以人工視網膜為例探討生物材料產業發展

袁鳴 劉佳琦 曲秀榮

人體隨著年紀的增長易發生肌體組織和器官的病變，使得市場對生物材料的數量及種類的需求不斷增加，促使國家產業結構更傾向于與生命健康相關的生物材料產業，現已成為我國的戰略性新興產業[1]。國家也陸續頒布了與生物材料產業相關的政策，大力發展生物制藥和醫療器械制造。

生物材料已應用于許多方面，在眼科疾病的治療中，由于眼球的不同位置發生病變，其治療方案也有所不同。如近視可通過佩戴近視鏡或者隱形眼鏡來矯正視力，眼角膜病變也可通過角膜移植來治療。根據病因不同，目前已研發出了蓋角膜接觸鏡、人工晶狀體、人工角膜、人工眼球、人工眶骨以及人工視網膜等適用于人眼的生物材料。而人工視網膜作為生物醫學領域最前沿的研究之一，已經制造出適用于人體的人工視網膜，但清晰度和實用性并不強，研究人員也在不斷嘗試新的技術與新的材料[2，3]。本文利用分析總結法，以眼科生物材料為例，結合專利申請量等數據，對國家生物材料相關政策中的發展重點進行分析，總結了對地方生物材料產業發展的幾點有力途徑。

1 國家生物材料產業的相關政策

自“十一五”以來，我國生物產業發展得到了政策的大力支持（表1），不同階段生物產業重點發展的領域也有略有不同，生物材料的創新性發展越來越突出。

“十一五”時期，可持續發展的資源和環境壓力日益加劇，為全面建設小康社會，推進工業結構優化升級，在2007年，國家發展和改革委員會（以下簡稱“國家發改委”）編制了《生物產業發展“十一五”規劃》，在生物醫藥領域，重點研發新型疫苗、診斷試劑、生物技術藥物、小分子藥，加快發展生物醫學材料等[4]。在鼓勵創新方面，充分發揮企業技術創新主體的作用，鼓勵企業、高校和科研機構共同建設實驗室、研究中心等創新實踐平臺。并建立健全生物技術成果轉化和認證機制，加速創新成果的產業化。

2009年我國生物產業產值達到約1.4萬億元，其中醫藥產業產值為1 0381億元，生物制造約1 800億元。2010年我國生物產業產值超過1.5萬億元。

“十二五”期間，為促進傳統產業轉型升級，構建國際競爭新優勢，規劃指出把戰略性新興產業培育發展成為我國先導性、支柱性的產業，加快培育和發展新材料產業。

2012年6月，第九次世界生物材料大會在成都舉行，標志著我國生物材料產業步入全新的階段。經過十余年的發展，國內生物醫用材料市場以高達30%左右的復合增長率持續增長，遠高于國際市場的15%。2010年銷售額約100億美元，到2015年總銷售額已接近200億美元，占同期國際市場的7%左右，但高端產品的70%以上仍然依靠進口。生物材料市場的飛速增長，為《中國制造2025》的提出奠定了基礎[5，6]。

“十三五”期間，大力發展生物技術、精準醫療，提升新興產業的支撐作用，著重研發納米生物醫用材料、納米藥物等，構建可持續發展的生物醫藥產業體系。

近年來，我國生物經濟規模不斷發展壯大，市場與投資規模逐漸增大，規模以上醫藥制造業企業利潤總額呈上升趨勢（如圖1所示）。2021年我國醫藥工業實現營業收入約3.37萬億元，同比增長18.7%，增速創近5年來新高；實現利潤總額約70 88億元，累計同比增長67.3%；占全部工業增加值比例達到4.1%，比例持續上升[7]。

