳米脂质体。
　　(3)醇质体：是一种能促进生物活性成分或天然药物经皮传递的囊泡载体，它是卵磷脂在高浓度乙醇中形成的脂质囊泡。
　　(4)药质体：是具有表面活性的药物(或前体药物)在水溶液中组装形成的有序聚集体，结构类似泡囊或胶束等。药质体不仅载药量大，稳定性高，且药物由于本身存在的两亲性而对生物膜具有良好的亲和性和透过性。
　　(5)囊泡体：由非离子表面活性剂(加或不加胆固醇)组成、体内外性质与脂质体极其相似的类脂质体。它与生物膜结构类似，细胞亲和性和透过性好'可融入细胞，体内易降解，具有缓释作用，可减少给药频率，提高治疗指数，降低药物剂量和毒副作用。
　　(6)β－环糊精及其衍生物：是以淀粉为原料，在环糊精葡萄糖基转移酶的作用下形成闭合筒状结构，外部是亲水性表面，内部则是一个具有一定尺寸的手性疏水管腔的特殊包合物。
　　(7)原位凝胶：又称在位凝胶，是高分子材料以溶液或半固体状态给药后，在用药部位对外界刺激发生响应，发生分散状态或构象的可逆转化，形成的半固体或液体制剂。原位凝胶不仅可以直接作为药物的载体，还可作为中药传递系统的载体。
　　(8)微胶囊：是把分散的固体、液体和气体等物质完全包封在一层致密的膜中而形成微胶囊。固体的微胶囊形状一般与固体相同，液体或气体的微胶囊的形状则大多为球形。微胶囊大小约为2-200／μm，其囊壁厚度一般为0.5-150μm。
　　(9)磁微球：磁微球也称磁性纳米微粒，其粒径为1-100nm，它有很强的表面化学活性，易结合生物大分子，使其成为很好的皮肤靶向性载体，且磁微球能在外磁场作用下快速运动与分离，可提高其皮肤应用的靶向性。除此之外，一些天然高分子及其衍生物，如胶原、去端肽胶原、明胶、纤维蛋白、糖胺多糖、壳聚糖、藻酸盐和琼脂糖等，以及合成的高分子及其衍生物，如聚(丙交酯-co.乙交酯)、聚乳酸、聚原酸酯、聚β－氨基酯、聚酸酐、聚氨酯和聚(乙烯-co-醋酸乙烯酯)等均可作为TDDS的载体。前者由于具有优良的生物相容性，并具有与细胞相互作用的能力和体内可降解的性质；后者的优点在于它们易于改性和加工成型，且降解速率可调控。
　　然而，还有一种透皮药物传递系统被认为不仅适用基因工程制剂和天然药物及生物活性成分，而且在医学美容和皮肤抗衰老及精细化工(化妆品)等领域也有广阔的应用前景和生命力，它就是纳米乳透皮药物传递系统。
　　
　　二、纳米乳概述
　　
　　(一)纳米乳的基本特性
　　纳米乳(NE)以乳滴纳米级的超微粒径著称，通常纳米乳粒径大约在10—100nm之间。纳米乳有空白纳米乳和载药纳米乳两大类，如按照给药途径又可分为外用纳米乳、口服纳米乳和注射纳米乳。空白纳米乳由油相、水相、乳化剂和助乳化剂四个体系组成。纳米乳油相的选择对药物的增溶和微乳单相区的存在至关重要。水相主要与油相一起在表面活性剂的作用下形成弯曲的油水界面膜包裹药物。表面活性剂在纳米乳中的主要作用则是降低油水界面张力、形成牢固的乳化膜、对难溶性药物的增溶作用。助表面活性剂主要是调节表面活性剂的HLB(亲水亲油平衡值)并降低油水界面张力。而载药纳米乳则增加具有功效作用的药物成分。空白纳米乳粒径大约在10—100nm之间；而载药纳米乳则是由空白纳米乳加上目的药物或功效成分组成，其粒径大约在150nm左右。通常，纳米乳的外观为透明或半透明的流体，因其乳滴分散在另一种液体中形成胶体分散系统，因此具有一定的乳光。