第一節(jié) 上游 行業(yè) 發(fā)展狀況 分析

上游 行業(yè) ——生物醫(yī)用材料

20世紀60-80年代，在對工業(yè)化的材料進行生物相容性 研究 基礎上，開發(fā)了第一代生物醫(yī)用材料及產品在臨床應用，例如體內固定用骨釘和骨板、人工關節(jié)、人工心臟瓣膜、人工血管、人工晶體和人工腎等。自20世紀80年代以來，以醫(yī)療、保健及增進生活質量等為目的的生物醫(yī)用材料取得了快速的發(fā)展，分別由40余種不同材料制成的植入器械（假體）中，已經有超過50種植入器械被應用于臨床。上述生物醫(yī)用材料，具有一個普遍的共性：生物惰性。即生物醫(yī)用材料發(fā)展所遵循的原則是盡量將受體對植入器械的異物反應降到最低。這個原則維持了20多年。在此期間，數(shù)以千萬的患者植入了由惰性材料制成的器械，他們的生活質量也在植入后的5～25年里有了明顯的改善。第一代生物醫(yī)用材料制備的各種器械至今仍在臨床大量使用，世界年銷量達500多億美元。

從上世紀80年代到90年代，生物醫(yī)用材料領域的重點逐漸由生物惰性轉向生物活性，開發(fā)了第二代生物醫(yī)用材料及產品。這種具有活性的材料能夠在生理條件下發(fā)生可控的反應，并作用于人體。以生物活性玻璃為例，它與組織的作用機制包含了一系列共11個反應步驟。其中，最初的5個反應發(fā)生于材料表面。首先，Na+與H+和H3O+發(fā)生快速的離子交換反應，緊接著表面硅烷醇發(fā)生縮聚反應，生成高表面積含硅化合物。為具有生物活性的碳酸羥基磷灰石層（相當于骨的無機礦物層）的非均勻形核和結晶化提供了大量的反應位點。而且碳酸羥基磷灰石層的生長也為之后的6個細胞反應提供了理想的反應條件。這6個反應包含了成骨細胞的增殖與分化，并最終在新生骨上形成一個具有足夠機械強度的表面。20世紀80年代中期，生物活性玻璃、生物陶瓷、玻璃一陶瓷及其復合物等多種生物活性材料開始應用于整形外科和牙科。

其中，羥基磷灰石其化學成分、晶體結構與人體骨骼中的無機鹽十分相似。與惰性材料相比，HA在體內不存在免疫和干擾免疫系統(tǒng)的問題，材料本身無毒副作用，耐腐蝕強度高，表面帶有極性，能與細胞膜表層的多糖和糖蛋白等通過氫鍵相結合，并有高度的生物相容性口。合成的HA通常作為多孔植入物、粉狀以及金屬植入物的涂層，從而達到生物活性固定。特別是作為人工骨，具有極好的骨結合性能——骨組織沿該涂層生長并形成強韌的表面，并具有骨組織應答（1ap骨傳導）的作用。生物活性玻璃和玻璃-陶瓷則可制成中耳的假體，用于聽骨鏈修復和治療傳導性聽力喪失，除此之外，它們也是一種良好的牙槽骨保持材料，能有效地延緩牙槽骨吸收并保護牙槽。在脊椎腫瘤的治療上，具有足夠機械強度和韌性的生物活性玻璃-陶瓷也可用作椎骨的替代物。90年代時，生物活性材料（如聚乙烯基質中加入羥基磷灰石顆粒）已經在中耳的修復與骨組織替代上發(fā)揮著越來越重要的作用。

除具有活性外，第二代生物醫(yī)用材料的另一個優(yōu)勢在于材料具有可控的降解性。隨著機體組織的逐漸生長，植入的材料不斷被降解，并最終完全被新生組織所取代，在植入位置和宿主組織間將不再有明顯的界面區(qū)分。以可吸收縫合線為例，它是由聚乳酸和聚羥基乙酸合成的生物降解材料制成，最終能夠水解成CO．和水。到1984年，采用可降解聚合物作為縫合材料已經成為常規(guī)的臨床治療手段之一。在整形外科領域及給藥系統(tǒng)中，使用可降解材料制成的內固定骨板和螺釘，及其在緩控釋給藥中的使用初步發(fā)展起來。

