以人工视网膜为例探讨生物材料产业发展

时间：2024-08-31

袁鸣刘佳琦曲秀荣

人体随着年纪的增长易发生肌体组织和器官的病变，使得市场对生物材料的数量及种类的需求不断增加，促使国家产业结构更倾向于与生命健康相关的生物材料产业，现已成为我国的战略性新兴产业[1]。国家也陆续颁布了与生物材料产业相关的政策，大力发展生物制药和医疗器械制造。

生物材料已应用于许多方面，在眼科疾病的治疗中，由于眼球的不同位置发生病变，其治疗方案也有所不同。如近视可通过佩戴近视镜或者隐形眼镜来矫正视力，眼角膜病变也可通过角膜移植来治疗。根据病因不同，目前已研发出了盖角膜接触镜、人工晶状体、人工角膜、人工眼球、人工眶骨以及人工视网膜等适用于人眼的生物材料。而人工视网膜作为生物医学领域最前沿的研究之一，已经制造出适用于人体的人工视网膜，但清晰度和实用性并不强，研究人员也在不断尝试新的技术与新的材料[2，3]。本文利用分析总结法，以眼科生物材料为例，结合专利申请量等数据，对国家生物材料相关政策中的发展重点进行分析，总结了对地方生物材料产业发展的几点有力途径。

1 国家生物材料产业的相关政策

自“十一五”以来，我国生物产业发展得到了政策的大力支持（表1），不同阶段生物产业重点发展的领域也有略有不同，生物材料的创新性发展越来越突出。

“十一五”时期，可持续发展的资源和环境压力日益加剧，为全面建设小康社会，推进工业结构优化升级，在2007年，国家发展和改革委员会（以下简称“国家发改委”）编制了《生物产业发展“十一五”规划》，在生物医药领域，重点研发新型疫苗、诊断试剂、生物技术药物、小分子药，加快发展生物医学材料等[4]。在鼓励创新方面，充分发挥企业技术创新主体的作用，鼓励企业、高校和科研机构共同建设实验室、研究中心等创新实践平台。并建立健全生物技术成果转化和认证机制，加速创新成果的产业化。

2009年我国生物产业产值达到约1.4万亿元，其中医药产业产值为1 0381亿元，生物制造约1 800亿元。2010年我国生物产业产值超过1.5万亿元。

“十二五”期间，为促进传统产业转型升级，构建国际竞争新优势，规划指出把战略性新兴产业培育发展成为我国先导性、支柱性的产业，加快培育和发展新材料产业。

2012年6月，第九次世界生物材料大会在成都举行，标志着我国生物材料产业步入全新的阶段。经过十余年的发展，国内生物医用材料市场以高达30%左右的复合增长率持续增长，远高于国际市场的15%。2010年销售额约100亿美元，到2015年总销售额已接近200亿美元，占同期国际市场的7%左右，但高端产品的70%以上仍然依靠进口。生物材料市场的飞速增長，为《中国制造2025》的提出奠定了基础[5，6]。

“十三五”期间，大力发展生物技术、精准医疗，提升新兴产业的支撑作用，着重研发纳米生物医用材料、纳米药物等，构建可持续发展的生物医药产业体系。

近年来，我国生物经济规模不断发展壮大，市场与投资规模逐渐增大，规模以上医药制造业企业利润总额呈上升趋势（如图1所示）。2021年我国医药工业实现营业收入约3.37万亿元，同比增长18.7%，增速创近5年来新高；实现利润总额约70 88亿元，累计同比增长67.3%；占全部工业增加值比例达到4.1%，比例持续上升[7]。

到2021年，“十四五”规划颁布，明确指出要推动生物技术和信息技术融合创新，加快发展生物医药、生物材料等产业，做大做强生物经济。“十四五”时期是我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年。我国已步入老龄化，生命健康需求快速增长，“十四五”时期也是生物技术加速演进、生物产业迅猛发展的重要时期。然而，我国产业政策精准度不高，生物经济发展的顶层设计和统筹谋划尚属空白。2022年5月10日，国家发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》，在重大传染病防控、重大疾病防治、新型生物药、新型生物材料、精准医学、医学影像和治疗设备、核酸和重组疫苗、生物基环保材料等重点领域，建设关键共性生物技术创新平台。

