医用复合型组织工程支架材料

在国家政策的支持下,我国高校每年都会产生大量的科研成果.但是,很大一部分科研成果未能及时有效地转化成为现实生产力.而与之相对的是众多企业家、投融资机构和有志于创业者苦于寻找不到好的科技项目,高校与企业供需之间存在着信息不对称、沟通不畅等现象.尽管社会上已经举办了不少科技成果交易会,各高校也组织汇编了很多成果推荐资料,但仅限于对项目情况进行简单介绍,缺乏从市场前景及投资风险角度对项目进行全面、客观地分析.

针对目前高校“成果多、转化少、推广难”等问题,为促进高校科技、资本、产业的良性互动,我们特开设《项目点睛》栏目.本刊将邀请技术、市场、投融资等多位专家对高校有较高市场价值的科技项目进行多角度、立体化点评,重点项目安排在本栏目逐期刊登,敬请广大读者及项目投资者关注!

本期重点推荐

项目介绍

组织和器官的丧失或功能衰竭是人类健康面临的主要危害之一,也是人类疾病和死亡的最主要原因.据美国的一份资料显示,每年有数以百万计的美国人患有各种组织、器官的丧失或功能障碍疾病,每年有800万人次需要修复手术,年耗资超过400亿美元.我国是一个人口大国,因创伤和疾病造成的组织和器官缺损或功能障碍病例居世界之首,每年仅因烧伤需进行皮肤移植的患者就达百万之多,每年各种骨、软骨损伤患者达300万人,其中需人工关节置换术者达100万人,国外进口人工关节在国内销售额每年达2亿元人民币.

目前,对组织和器官的损伤或功能衰竭的治疗有三种方法,一是移植别人或动物同类器官；二是自体组织移植；三是人工合成代用品.但就移植而言,主要存在两个问题：其一为组织的相容性,即所移植的组织或器官受到免疫排斥,难以永久性替代受损组织、器官的功能；其二为供体的严重不足,全世界每年有两百万患者需要进行器官移植,而可供移植的器官只有两万个,在过去的五年,有1万名美国人因等待移植器官而死亡.随着人类寿命的延长,供体不足的情况将越加严重.自体组织移植,尽管不存在免疫排斥,但必须牺牲人体正常组织来修复病损组织,在病损组织修复的同时,又形成了另一新的组织缺损,是一种以创伤修复创伤的治疗模式.自体组织移植也同样会受到供体来源有限,而不能满足大面积组织、器官缺损修复的需求.人工合成代用品尽管具有不限量的优势,但植入后易导致异物反应,继发感染而最终被排出体外.因而上述治疗方案最终仍难以修复受到损伤的组织或器官使之功能得到长期恢复.那么,如何从根本上解决组织、器官丧失和功能障碍是科学界特别是生命科学所积极努力和探索的重大课题.

本研究成果所开发的皮肤组织工程支架材料是以天然胶原作为主要研究对象,复合壳聚糖等其他天然或合成生物可降解材料,采用仿生学的方法,制备得到双层皮肤支架材料.通过理化性能测试、体内外降解实验、生物学实验以及动物实验,测试了支架材料的生物相容性、理化性能和降解性,并优化了支架材料的组成和结构,同时确定了不同形态支架的加工工艺,掌握了材料与细胞之间的作用机理.

经动物试验研究表明,本项目开发的生物材料具备以下功能：(1)生物材料能使细胞粘附并生长；(2)材料及其降解产物不会引起炎症及毒副作用；(3)材料能加工成三维结构；(4)材料孔隙率不低于90%,保证了细胞-材料作用能大面积进行,提供了细胞外再生的足够空间；(5)在完成组织再生后高分子能较好地被机体吸收；(6)高分子支架的降解速率与皮肤组织细胞再生速度相匹配.另外,项目的技术制作工艺还使支架材料形成致密的表层可以防止细菌入侵及体液的快速蒸发,多孔的内层有利于组织的长入.值得一提的是,本研究采用无机纳米银颗粒增强胶原―壳聚糖复合材料的抗菌性,具有较高的抗菌效率,在7天内持续抗菌,并能减少换药过程中二次损伤给病人带来的痛苦.

项目持有者

张其清博士,教授,博士生导师；主要从事生物材料、组织工程、生物纳米技术和控制释放药物体系研究、产品开发和指导研究生工作.