現(xiàn)今人口快速老齡化，生物惰性、生物活性及可降解植入物在臨床的成功應用具有非常重要的意義。然而，對于人工關節(jié)及人工心臟瓣膜存活時間的 分析 顯示，約有1/3～1/2的假體在植入后的第10-25年間喪失功能，使患者需要重新接受修復手術。對于植入失敗率的改善在20多年的 研究 中進展極小，而繼續(xù)重復這條道路將需要進行更多的動物及人類試驗，和更多的資金。在失敗率方面，第一代和第二代生物醫(yī)用材料所取得的進展有限，因為任何用于修復和恢復機體的生物醫(yī)用材料均只能為暫時性的替代品。活的組織可以對生理負荷的改變或生物化學刺激產生應答，而合成的材料則不具備這種功能，也正是材料的這種缺陷，限制了人工器官的使用壽命，促使了在以后的 研究 中，將工作重心轉移到基于生物學方法進行組織修復和再生上來。

第二節(jié) 下游產業(yè)發(fā)展情況 分析

下游產業(yè)——再生醫(yī)學

再生醫(yī)學是從20世紀80年代后期逐步興起并發(fā)展起來的，但一直缺乏一個明確的定義。到90年代后期由于干細胞技術方面的突破，才把干細胞、組織工程、組織器官代用品（即生物醫(yī)用材料產品）等納入到再生醫(yī)學里面來。就再生醫(yī)學本身而言，在國際上還未被明確界定，且存在一些不同的看法。從廣義上來講，再生醫(yī)學是利用人類的自然治愈能力，使受到巨大創(chuàng)傷的機體組織或器官獲得自己再生能力為目的的醫(yī)學。目前，再生醫(yī)學所包含的內容主要包括以下4大模塊：干細胞與克隆技術、組織工程、組織器官代用品（即生物醫(yī)用材料產品）、異種器官移植。該領域已經成為一個多學科交叉并迅速發(fā)展的領域。

基于細胞分子水平的第三代生物醫(yī)用材料將在產生最小損傷的前提下，為原位組織再生和修復提供了科學基礎。第三代生物醫(yī)用材料有可能在機體衰老之前，通過生物方法激活某些基因，從而起到保持健康、延緩衰老的作用。第三代生物醫(yī)用材料 研究 正在興起，例如組織工程支架材料、原位組織再生材料、可降解材料結合神經生長因子可增強神經的定向修復。

1、組織工程（Tissueengineering）

組織工程是近年來隨著生命科學、材料科學及相關物理、化學學科的發(fā)展，興起的一門學科。最早是在1987年美國科學基金會在華盛頓舉辦的生物工程小組會上提出，1988年正式定義為：應用生命科學與工程學的原理與技術，在正確認識哺乳動物的正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結構與功能關系的基礎上， 研究 、開發(fā)用于修復、維護、促進人體各種組織或器官損傷后的功能和形態(tài)的生物替代物的一門新興學科。其核心是建立細胞與生物醫(yī)用材料的三維空間復合體，即具有生命力的活體組織，用以對病損組織進行形態(tài)結構和功能的重建并達到永久性替代。此三維空間結構為細胞提供了獲取營養(yǎng)、氣體交換、排泄廢物和生長代謝的場所，也是形成新的具有形態(tài)和功能的組織器官的物質基礎。

組織工程的基本原理和方法是將體外培養(yǎng)擴增的正常組織細胞吸附于一種具有優(yōu)良細胞相容性并可被機體降解吸收的生物醫(yī)用材料上形成復合物，然后將細胞，生物醫(yī)用材料復合物植入人體組織、器官的病損部位，在作為細胞生長支架的生物醫(yī)用材料逐漸被機體降解吸收的同時細胞不斷增殖，分化，形成新的，形態(tài)、功能與相應組織、器官一致的組織，達到修復創(chuàng)傷和重建功能的目的。

現(xiàn)在的組織工程醫(yī)療產品將能適應生理環(huán)境，并可能在較長的一個時期內發(fā)揮功能。雖然這種修復組織仍然有待于進一步的改進，但已應用于臨床治療，如關節(jié)軟骨、皮膚以及血管系統(tǒng)的修復等。

組織工程學作為-fq多學科交叉的邊緣學科，融合了工程學和生命科學的基本原理、理論和方法。前已述及，組織工程是再生醫(yī)學 研究 領域中的重要內容之一，從某種意義上來說，組織工程與再生醫(yī)學的發(fā)展相輔相成。組織工程學為再生醫(yī)學的崛起開辟了嶄新的道路，它的意義不僅在于為解除患者痛苦提供了一種新的治療方法，更主要的是提出了復制“組織”、“器官”的新思想，它標志著“生物科技人體時代”的到來，是“再生醫(yī)學的新時代”，是一場“深遠的醫(yī)學革命”。