到2021年，“十四五”規劃頒布，明確指出要推動生物技術和信息技術融合創新，加快發展生物醫藥、生物材料等產業，做大做強生物經濟?！笆奈濉睍r期是我國開啟全面建設社會主義現代化國家新征程、向第二個百年奮斗目標進軍的第一個五年。我國已步入老齡化，生命健康需求快速增長，“十四五”時期也是生物技術加速演進、生物產業迅猛發展的重要時期。然而，我國產業政策精準度不高，生物經濟發展的頂層設計和統籌謀劃尚屬空白。2022年5月10日，國家發改委印發《“十四五”生物經濟發展規劃》，在重大傳染病防控、重大疾病防治、新型生物藥、新型生物材料、精準醫學、醫學影像和治療設備、核酸和重組疫苗、生物基環保材料等重點領域，建設關鍵共性生物技術創新平臺。

目前，我國生物材料產業的發展有目共睹，政策的大力推動、高新技術與人才儲備的支撐，為生物產業發展提供有利條件，也為提高國際競爭力奠定基礎。

2 視網膜生物材料研究進展

2.1 我國視網膜產業與企業現狀

據《世界視力報告》數據顯示，受人口增長和老齡化綜合因素影響，未來患有眼部疾患和視力損傷總人數將顯著升高。截止至2019年，全球視力損傷或失明人數高達22億人以上，在我國眼疾患者中，近視和老花眼患者占比較大。中國盲人協會官方數據顯示，我國是世界上盲人最多的國家，視力殘疾人數可以達到1731萬。

國家重視眼健康事業的發展，“十三五”期間，大力推動眼科疾病的防治工作[8]。眼科醫療器械市場規模也保持增長趨勢，據統計2015-2019年復合增長率為19.03%；2019年眼科醫療器械市場規模為267億元，同比增長18.14%[9]。有研究表明，中科院深圳先進技術研究院、上海交通大學、浙江諾爾康神經電子科技有限公司在國內人工視網膜專利的申請量排名前3。我國生物材料產業注重創新性發展，在上述的專利中，與生物材料相關的申請量最大，為94項，占到總申請量32%，其余為輔助性產品，如芯片，影像設備等。自主研發與成果產業化，有利于生物材料產業的發展，是實現高水平科技自立自強的有效途徑[10]。

為加快人工視網膜研究成果的產業化，中國科學院深圳先進技術研究院持股的高科技初創企業——深圳市中科先見醫療科技有限公司，在2018年正式成立。該公司位于深圳市龍崗區的啟迪協信產業園，靠近香港中文大學（深圳）。該公司與中科院成立聯合實驗室，結合深圳市的人才優勢，培養了一批高端研發人員。同時與香港城市大學的學者進行合作，加強產學研的深度融合。目前，在國家科技成果《新一代高分辨率人造視網膜關鍵技術研發》中顯示，中科先見醫療科技有限公司已完成126通道到1500通道的迭代，完成GMP建設，成功產業化，開始進行動物試驗。

2.2 視網膜生物材料最新進展

眼睛是人類獲取信息的重要途徑，眼科疾病如近視、遠視、白內障、青光眼等會嚴重影響生活品質，生物材料能夠提供治療眼科疾病的方案，人工晶狀體、人工角膜等已大規模應用于眼科疾病的治療[11，12]。眼睛的最外層是角膜，光線經過角膜到達瞳孔，晶狀體位于瞳孔的下方，其形狀與凸透鏡相似，與晶狀體房水和下一層的玻璃體共同構成眼球的屈光系統，玻璃體還起到支撐視網膜和眼球壁的作用。光線經過折射到達視網膜，通過視網膜上各層細胞進行復雜的神經信息加工，經神經纖維將信息傳至外膝體，最后到達視覺皮層。這其中的任何一步發生病變，都會影響視力健康，甚至導致失明。

人工視網膜技術是目前生物醫學領域最熱門的技術之一。它將微電子技術與生物醫學相結合。通過芯片，將外界信息轉化為電信號，可刺激視網膜上的神經元正常工作。視網膜由不同的神經元細胞排列組成，某一層病變導致失明后，植入人造視網膜的位置也不同。若將芯片植入到視網膜光感受器細胞和色素上皮細胞之間，則適用于遺傳所致，最終會變盲的視網膜色素病變病人。這種植入是用人工視網膜代替光感受器細胞的工作，將信號傳遞給雙極細胞后，利用其它正常的細胞，將電信號轉化為視覺。若將電極陣列緊貼于視網膜的視覺神經節細胞，則可直接刺激神經節細胞產生視覺。