2002年12月受聘于厦门大学生物医学工程学特聘教授、博士生导师、厦门大学生物医学工程研究中心主任、医学院副院长.现任中国医学科学院、中国协和医科大学生物医学工程研究所党委班子成员、所学术委员会委员、所高级职称评审委员会委员；中国医学科学院生物医学工程研究所生物材料及人工器官研究室主任；厦门大学生物医学工程研究中心主任；福建省生物医学工程重点实验室主任；福建省生物医学工程重点学科负责人；厦门大学医学院副院长、学术委员会主任；厦门市生物医学工程技术研究中心主任等职.

技术专家点评

潘仕荣教授,博士生导师.1966年天津大学高分子专业本科毕业,1982年华南理工大学材料研究所高分子专业研究生毕业,硕士学位,现任中山大学生物医学工程专业研究员,博士研究生导师,中国生物医学工程学会生物材料理事.1981年从事生物医学工程和生物材料的科研与教学工作,主要研究方向为抗凝血材料和生物降解材料及其医学应用.

目前,治疗烧伤、烫伤、交通意外等所致的皮肤缺损时,医生最常采用的治疗方式都是“拆东墙补西墙”的办法,主要是从被烧伤者本身的正常部位提取皮肤.当遇到皮肤烧伤面积较大的患者,自身可以用来移植的完整皮肤有限时,医生不得不采取先移植一部分植皮,然后让患者自身重新长出新皮肤后,再进行第二次、第三次等皮肤移植.这也意味着患者不但要历经数个周期的治疗,并承受着昂贵的医疗费用和数次身体疼痛的折磨,而且还要让患者在治疗创伤的同时又添新伤.但是,当遇到有些烧伤面积严重到自身无完好皮肤可以移植的患者,医生只好采取异体皮肤移植的办法,或采用亲属皮肤甚至猪皮.这种异体移植,很容易产生异体免疫排斥反应,易造成移植后的皮肤坏死,而且异体器官的来源十分困难.若采用的异种器官为猪皮,那么免疫排斥反应会非常严重,且这些治疗方法因十份昂贵,一般患者无力承担,最终只好放弃治疗,故寻找一种理想的皮肤替代物是临床上一大急需解决的难题.

目前,由厦门大学生物医学工程研究中心张其清教授课题组开发出的“医用复合型组织工程支架材料”成果,其利用从贝类、螃蟹壳、虾壳等海产品中提取出的壳聚糖材料,与其他天然材料复合,制成多孔且具有生物活性的新型医用组织工程支架材料,并用从人体内不同组织器官中提取出的种子细胞,一同在体外环境构建出具有生命功能的组织器官后再植入到人体内,从而可对病缺损部位进行治疗性修复.同时,该项目还系统研究了皮肤组织工程的种子细胞、体外构建技术、修复皮肤缺损、冷冻保存等一系列基本科学问题,并开展了利用组织工程皮肤替代物修复动物皮肤缺损的临床前实验研究.经动物全层皮肤缺损的修复实验表明,构建的组织工程皮肤具有创口症反应轻,抗菌性能和组织相容性良好,并能促进创面愈合等优点.该人工皮肤在组织学和功能上完全接近天然皮肤,具有分化良好的表皮层和真皮层,有一定弹性,可随意移动、剪切、缝合、移植手术操作简单,适合于较大面积移植,并且能够抵抗胶原酶消化,在体内能够自然降解.其组织相容性好,能永久性地覆盖创面,具有很强的抗感染能力,移植成功率高,减少抗生素的应用,减轻病人的经济负担,特别值得一提的是移植后换药次数少,术后护理也简单,避免了反复手术.另外,病人在移植成功后,创伤形成的疤痕很小,能够达到较好的美容效果.研究结果基本解决了组织工程皮肤产业链上一系列关键科学问题,为皮肤组织工程的产业化奠定了坚实基础.

厦门大学这项研究成果标志着我国在组织工程皮肤领域已经达到了国际先进水平,是继组织器官移植及重建手术之后,治疗病缺损组织器官的第三种手段,是一项既有理论意义又有重大应用前景的成果,适合于治疗大面积烧伤、慢性难愈合性溃疡及肿瘤切除后的皮肤缺损,其市场前景广阔.