我國對組織工程的 研究 非常重視，科技部在國家重大基礎 研究 計劃中設立了“組織工程”專項，在“國家高技術發(fā)展 研究 計劃”中設立了“組織器官工程”重大專項，扶植我國組織工程學的 研究 及產品開發(fā)。在國家中長期科學技術發(fā)展 規(guī)劃 綱要中，組織工程被列為前沿技術，組織工程將帶動和促進相關高技術領域的交叉滲透和發(fā)展，并逐步發(fā)展成為21世紀具有巨大潛力的高技術產業(yè)，必將產生極大的社會和經濟效益。

2、原位組織再生

原位組織再生以粉末、溶液或微粒等形式的生物醫(yī)用材料為載體或誘導劑，導入特異性細胞因子，植入損傷部位后以一定速率釋放離子形式的化學物質或生長因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白
(bonemorphogenicprotein，BMP)，或誘導損傷組織自身分泌特異性細胞因子，并通過擴散或系統(tǒng)的連鎖反應激活相應的細胞。活化的細胞再產生新的生長因子，進一步刺激細胞，依照生物化學和生物物理的原理，通過自組裝最終形成原位修復組織。例如，將生物活性玻璃微粒注入到骨缺損部位后，在該處會迅速的重建起符合原位骨結構及機械JI生質的新骨組織。而骨傳導和骨生成均是由該生物活性玻璃表面一系列的快速反應所直接導致的結果。另外，這些反應還可以通過釋放臨界濃度的Si2+、Ca2+、P5+和Na+以提高生物活性玻璃與細胞環(huán)境交界處細胞內外的應答。最近FDA已批準分別含有rhBMP-2和rhBMP-7兩種骨修復材料，我國杭州華東基因技術 研究 所 研究 的含rhBMP-2的骨修復材料也取得國家食品藥品監(jiān)督管理局的注冊批件，已在臨床應用。

3、分子修飾的可降解聚合物

在第三代生物醫(yī)用材料中，還包含可產生特異細胞應答的分子修飾的可降解聚合物。通過在材料上引入特殊的蛋白質、肽以及其他的生物分子，可以模擬出細胞外基質環(huán)境及一個多功能的細胞黏附表面。包括吸附性蛋白中的纖維粘連蛋白或細胞外基質功能域在內的細胞特異性識別因子均可被黏附在吸收性聚合物表面。影響內皮、突觸生長以及神經突刺激的蛋白質也可用于聚合物表面的修飾。

細胞植入為諸如帕金森病等的神經性疾病提供了新的治療途徑。然而，要想使已經退化的中樞神經系統(tǒng)部分恢復功能，植入的細胞就必須能夠分化并延伸軸突從而在宿主組織與神經突觸間建立聯(lián)系。問題的關鍵在于要建立一個適于植入腦細胞生長的環(huán)境。第三代生物醫(yī)用材料在建立這種微環(huán)境方面已經取得了成功。

實踐證明，再生醫(yī)學的開創(chuàng)是人類進化發(fā)展的大趨勢，是替代傳統(tǒng)醫(yī)藥學和醫(yī)療技術的必然結果，是人類醫(yī)學事業(yè)發(fā)展的新時代。我國的再生醫(yī)學 行業(yè) 必將迎來廣闊的前景。

第三節(jié) 生物醫(yī)用植入器械與上下游 行業(yè) 的關聯(lián)性

生物醫(yī)用植入器械與上下游關聯(lián)性非常強，生物醫(yī)用植入器械的發(fā)展離不開上游生物材料的支持，我國生物醫(yī)用植入器械的研制成功，完全依賴于生物材料的開發(fā)，選取合適的材料。生物醫(yī)用植入器械得以廣泛應用還在于我國醫(yī)療水平的提高，再生醫(yī)學的發(fā)展，整形外科，骨科，腦外科手術技術的進步，生物醫(yī)用植入器械的優(yōu)勢才能顯現(xiàn)。
 

上一篇：樁工機械產品投資前景分析及未來五年市場前景預測及業(yè)內專家觀點與結論
下一篇：世界石墨礦行業(yè)發(fā)展狀況分析