目前，我国生物材料产业的发展有目共睹，政策的大力推动、高新技术与人才储备的支撑，为生物产业发展提供有利条件，也为提高国际竞争力奠定基础。

2 视网膜生物材料研究进展

2.1 我国视网膜产业与企业现状

据《世界视力报告》数据显示，受人口增长和老龄化综合因素影响，未来患有眼部疾患和视力损伤总人数将显著升高。截止至2019年，全球视力损伤或失明人数高达22亿人以上，在我国眼疾患者中，近视和老花眼患者占比较大。中国盲人协会官方数据显示，我国是世界上盲人最多的国家，视力残疾人数可以达到1731万。

国家重视眼健康事业的发展，“十三五”期间，大力推动眼科疾病的防治工作[8]。眼科医疗器械市场规模也保持增长趋势，据统计2015-2019年复合增长率为19.03%；2019年眼科医疗器械市场规模为267亿元，同比增长18.14%[9]。有研究表明，中科院深圳先进技术研究院、上海交通大学、浙江诺尔康神经电子科技有限公司在国内人工视网膜专利的申请量排名前3。我国生物材料产业注重创新性发展，在上述的专利中，与生物材料相关的申请量最大，为94项，占到总申请量32%，其余为辅助性产品，如芯片，影像设备等。自主研发与成果产业化，有利于生物材料产业的发展，是实现高水平科技自立自强的有效途径[10]。

为加快人工视网膜研究成果的产业化，中国科学院深圳先进技术研究院持股的高科技初创企业——深圳市中科先见医疗科技有限公司，在2018年正式成立。该公司位于深圳市龙岗区的启迪协信产业园，靠近香港中文大学（深圳）。该公司与中科院成立联合实验室，结合深圳市的人才优势，培养了一批高端研发人员。同时与香港城市大学的学者进行合作，加强产学研的深度融合。目前，在国家科技成果《新一代高分辨率人造视网膜关键技术研发》中显示，中科先见医疗科技有限公司已完成126通道到1500通道的迭代，完成GMP建设，成功产业化，开始进行动物试验。

2.2 视网膜生物材料最新进展

眼睛是人类获取信息的重要途径，眼科疾病如近视、远视、白内障、青光眼等会严重影响生活品质，生物材料能够提供治疗眼科疾病的方案，人工晶状体、人工角膜等已大规模应用于眼科疾病的治疗[11，12]。眼睛的最外层是角膜，光线经过角膜到达瞳孔，晶状体位于瞳孔的下方，其形状与凸透镜相似，与晶状体房水和下一层的玻璃体共同构成眼球的屈光系统，玻璃体还起到支撑视网膜和眼球壁的作用。光线经过折射到达视网膜，通过视网膜上各层细胞进行复杂的神经信息加工，经神经纤维将信息传至外膝体，最后到达视觉皮层。这其中的任何一步发生病变，都会影响视力健康，甚至导致失明。

人工视网膜技术是目前生物医学领域最热门的技术之一。它将微电子技术与生物医学相结合。通过芯片，将外界信息转化为电信号，可刺激视网膜上的神经元正常工作。视网膜由不同的神经元细胞排列组成，某一层病变导致失明后，植入人造视网膜的位置也不同。若将芯片植入到视网膜光感受器细胞和色素上皮细胞之间，则适用于遗传所致，最终会变盲的视网膜色素病变病人。这种植入是用人工视网膜代替光感受器细胞的工作，将信号传递给双极细胞后，利用其它正常的细胞，将电信号转化为视觉。若将电极阵列紧贴于视网膜的视觉神经节细胞，则可直接刺激神经节细胞产生视觉。

选择什么样的材料来制造人造视网膜非常重要，要求既能够传递电信号，又要满足生物相容性，且需要有柔韧性，所以人工视网膜技术在不断的升级[13]。

2017年《Science》杂志发表了牛津大学的研究成果，研究人员首次合成出了软组织视网膜，这种人工视网膜由水凝胶和生物细胞蛋白组成。这种蛋白质为细菌视紫红质，与视锥细胞中的感光色素一样，能够与光发生反应，能像相机一样使用色素来检测外部景象，且能够产生电信号刺激大脑皮层，建立一个基于灰度的图像，与视网膜的功能相似。这种视网膜全部采用生物材料，不含其他成分，具有良好的生物相容性，减少或避免了人体对植入视网膜的排斥作用。