市场专家点评

卢世璧中国工程院院士,著名骨科专家.现为中国人民解放医院主任医师、教授,骨科研究所所长.

卢世璧院士于1958年调入中国人民解放医院骨科,历任骨科住院医师、主治医师、副主任医师、副教授、主任医师、教授等.现任国际生物材料科学与工程院士,华裔骨科学会理事,中国残疾人康复协会理事长,中华医院管理学会医疗技术应用管理专业委员会主任委员,中国医药生物技术协会骨组织库分会主任委员,北京生物医学工程学会理事.

如何加速伤口愈合并消除疤痕和肢体在大面积烧伤后自体皮源不足的情况下及时覆盖创面、减轻创面收缩和疤痕增生是目前临床医学亟待解决的问题.厦门大学生物医学工程研究中心张其清教授课题组开发的组织工程化人工皮肤正是解决这类问题的根本途径.

据统计,每年全世界由于炎症、溃疡、外伤、烧伤、肿瘤手术后以及先天性畸形等原因造成的皮肤缺损和异常病例不胜枚举.仅在中国,每年仅因烧伤和溃疡导致的皮肤缺损病人超过2500万人,其中每年需要皮肤移植的病人超过300万人.由于组织工程产品具有巨大的潜在市场,近年来,国际上一些大的企业和制药公司纷纷开始进行组织工程产品的研制,据调查,美国研制组织工程产品的市场销售量每年增加22.5%,而国内在此方面的研究尚处于起步阶段,目前尚无相关产品.国外同类人工皮肤的市场售价为每张2万元人民币(每张大小：10cmX25cm).就国内而言,目前天津市场使用的同各异体皮1.5元/cm2,北京市场使用的脱细胞异体真皮18元/cm2,猪皮2元/cm2.当然各种皮肤及代用品各地或有不同,仅以天津地区为例,一位中度烧伤病人治疗费约为3万~5万元,重度烧伤病人治疗费约为5万~10万元.按一个适应症病人每年消耗1000元组织工程化人工皮计算,一年可创产值60亿～120亿元.

另外,我国是一个人口大国,随着汽车工业的发展及体育运动的普及,由意外造成的伤害不断增加并向青年组发展,由肿瘤、感染、生理功能减退以及其他病因导致的组织缺（病）损的发病率也很高,所以该产品的市场需求量大且呈上升的趋势.

厦门大学的这项具有自主知识产权和兼具理论和实用价值的项目成果,经试验表明,其构建人工皮肤的方法简单、技术路线成熟稳定,标志着我国在组织工程化皮肤的研究领域已经进入了国际先进行列.厦门大学研制的人工皮肤一旦产业化,其可在每张0.1万～0.3万元人民币范围内,只为进口产品的一半.据市场调查,美国每年的烧伤病人比例为1‰,欧洲每年的烧伤病人比例为3‰～5‰,由此可见,人工皮肤的市场需求量非常大,而我们可以凭借低廉的优势参与国际竞争.

投资专家点评

冯恂金融学博士,国联证券研发部总经理.

证券市场六年的工作经验,具备敏锐的洞察力,良好的分析判断能力,优异的团队管理能力.

目前国联证券研发拥有金融工程组、行业公司组和核心客户组三个研究怎么写作团队,与行业监管部门、社科院金融研究所、证券时报和券商、基金等建立良好合作关系,并逐步在业内树立良好声誉.

医用复合型组织工程支架材料的开发是一项国际前沿课题,它是运用生物医学工程学等的方法和技术,将种子细胞、支架材料以及生物活性因子等结合起来,在体外构建具有生命功能的组织器官,然后再将构建的这种组织器官植入到体内,用于病缺损部位的修复治疗,目前,发达国家都投入巨资开展组织工程产品的研发.我国“十五”、“十一五”规划也将组织工程列入重点发展的领域之一,是“973”、“863”、支撑计划等资助的重要方向.

该项目的主要技术成果――复合型组织工程化人工骨和组织化人工皮肤支架材料以及在体外构建了组织工程化的组织器官,从目前的行业发展情况来看,该成果在胶原、壳聚糖材料的选择和研究方法及技术路线等方面都具有较为明显的创新,已经达到了国际先进水平.并且福建省是海洋大省,贝壳类海产品极为丰富,支架材料的来源非常广泛,这样其成本比现有的合成材料要低三分之二,发展这一项目具有得天独厚的成本优势.更为重要的是厦门大学拥有该产品的独立知识产权,为未来产业化生产奠定扎实基础.

