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用海洋生物可炼“骨水泥”为人类“接骨”

2020-08-30 09:17 作者:必嬴亚洲官网 点击:

 

  生命起源于海洋,海洋生物的奇妙性有待人类深度发掘。而其中,一些“药食同源”的海洋生物将带来新的医学发展方向。尤其随着老龄化社会的到来,这些海洋生物的药用性将会给骨质疏松症等退行性疾病带来预防及治疗的新体验。

  骨质疏松症是中老年人群最常见的骨骼疾病之一。我国骨质疏松患者人数已接近1亿,并且有至少2.1亿人骨量低于正常值,是骨质疏松患者数量和潜在数量最多的国家。国际骨质疏松基金会发表的一组数据显示,全球每3秒钟就会发生一起骨质疏松性骨折,1/3的女性和1/5的男性会在50岁后遭遇一次骨折,20%的髋部骨折患者会在骨折后的6个月内死亡,一半的病人生活不能自理。而向受损伤的骨骼或椎骨中注射骨水泥,是目前治疗骨质疏松较简便而又有效的方法。

  2012年,通过深圳市第二批“孔雀计划”,中国科学院深圳先进技术研究院(下称“中科院深圳院”)引进了香港大学“骨与关节退行性疾病防治新技术创新团队”(下称“创新团队”),致力于新型生物活性骨水泥的开发。经过4年的努力,该团队结合过去10多年的研究成果,进一步研发出源于海洋生物骨骼的新型生物活性骨水泥,不但容易与骨骼接合,更易于促进新骨的形成,适用于无法自行长出新骨的老年病人。据悉,该产品明年将正式进入临床试验阶段。

  除了在海洋生物材料方面取得新突破外,该团队还通过开发深海鱼油、南极磷虾聚糖等系列产品,加速掘金“蓝色经济”,推动深圳海洋生物产业向高端迈进。目前,以孔雀团队为基础的中科院深圳院人体组织与器官退行性研究中心已经有7个课题组,并孵化出3家企业,获批30多项专利,初步建立起产学研一体化的发展模式,成为深圳海洋产业创新创业的一支重要力量。

  骨水泥,这种化学名称为“聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)”的高分子化合物被广泛应用为片剂、颗粒剂的粘合剂。因为其部分物理性质以及凝固后外观很像建筑、装修中所用白水泥,因此得名“骨水泥”。骨水泥在20世纪60年代问世,1978年在我国用于临床。

  “骨水泥的主要作用是将人工关节与人体骨骼镶嵌,起到固定作用。”中科院深圳院生物医药与技术研究所副所长、创新团队核心成员潘浩波说。但这种传统骨水泥在发挥作用的同时,也存在诸多缺点,比如由于缺乏活性不能与骨融合,时间长了会出现松动,存在副作用等。

  自1994年开始,香港大学矫形及创伤学系教授吕维加的团队就着眼于新一代生物活性骨水泥的研究,研制含有锶羟基磷灰的生物活性骨水泥。经科研人员10年研究和反复改进,2004年,这种新型骨水泥研发成功并进入临床试验阶段。“与传统产品最大的不同之处在于,这种骨水泥能够释放出促进骨骼生长的因子,帮助成骨,并可以与骨融合为一体,起到固化的作用,防止再次发生骨折。”潘浩波说后来的研究显示,加入锶的骨水泥较传统骨水泥,可显著增强生物活性。遗憾的是,该科研成果只在香港、台湾、越南等地进入到临床试验,并没有正式应用到临床。

  2011年底,中科院深圳院向时任香港大学医学院研究助理教授的潘浩波伸出了橄榄枝,邀请他到深圳组建人体组织与器官退行性研究中心。2012年,通过深圳市第二批“孔雀计划”,中心正式引进了吕维加教授带领的创新团队,旨在把新一代生物活性骨水泥科研技术在中国内地进行临床转化,造福骨折患者。

