第一節(jié) 上游 行業(yè) 發(fā)展?fàn)顩r 分析

上游 行業(yè) ——生物醫(yī)用材料

20世紀(jì)60-80年代，在對(duì)工業(yè)化的材料進(jìn)行生物相容性 研究 基礎(chǔ)上，開發(fā)了第一代生物醫(yī)用材料及產(chǎn)品在臨床應(yīng)用，例如體內(nèi)固定用骨釘和骨板、人工關(guān)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(jì)80年代以來，以醫(yī)療、保健及增進(jìn)生活質(zhì)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(jīng)有超過50種植入器械被應(yīng)用于臨床。上述生物醫(yī)用材料，具有一個(gè)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(duì)植入器械的異物反應(yīng)降到最低。這個(gè)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(zhì)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(dá)500多億美元。

從上世紀(jì)80年代到90年代，生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的重點(diǎn)逐漸由生物惰性轉(zhuǎn)向生物活性，開發(fā)了第二代生物醫(yī)用材料及產(chǎn)品。這種具有活性的材料能夠在生理?xiàng)l件下發(fā)生可控的反應(yīng)，并作用于人體。以生物活性玻璃為例，它與組織的作用機(jī)制包含了一系列共11個(gè)反應(yīng)步驟。其中，最初的5個(gè)反應(yīng)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(yīng)，緊接著表面硅烷醇發(fā)生縮聚反應(yīng)，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(dāng)于骨的無機(jī)礦物層）的非均勻形核和結(jié)晶化提供了大量的反應(yīng)位點(diǎn)。而且碳酸羥基磷灰石層的生長也為之后的6個(gè)細(xì)胞反應(yīng)提供了理想的反應(yīng)條件。這6個(gè)反應(yīng)包含了成骨細(xì)胞的增殖與分化，并最終在新生骨上形成一個(gè)具有足夠機(jī)械強(qiáng)度的表面。20世紀(jì)80年代中期，生物活性玻璃、生物陶瓷、玻璃一陶瓷及其復(fù)合物等多種生物活性材料開始應(yīng)用于整形外科和牙科。

其中，羥基磷灰石其化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)與人體骨骼中的無機(jī)鹽十分相似。與惰性材料相比，HA在體內(nèi)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(qiáng)度高，表面帶有極性，能與細(xì)胞膜表層的多糖和糖蛋白等通過氫鍵相結(jié)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(dá)到生物活性固定。特別是作為人工骨，具有極好的骨結(jié)合性能——骨組織沿該涂層生長并形成強(qiáng)韌的表面，并具有骨組織應(yīng)答（1ap骨傳導(dǎo)）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(fù)和治療傳導(dǎo)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(hù)牙槽。在脊椎腫瘤的治療上，具有足夠機(jī)械強(qiáng)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(shí)，生物活性材料（如聚乙烯基質(zhì)中加入羥基磷灰石顆粒）已經(jīng)在中耳的修復(fù)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(gè)優(yōu)勢(shì)在于材料具有可控的降解性。隨著機(jī)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(jīng)成為常規(guī)的臨床治療手段之一。在整形外科領(lǐng)域及給藥系統(tǒng)中，使用可降解材料制成的內(nèi)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(yīng)用具有非常重要的意義。然而，對(duì)于人工關(guān)節(jié)及人工心臟瓣膜存活時(shí)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(fù)手術(shù)。對(duì)于植入失敗率的改善在20多年的 研究 中進(jìn)展極小，而繼續(xù)重復(fù)這條道路將需要進(jìn)行更多的動(dòng)物及人類試驗(yàn)，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(jìn)展有限，因?yàn)槿魏斡糜谛迯?fù)和恢復(fù)機(jī)體的生物醫(yī)用材料均只能為暫時(shí)性的替代品?；畹慕M織可以對(duì)生理負(fù)荷的改變或生物化學(xué)刺激產(chǎn)生應(yīng)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(zhuǎn)移到基于生物學(xué)方法進(jìn)行組織修復(fù)和再生上來。

第二節(jié) 下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況 分析

下游產(chǎn)業(yè)——再生醫(yī)學(xué)

再生醫(yī)學(xué)是從20世紀(jì)80年代后期逐步興起并發(fā)展起來的，但一直缺乏一個(gè)明確的定義。到90年代后期由于干細(xì)胞技術(shù)方面的突破，才把干細(xì)胞、組織工程、組織器官代用品（即生物醫(yī)用材料產(chǎn)品）等納入到再生醫(yī)學(xué)里面來。就再生醫(yī)學(xué)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(xué)是利用人類的自然治愈能力，使受到巨大創(chuàng)傷的機(jī)體組織或器官獲得自己再生能力為目的的醫(yī)學(xué)。目前，再生醫(yī)學(xué)所包含的內(nèi)容主要包括以下4大模塊：干細(xì)胞與克隆技術(shù)、組織工程、組織器官代用品（即生物醫(yī)用材料產(chǎn)品）、異種器官移植。該領(lǐng)域已經(jīng)成為一個(gè)多學(xué)科交叉并迅速發(fā)展的領(lǐng)域。

基于細(xì)胞分子水平的第三代生物醫(yī)用材料將在產(chǎn)生最小損傷的前提下，為原位組織再生和修復(fù)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。第三代生物醫(yī)用材料有可能在機(jī)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(jié)合神經(jīng)生長因子可增強(qiáng)神經(jīng)的定向修復(fù)。