美国已经有多个人工皮肤产品,并占据了许多国家的市场份额.日本也计划两年内实现人工皮肤技术的国产化.我国虽然在皮肤组织工程方面也取得了许多成绩,但离人工皮肤的工业化还有一段距离.从现在看来,新技术对我们产业的注入度还比较低,虽然我国的科研未落人后,但这一领域的产业体系还没有完全形成,高技术材料和制品市场90％以上都被进口产品占据.华西口腔医院每年采用的几百颗人工种植牙和近百克人工骨,均为进口产品.从先进的实验室技术,到真正有市场竞争力的产品,目前国内还是有一段距离的.现在的局面是：研究人员不是专业经营人才,加之资本有限,产业化过程中难免小打小闹；而企业独立研发又难以突破技术瓶颈.

而该项目目前仅仅是部分组织在动物实验中获得成功,未来还面临着临床试验的效果考察及如何与国外产品竞争等市场开拓情况.这些问题都尚属未知,而且组织工程化器官的临床应用标准也有待建立与健全,这些都是技术推广与产业化发展所面临的巨大挑战和难题,同样都需要时间.另外在这一段时间内,也可能会面临被新技术或新工艺（例如对复合组织器官构建探索的新成果）所替代的变数.从投资的角度来说,虽然该项目的市场前景和发展方向广阔,但是需要较长的投资时间,并且伴随着一定的投资风险,真正落到产业化需要科研人员与企业家联手共同解决.

编辑札记

阅读完张其清教授的成果项目“医用复合型组织工程支架材料”后,我不禁将之与一个名叫夏莉女孩的经历联系在一起,这是一个曾经备受社会关注和让人感动的故事,故事的起因就是源于主人公夏莉被泄漏的天然气爆燃而致重度烧伤.据报道,当时的夏莉已经面目全非手严重变形,两个眼睛红肿得像灯笼,全身都贴着纱布.医院的鉴定是,她上身和四肢是深二度烧伤,创面正好占了全身的一半.

亲生父亲的抛弃和养父母及社会的关心暂不赘述,烧伤对其影响是我今天所联想到的.对烧伤病人来讲,每次手术不是最痛苦的,因为可以麻醉,但最痛苦的,一是怕感染,只要创面存在一天,危险就存在一天；二是留下永恒的创伤,由于当时的资金和技术因素,夏莉只是度过了危险期,创面复合了,脱离了生命危险,却留下了疤痕.经过自己坚强的毅力,已经拿到硕士学位的夏莉准备步入职场时,却因为容貌“吓人”而一再被拒之门外.

我在想,如果当时夏莉有足够的资金支付医药费,那么可以到国外接受组织细胞再生手术修复,也许不会留下一张“吓人”的容貌.但当时的境况是亲生父亲因不堪医疗重负偷偷溜走,是养父和社会的关心和支持才使得脱离生命危险,所以期望高额的资金支持是不现实的.我又在想,当时的医院,在得知夏莉的情况后,不但竭力治疗,而且减免医疗费.如果当时医院拥有了具有生物活性的新型医用组织工程支架材料技术,那么肯定会用于夏莉的创伤修复,也就没有因烧伤留给夏莉永恒的伤痛,夏莉可能在拿到研究生证书后走上工作岗位.办公桌前的她,嘴角挂着甜甜的微笑等

当然,检测设毕竟不是事实,抓住今天才是最为重要的.20世纪组织工程化人工器官的出现已成为现代医学进步的一大标志,组织工程的研究为21世纪实现人工器官的“真正”替换成为可能.医用复合型组织工程支架材料课题开发出的支架材料将对于骨科、整形外科、肌腱断裂、心外科、五官科和口腔科等相关组织工程化人工器官的修复有着划时代的贡献.正如潘仕荣教授所说,该项目应用前景广阔,且项目主要技术成果已达到医疗前沿水平.

也正因如此,医用复合型组织工程支架材料课题开发出的支架材料以其具有十分重要的科学意义和社会效益之缘,成为本期杂志的重点推荐项目,各投资机构或医药企业等可根据自身市场发展规划,投身该项目的开发、生产和推广,替代进入我国市场的国外产品,为国计民生做出贡献.