  潘浩波介绍,10多年前,团队在香港研究的生物活性骨水泥合成产品,是把金属锶添加入PMMA中聚合而成,因为金属元素锶本身是治疗骨质疏松的药物,可刺激成骨细胞加快生长,这是第一代生物活性骨水泥。目前,团队在深圳主要进行第二代、第三代生物活性骨水泥的开发,不同于第一代产品的主要来源是金属锶,第二代、第三代的锶主要来自海洋生物。

  “为什么鱼、海豚这些海洋里的生物不会像人类一样容易发生骨折呢?因为它们没有骨质疏松。”潘浩波说,海水中丰富的锶、镁、硼、硅等微量元素能延缓生物骨质疏松发生的时间,并减少骨质疏松发生的概率。“骨头的主要无机成分是羟基磷灰石,改良其晶体结构、微量添加锶离子,作为活因子促进成骨是我们的第一代产品。”潘浩波说,但骨头里面还有其他元素,而海洋生物的骨头除了锶外,也还有镁、硼等微量元素,它们恰好是人类骨代谢维持健康所需要的。因此,从海洋生物的骨骼中提取成分研发出的骨水泥,其活性比第一代产品要更好,并能够“溶解”于人体内。

  传统的骨水泥无生物活性,病人植入后的数年就可能由于局部纤维组织包裹引起疼痛;而生物活性骨水泥有诱导创面骨组织再生的能力,是材料与骨组织有机融合在一起,避免了纤维组织包裹引起的疼痛及材料失效的问题。因此,团队力争3—5年内在预防、延缓和治疗骨关节疾病等领域实现产业化。

  随着海洋高新技术的不断进步,我国的海洋产业也迎来快速发展时期。《2015年中国海洋经济统计公报》显示,2015年全国海洋生产总值64669亿元,比上年增长7.0%,海洋生产总值占国内生产总值的9.6%,与前几年相比虽然增速有所放缓,但始终保持略高于同期国民经济增速的发展态势。

  海洋产业是深圳未来产业之一,也被市政府列为“十三五”重点发展方向。《深圳市海洋产业发展规划(2013-2020)》提出,到2015年,深圳现代的海洋产业体系初步建立;到2020年,全市海洋生产总值达3000亿元,建设规模宏大、技术领先的现代海洋产业群。截至目前,深圳的海洋工程、海洋电子、海洋生物、邮轮游艇、海洋信息技术等方面已走在全国前列。

  日前,深圳市科协与市海洋局、市发改委等调研形成的《关于加快布局我市海洋产业发展的若干建议》显示,目前海洋产业不到深圳市GDP总量的1/10,且集中于海洋交通运输、海洋油气和滨海旅游等领域,具有巨大的拓展潜能。

  看准海洋生物产业的巨大发展空间,依托传统的远洋渔业,创新团队不仅开展海洋医用材料、创伤修复产品的研发与产业化,还开发高附加值的海洋生物功能食品、保健品等,推动深圳海洋产业的发展。

  “深圳占有全国远洋渔业加工集散业务近25%的份额,海洋生物资源开发与利用具有巨大的潜力。”潘浩波说,例如深圳是中国冰鲜金枪鱼主要产区,但在传统的远洋渔业公司里面,一条金枪鱼有30%的部分被作为废料丢弃。 如何把这些深圳传统远洋渔业中的废料“变废为宝”是团队的另一成果。

  金枪鱼作为一种营养、健康的现代食品,受到欧美发达国家的青睐。其中,OMEGA3不饱和脂肪酸是金枪鱼特有的营养物质,有利于儿童视力和智力发育,可增加和防止动脉硬化,对预防血栓和治疗心脑血管疾病有着特殊的作用。目前我国企业生产的含OMEGA3的深海鱼油产品众多,但是含高纯度OMEGA3的产品却很难找到,因为提纯的成本非常高。