在电镜下观察，纳米乳的乳滴多为圆球形，乳滴分布均匀，大小基本一致，且分散性、流动性、稳定性好，即使经过加热或高压灭菌或离心分离也不会使之分层，属热力学稳定系统。而且，纳米乳和一般乳液具有两个根本不同点：第一，普通乳液的形成一般需要外界提供能量，而纳米乳则是自发形成的；第二，普通乳液是热力学不稳定体系，存放过程中容易发生聚结而最终分为油相和水相，而纳米乳则是热力学稳定体系，存放过程中通常不会发生聚结或分为油相和水相。这种特性由表面活性剂与助表面活性剂作为乳化剂与助乳化剂共同起稳定作用，助表面活性剂通常为短链醇、氨或其它较弱的两性化合物。
　　
　　(二)纳米乳的形成机制
　　纳米乳的形成机制错综复杂，目前观点众说纷纭，有增溶理论、双重膜理论、穿流理论、负界面张力学说、几何排列理论、内聚作用能比值理论、热力学理论等。目前较为成熟和公认的纳米乳形成机制有如下几种：其一是表面张力理论。该理论认为，纳米乳在形成过程中，由于乳化剂和助乳化剂的加入，使得油水界面的张力大大降低甚至达到负值，从而使油水界面自动扩大而形成纳米乳。其二是界面扩增理论。即由于纳米乳在形成过程中加入的助乳化剂，能在油相和水相二者之间进行合理分配，促进乳化剂在油水两相的界面之间形成稳定的界面膜，并使油水二相界面扩大而形成纳米乳。其三是胶束理论。即在纳米乳形成体系中，由于在乳化剂的溶液中加入助乳化剂，再加入油相，使胶束逐渐变大，当达到10～100 nm时便形成纳米乳。除此之外，还有学者利用热力学方法计算出纳米乳形成的自由能及其相变条件，但这些理论尚不能完整地解释纳米乳的形成机制。
　　
　　(三)纳米乳的制备方法
　　纳米乳制备的正交设计和星点设计效应方法在纳米乳制备过程中被广泛应用。目前制备纳米乳的方法主要分为三类：高能乳化法、低能乳化法和自动乳化法三种。高能乳化法制备纳米乳主要是通过不同形式产生的高能进行纳米乳制备，通常将其分为三种方法，即剪切搅拌法、高压均质机匀浆法和超声乳化法。低能乳化法制备纳米乳则是利用纳米乳中各系统各自的理化性质，使乳滴自然分散自发形成纳米乳，通常分为相变温度乳化法和相转变乳化法。自动乳化法制备纳米乳则需要先制备油相，因为油相对纳米乳的自动乳化和乳剂的物理化学性质具有极为重要的影响，然后将油相和油溶性表面活性剂溶解在可与水混溶的溶剂中进行磁力搅拌，并把油相加入水相；最后与水混溶的溶剂通过减压蒸馏挥干。当有机相和水相的混溶性较好时，自动乳化的速率即可达到最大。
　　
　　(四)影响纳米乳的类型及影响因素
　　纳米乳的类型主要有三种，即水包油(O／W)型、油包水(W／O)型和双连续相纳米乳。O／W型是细小的油滴分散在水相中，表面覆盖一层由表面活性剂与助表面活性剂分子构成的单分子膜，分子极性端朝油滴，非极性端朝向连续的水相。W／O型则是细小的水滴分散在油相中，表面覆盖一层由表面活性剂与助表面活性剂分子构成的单分子膜，分子极性端朝水滴，非极性端朝向连续的油相。当油相和水相两者比例适当时，还会形成一种称之为双连续相纳米乳，即任一部分油相在形成液滴被水连续相包围的同时，亦与其它油滴一起组成油连续相，包围介于油相中水滴，由表面活性剂组成的界面不断波动使双连续相纳米乳具有各向同性。
　　一般认为选择亲水亲油平衡(HLB)值介于3～7的乳化剂可形成W／O型纳米乳，选择亲水亲油平衡(HLB)值介于7～14的乳化剂可形成转相的纳米乳(0／W型或W／O型)，选择亲水亲油平衡(HLB)值介于14～20的乳化剂可形成O／W型纳米乳