1、組織工程（Tissueengineering）

組織工程是近年來隨著生命科學(xué)、材料科學(xué)及相關(guān)物理、化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，興起的一門學(xué)科。最早是在1987年美國科學(xué)基金會(huì)在華盛頓舉辦的生物工程小組會(huì)上提出，1988年正式定義為：應(yīng)用生命科學(xué)與工程學(xué)的原理與技術(shù)，在正確認(rèn)識(shí)哺乳動(dòng)物的正常及病理兩種狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上， 研究 、開發(fā)用于修復(fù)、維護(hù)、促進(jìn)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(xué)科。其核心是建立細(xì)胞與生物醫(yī)用材料的三維空間復(fù)合體，即具有生命力的活體組織，用以對(duì)病損組織進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的重建并達(dá)到永久性替代。此三維空間結(jié)構(gòu)為細(xì)胞提供了獲取營養(yǎng)、氣體交換、排泄廢物和生長代謝的場(chǎng)所，也是形成新的具有形態(tài)和功能的組織器官的物質(zhì)基礎(chǔ)。

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

現(xiàn)在的組織工程醫(yī)療產(chǎn)品將能適應(yīng)生理環(huán)境，并可能在較長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)發(fā)揮功能。雖然這種修復(fù)組織仍然有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，但已應(yīng)用于臨床治療，如關(guān)節(jié)軟骨、皮膚以及血管系統(tǒng)的修復(fù)等。

組織工程學(xué)作為-fq多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科，融合了工程學(xué)和生命科學(xué)的基本原理、理論和方法。前已述及，組織工程是再生醫(yī)學(xué) 研究 領(lǐng)域中的重要內(nèi)容之一，從某種意義上來說，組織工程與再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展相輔相成。組織工程學(xué)為再生醫(yī)學(xué)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(fù)制“組織”、“器官”的新思想，它標(biāo)志著“生物科技人體時(shí)代”的到來，是“再生醫(yī)學(xué)的新時(shí)代”，是一場(chǎng)“深遠(yuǎn)的醫(yī)學(xué)革命”。

我國對(duì)組織工程的 研究 非常重視，科技部在國家重大基礎(chǔ) 研究 計(jì)劃中設(shè)立了“組織工程”專項(xiàng)，在“國家高技術(shù)發(fā)展 研究 計(jì)劃”中設(shè)立了“組織器官工程”重大專項(xiàng)，扶植我國組織工程學(xué)的 研究 及產(chǎn)品開發(fā)。在國家中長期科學(xué)技術(shù)發(fā)展 規(guī)劃 綱要中，組織工程被列為前沿技術(shù)，組織工程將帶動(dòng)和促進(jìn)相關(guān)高技術(shù)領(lǐng)域的交叉滲透和發(fā)展，并逐步發(fā)展成為21世紀(jì)具有巨大潛力的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，必將產(chǎn)生極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)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(dǎo)劑，導(dǎo)入特異性細(xì)胞因子，植入損傷部位后以一定速率釋放離子形式的化學(xué)物質(zhì)或生長因子，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bonemorphogenicprotein，BMP)，或誘導(dǎo)損傷組織自身分泌特異性細(xì)胞因子，并通過擴(kuò)散或系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)激活相應(yīng)的細(xì)胞?；罨募?xì)胞再產(chǎn)生新的生長因子，進(jìn)一步刺激細(xì)胞，依照生物化學(xué)和生物物理的原理，通過自組裝最終形成原位修復(fù)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(huì)迅速的重建起符合原位骨結(jié)構(gòu)及機(jī)械JI生質(zhì)的新骨組織。而骨傳導(dǎo)和骨生成均是由該生物活性玻璃表面一系列的快速反應(yīng)所直接導(dǎo)致的結(jié)果。另外，這些反應(yīng)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(xì)胞環(huán)境交界處細(xì)胞內(nèi)外的應(yīng)答。最近FDA已批準(zhǔn)分別含rhBMP2和rhBMP-7兩種骨修復(fù)材料，我國杭州華東基因技術(shù) 研究 所 研究 的含rhBMP-2的骨修復(fù)材料也取得國家食品藥品監(jiān)督管理局的注冊(cè)批件，已在臨床應(yīng)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(chǎn)生特異細(xì)胞應(yīng)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(zhì)、肽以及其他的生物分子，可以模擬出細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境及一個(gè)多功能的細(xì)胞黏附表面。包括吸附性蛋白中的纖維粘連蛋白或細(xì)胞外基質(zhì)功能域在內(nèi)的細(xì)胞特異性識(shí)別因子均可被黏附在吸收性聚合物表面。影響內(nèi)皮、突觸生長以及神經(jīng)突刺激的蛋白質(zhì)也可用于聚合物表面的修飾。

細(xì)胞植入為諸如帕金森病等的神經(jīng)性疾病提供了新的治療途徑。然而，要想使已經(jīng)退化的中樞神經(jīng)系統(tǒng)部分恢復(fù)功能，植入的細(xì)胞就必須能夠分化并延伸軸突從而在宿主組織與神經(jīng)突觸間建立聯(lián)系。問題的關(guān)鍵在于要建立一個(gè)適于植入腦細(xì)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(jīng)取得了成功。

實(shí)踐證明，再生醫(yī)學(xué)的開創(chuàng)是人類進(jìn)化發(fā)展的大趨勢(shì)，是替代傳統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)和醫(yī)療技術(shù)的必然結(jié)果，是人類醫(yī)學(xué)事業(yè)發(fā)展的新時(shí)代。我國的再生醫(yī)學(xué) 行業(yè) 必將迎來廣闊的前景。
 

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