  瞄准这一高端功能性食品和保健品市场,创新团队通过自己的生物技术改进金枪鱼OMEGA3提纯技术。“一般来说,作为老年疾病预防的重要产品,把OMEGA3纯度提高到60%以上,可以起到保护血管的作用。”潘浩波说,从预防治疗出发,以药食同源作为思路,团队利用以往被废弃的金枪鱼鱼头、鱼尾等,开发出纯度高达90%以上的鱼油药品。金枪鱼深海鱼油的研发项目先后获得全国海洋黑马大赛全国六强和南方海谷杯全国海洋创业大赛一等奖,并获得1500万元的风险投资。

  深圳是一座创新之城,创新创业团队不断涌现,科研成果也很快实现转化。不过,在潘浩波看来,这种情况在生物材料产业很难出现,因为这个产业投入大、研发周期长,科研成果要实现产业化更为困难。

  “在高校,90%的科研成果锁在抽屉里面。”潘浩波说,大部分高校教师没有产业化经验。相关数据显示,目前我国的科技成果转化率仅为10%左右,远低于发达国家40%的水平。

  而对于以吕维加教授、潘浩波博士等为核心的创新团队来说,产业化是其研发的首要目标。潘浩波说,生物材料产业的科研成果要实现产业化,需要一个研发和产业化相结合的团队,分三步走。第一步是科研成果成功走出实验室,形成企业化运作管理模式;第二步,完成产品的规模化制备及临床前所有生物学及理化性能检测;第三步是完成临床试验所有过程,并实现安全性有效性评价。每一步都要付出极其艰辛的努力,整个过程往往要十年磨一剑。

  2012年8月,创新团队所在的人体组织与器官退行性研究中心就开始准备成立产业孵化公司。2013年3月,中心首个产业化公司——深圳市中科海世御生物科技有限公司成立,落户宝安区桃花源科技创新园区。该公司主要负责创新团队海洋生物材料、海洋源保健品、生物制品的技术开发、医疗用品及器械等相关技术咨询及技术服务、技术转让等,将相关科研成果转化为产品。目前,公司正准备进行产业化的科研成果包括骨水泥、鱼油、鱼骨钙剂等新兴海洋源相关产品,将优良的海洋源生物医疗用品及保健品推向市场。

  2013年年底,创新团队还利用技术研发优势孵化出深圳市海优康生物科技有限公司,落户大鹏新区海洋生物产业园,专门致力于中国高端优质海洋源系列保健品开发。据悉,海优康开发的金枪鱼深海鱼油今年下半年将投产。

  “在产业化三步走的这条轴线上,我们团队要比一般团队走更远的路,才有企业或者资本有兴趣接收这个待产业化的项目,才有机会实现产业化。”潘浩波说,而孵化出企业,通过民间资本与科研技术结合,推动生物技术的产业化,才能看到成果和科研项目的价值得到提升。

  为了帮助更多的生物产业科研项目实现产业化,今年潘浩波还发起创投平台“和海创”。“这个平台就是寻找好的科研项目,帮助其实现产业化的第一步和第二步,使其科研价值得到体现。”潘浩波说,这也是团队产业化的另一模式,把好的科研成果和技术引进来,利用海世御的平台和和海创的资本实现产业化。据介绍,目前团队已引进一个生物医用材料抗感染的科研项目,该项目可解决现有临床中由医用纯钛医疗器械植入引发的细菌感染等问题,该项目将在深圳实现产业化。“生物材料产业的发展一定要科技和金融志同道合。”

  孔雀团队的落地也加速了高端人才的聚集。4年时间,从最早的2人到发展到如今中心的70多名优秀人才、7个课题组,孵化出3家企业,获批30多项专利,初步建立起产学研一体化的发展模式。除了骨水泥、深海鱼油外,中心还在开发其他海洋生物产品,比如南极磷虾壳聚糖系列产品的开发,从磷虾壳中提取出的壳聚糖,具有很好的止血效果,可用于创伤修复敷材产品的开发等。

  不过,在产业化的道路上,作为科研机构同样也面临产业转化人才缺乏的难题,“还需要更多工程、管理等专业产业化人才,科研项目的产业化才能做得更好。”潘浩波说。目前,深圳的海洋生物材料产业才起步,他希望团队能加快新技术的研发和产业化,推动深圳海洋生物产业向高端迈进。

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