　　影响纳米乳形成不同类型的主要因素是油相和水相的体积比及两者的粘度差异和表面活性剂的种类。其中，表面活性剂对纳米乳的形成及性质最为重要，它的分子一般由非极性的、亲油的碳氢链和极性的、亲水的基团两部分构成，具有既亲油又亲水的两亲性质，此种分子具有可在各种界面上定向吸附及在溶液内部形成胶团的重要性质，具有降低界面的表面张力，决定纳米乳的类型，产生界面张力梯度，导致静电和位阻排斥效应等。
　　
　　(五)纳米乳的鉴定及质量评价指标
　　目前，有关纳米乳的鉴定及质量评价指标主要有：(1)外观性状：可采用肉眼观察，空白纳米乳多为带有乳光的无色透明或半透明的分散体系，颜色受空白纳米乳体系中原料的颜色影响；而载药(功效成分)纳米乳多为带有乳光的无色透明或半透明的分散体系，颜色则由所含添加剂(功效成分或药物)的颜色决定；(2)PH值测定：可采用PH3C型酸度计测定；(3)液体粘度：可采用乌式粘度计测定，空白纳米乳粘度较低；(4)电导率：O／W型纳米乳剂的导电性比W／O型纳米乳剂导电性强，可采用电导仪测定；(5)折射率：平行光入射后有丁达尔现象'可采用阿贝折光仪测定；(6)粒径大小：空白纳米乳粒径大小均在10—100nm，载药纳米乳大约在lOOnm左右'可采用激光粒径测定仪测定，或用透射电镜和扫描电镜；(7)电位：采用电泳光散射(ELS)法，取纳米乳适量，室温下置Nicomp380／ZLS激光粒度／动电位分析仪测定动电位分布；(8)颗粒分布：纳米乳分布均匀且分布范围较窄，可采用粒度分布分析测试仪测定；(9)包封率：包封率测定可参考文献，或者用透射电镜、扫描电镜等进行检测；O10)界面张力：纳米乳具有超低界面张力'在油相和水相中加入表面活性剂后，油一水相的界面张力可从50毫牛顿／米(mN／m)左右降至几毫牛顿／米(mN／m)或十几毫牛顿／米(mN／m)。此时，再加助表面活性剂，油一水界面张力甚至降到超低界面张力(10—6～10-7毫牛顿／米)；(11)载药(功效成分)量及含量测定：可采用分光光度计，或高效液相色谱仪，或气相色谱仪等仪器测定；(12)稳定性：包括对光稳定性试验，对热稳定性试验及恒温加速试验等。纳米乳通常很稳定，长时间放置亦不分层和破乳；若将纳米乳放在超速离心机中旋转5—10分钟不会分层可采用肉眼观察及分光光度法，离心机分离法等进行；(13)纳米乳类型：利用红色的油溶性染料苏丹红…和蓝色的水溶性染料亚甲兰在纳米乳中扩散的快慢来判断，如果蓝色的扩散速度大于红色，则纳米乳为O／W型，反之则为W／O型，如两者一样快，就是双连续型。同时一些先进的检测设备，如纳米投射电镜、激光粒度测定仪、偏光显微镜、纳米电动色谱仪、冷冻蚀刻电镜等用于纳米制药中，其检测技术，如小角中子衍射(SANS)用于探测油分子向纳米乳表面活性剂界面膜渗透的本质，动态超速离心沉降技术、动态荧光探针、差示扫描量热法(DSC)亦用于纳米乳的研究。
　　
　　(六)纳米乳的主要特点：