2020年《Nature》杂志公布香港科技大学与美国的科学家团队共同研发出的世界第一个3D人工眼球，其性能优良，可替代普通的仿生眼，甚至比真正的人眼视力更清晰，纳米传感器的密度可达到人眼的10倍以上。目前，该成果还在不断改进，未来更注重提高人工眼球的生物相容性和稳定性。同年，一种生物混合人工视网膜被研制出来，这种人工视网膜具有布鲁赫膜的机械特性的丝素蛋白膜，能够使视网膜细胞附着，并在上面生长上皮细胞和神经细胞，是一种与人体组织100%生物相容的生物材料。研究表明，这种生物杂交人工视网膜能够通过在患者眼中植入健康细胞来重建受损的视网膜细胞，为解决年龄相关性黄斑变性提供了新思路。

3 建议

在国家政策的指导下，各地区快速发展生物材料产业、开辟新的应用途径、扩大市场规模的同时，也要注重产品质量的监管、市场的调控等方面，基于此总结出了以下几点可行途径：

一是制定相关的产教融合政策。以国家政策为依托，结合地区的人才政策，注重相关人才的培养，牢固高校与企业的链接，有利于科技与人才贮备的发展，是企业实现创新，挑战自我的新动力。如：厦门大学与养生堂公司的合作始于1999年，近20年的經营合作，二者已形成了良好的产学研模式，如研究成果知识产权由双方共享，共建实验室条件设施的免费使用权和技术人员培训、培养服务等。2017年11月，首个国产二价宫颈癌疫苗提交上市申请，该疫苗由厦门大学研制，养生堂旗下厦门万泰沧海生物技术有限公司承接转化，并在国内率先完成了三期临床试验。此次合作是“校企合作，共同成长”良性循环的体现[14]。

二是加大监管力度，促进成果转化。生物材料产品的高安全性关乎人民的健康生活，国家在支持鼓励生物材料科技创新的同时，也应注重产品的监管。制定相应的法律法规，形成完善的质量管理体系，有助于生物材料产业的健康发展。国家药监局相继发布的有关医疗器械制造行业方面的法律法规和审评审批的相关政策，都为自主创新成果的发展提供有利条件。

三是地方发展应因地制宜。由于地理位置不同，产业分布不同，各地重点发展生物材料的类别也有些许不同。政府发布的工作文件具有指导意义，应在此基础上，发展有特色的产业。各省市应结合自身优势，如地理优势、资源优势、人才优势等，大力发展符合自身的生物材料子产业，实现生物材料产业的多品种发展，以及高新技术的革新。如吉林省的长白山为生物材料产业提供丰富的原材料，而福建省港口众多，进出口便利，能够吸引外资，大力发展高新技术材料。2省内多所高校与研究中心为生物材料产业的发展提供人才储备与高新技术支持。

4 结语

生物材料产业的创新性发展有益于人类健康，自主研发创新性生物材料，是我国目前大力发展的主要方向。地方政府应因地制宜，结合政府出台相应产业政策和人才政策，选择性的开发原材料产品或研究高新技术产品，做到协调发展。

10.19599/j.issn.1008-892x.2022.03.008

致谢：感谢教育部学校规划建设发展中心基金项目（CSDP20LF7A210）的支持。

参考文献

[1] 周淑千.生物医用材料发展现状与趋势展望[J].新材料产业，2019（7）：43—47.

[2] 张志雄，奚廷斐.我国眼科生物医用材料现状及发展趋势[J].中国医疗器械信息，2013，19（8）：6—9，59.

[3] 赵家良.我国防盲与眼健康事业的主要成就[J].眼科，2020，29（6）：409—413.

[4] 屠海令，马飞，张世荣，等.我国新材料产业现状分析与前瞻思考[J].稀有金属，2019，43（11）：1121—1130.

[5] 国家发展和改革委员会.“十二五”期间新材料产业发展回顾[R].2017

[6] 国家制造强国建设战略咨询委员会.《中国制造2025》重点领域技术路线图[R].2015.

[7] 李丹.我国新材料产业政策体系的特征、问题及建议[J].新材料产业，2021（1）：2-5.