選擇什么樣的材料來制造人造視網膜非常重要，要求既能夠傳遞電信號，又要滿足生物相容性，且需要有柔韌性，所以人工視網膜技術在不斷的升級[13]。

2017年《Science》雜志發表了牛津大學的研究成果，研究人員首次合成出了軟組織視網膜，這種人工視網膜由水凝膠和生物細胞蛋白組成。這種蛋白質為細菌視紫紅質，與視錐細胞中的感光色素一樣，能夠與光發生反應，能像相機一樣使用色素來檢測外部景象，且能夠產生電信號刺激大腦皮層，建立一個基于灰度的圖像，與視網膜的功能相似。這種視網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，減少或避免了人體對植入視網膜的排斥作用。

2020年《Nature》雜志公布香港科技大學與美國的科學家團隊共同研發出的世界第一個3D人工眼球，其性能優良，可替代普通的仿生眼，甚至比真正的人眼視力更清晰，納米傳感器的密度可達到人眼的10倍以上。目前，該成果還在不斷改進，未來更注重提高人工眼球的生物相容性和穩定性。同年，一種生物混合人工視網膜被研制出來，這種人工視網膜具有布魯赫膜的機械特性的絲素蛋白膜，能夠使視網膜細胞附著，并在上面生長上皮細胞和神經細胞，是一種與人體組織100%生物相容的生物材料。研究表明，這種生物雜交人工視網膜能夠通過在患者眼中植入健康細胞來重建受損的視網膜細胞，為解決年齡相關性黃斑變性提供了新思路。

3 建議

在國家政策的指導下，各地區快速發展生物材料產業、開辟新的應用途徑、擴大市場規模的同時，也要注重產品質量的監管、市場的調控等方面，基于此總結出了以下幾點可行途徑：

一是制定相關的產教融合政策。以國家政策為依托，結合地區的人才政策，注重相關人才的培養，牢固高校與企業的鏈接，有利于科技與人才貯備的發展，是企業實現創新，挑戰自我的新動力。如：廈門大學與養生堂公司的合作始于1999年，近20年的經營合作，二者已形成了良好的產學研模式，如研究成果知識產權由雙方共享，共建實驗室條件設施的免費使用權和技術人員培訓、培養服務等。2017年11月，首個國產二價宮頸癌疫苗提交上市申請，該疫苗由廈門大學研制，養生堂旗下廈門萬泰滄海生物技術有限公司承接轉化，并在國內率先完成了三期臨床試驗。此次合作是“校企合作，共同成長”良性循環的體現[14]。

二是加大監管力度，促進成果轉化。生物材料產品的高安全性關乎人民的健康生活，國家在支持鼓勵生物材料科技創新的同時，也應注重產品的監管。制定相應的法律法規，形成完善的質量管理體系，有助于生物材料產業的健康發展。國家藥監局相繼發布的有關醫療器械制造行業方面的法律法規和審評審批的相關政策，都為自主創新成果的發展提供有利條件。

三是地方發展應因地制宜。由于地理位置不同，產業分布不同，各地重點發展生物材料的類別也有些許不同。政府發布的工作文件具有指導意義，應在此基礎上，發展有特色的產業。各省市應結合自身優勢，如地理優勢、資源優勢、人才優勢等，大力發展符合自身的生物材料子產業，實現生物材料產業的多品種發展，以及高新技術的革新。如吉林省的長白山為生物材料產業提供豐富的原材料，而福建省港口眾多，進出口便利，能夠吸引外資，大力發展高新技術材料。2省內多所高校與研究中心為生物材料產業的發展提供人才儲備與高新技術支持。

4 結語

生物材料產業的創新性發展有益于人類健康，自主研發創新性生物材料，是我國目前大力發展的主要方向。地方政府應因地制宜，結合政府出臺相應產業政策和人才政策，選擇性的開發原材料產品或研究高新技術產品，做到協調發展。

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

致謝：感謝教育部學校規劃建設發展中心基金項目（CSDP20LF7A210）的支持。

參考文獻

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