　　纳米乳透皮传递载体系统具有以下特点：(1)增溶和速溶，提高难溶性药物的溶解度；(2)制备简单，易消毒灭菌处理；(3)物理及热力学稳定性好，具有各相同性的透明液体，可以滤过，易于制备和贮存；(4)包容性强，可同时包容不同脂溶性的药物；(5)提高一些蛋白多肽类药物或功效成分的稳定性；(6)促进大分子水溶性药物在人体内的吸收；(7)提高添加药物或功效成分在体内的利用度；(8)黏度较低，使用舒适；(9)粒径小且均匀，提高包封于其中的药物分散度，促进药物的透皮吸收；(10)对易于水解的药物制成油包水型纳米乳可起到保护作用；(11)具有缓释控释和靶向作用。而且纳米乳作为一种新型经皮传递载体系统在皮肤抗衰老和美容化妆品中应用，具有科学、新颖、先进、实用等高新技术产品的特点。与一般乳剂相比，纳米乳通常只需要在室温条件下制备，这更加有利于生物活性物质和功效成分及天然药物保持其特有的生物学效应和生理学功能；与脂质体等其它靶向药物传递系统相比，纳米乳的乳滴粒径更加微小、细腻、均匀；理化性质更加温和、稳定、适合；使用更加舒适、安全、有效；制备更易工业化、产业化、环保化。而且，纳米乳由于乳滴粒径小，其经皮渗透吸收作用更快，并能促进功效成分增溶和速溶，维持功效成分生物特性稳定，减少功效成分用量，延长功效成分在皮肤表面停留时间，具有被动靶向及缓释控释作用，且能提高功效成分的生物利用度，减少使用副作用，安全性相对提高，实际效果更明显，远期或近期效果也应更好。
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　　由此可见，纳米乳作为良好新型的经皮传递被动靶向载体系统，在皮肤抗衰老和美容化妆品等方面的应用已展现出广阔的应用前景和强大的生命力。而选用纳米乳经皮传递系统作为皮肤抗衰老和美容功效成分或生物活’性物质或天然药物的微分子载体进行全系列新型皮肤抗衰老美容功效纳米乳的研制，也就成为我们研究团队的方向之一。(待续)
　　
　　作者简介
　　
　　丁克祥，男，1958年出生，中华人民共和国国务院政府特殊津贴专家，国家授予的“国家级有突出贡献中青年科技专家”，团中央、全国青联授予的“首届中国青年科学家科技创业奖获得者”，美国Baylor college of medicine细胞和基因治疗中心博士后，南方医科大学(原中国人民解放军第一军医大学科研部)教授，中国海军抗衰老研究中心首任主任(海军大校军衔、副军职待遇)，中山大学医学部(原中山医科大学)研究生导师，博士导师梯队成员。在国内外多家专业机构和学术刊物担任重要职务。
　　专业特长为衰老自由基生物学和自由基医学、抗衰老基础医学和抗衰老制剂学。在美国留学的研究方向：重组肿瘤基因的构建克隆及基因蛋白表达纯化和McAb&PcAb制备、早期癌症基因血液诊断与纳米微粒的靶向治疗及智能一体化系统研究等；目前研究方向：自体脂肪转移及重新分布和重组人脂肪细胞增殖调控因子的基因工程研究、主动或被动靶向缓释控释定释药物载体系统研究、医学美容和皮肤抗衰老系列功效纳米乳的研制等。
　　主持和协助完成科研项目39项，获得军队级、国家部(省)级自然科学奖、发明奖和科技进步奖及中国发明专利共20项。其中一、二等奖共7项，中国科协颁发的“优秀论文一等奖”1项，国际国内学术大会奖6项，出版专著9部，发表中英文学术论文168篇：曾获得国家科委重点推广项目、全军医药科技重点推厂应用项目、国家省部级重点推广项目各1项；主持或参与美国NIH科技基金研究项目1项，主持和参与国家863计划项目、国家科技部国际重点科技合作项目、国家科技部创新研究基金项目、上海市科委科研计划项目、湖北省重大科技攻关项目各1项；主持加拿大国际营养卫生研究院科研合作项目和美国生物技术研究院(ABTRI)国际重点合作项目各1项。获得国家发明专利2项，申报中国发明专利9项(其中6项已进入实审