生物技術(shù)專業(yè)發(fā)展趨勢及設想

孟和寶力高

在當今世界現(xiàn)代生物技術(shù)已被視為一種高新技術(shù)，特別是進入21世紀后，生物技術(shù)與信息技術(shù)更成為領先技術(shù)，有人因此把21世紀稱為“生命科學的世紀”。軍隊科研機構(gòu)是全軍科學技術(shù)研究的主力軍，在國家和軍隊的科技事業(yè)中發(fā)揮著重要作用。尤其是生物醫(yī)藥類科技成果，在保障部隊戰(zhàn)斗力和維護人民生命健康中發(fā)揮著重要的作用。現(xiàn)結(jié)合文獻，對生物技術(shù)專業(yè)的發(fā)展趨勢概述如下。

1 國內(nèi)外生物技術(shù)專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

現(xiàn)代生物技術(shù)是以重組DNA技術(shù)和細胞融合技術(shù)為基礎，利用生物體(或者生物組織、細胞及其組分)的特性和功能，設計構(gòu)建具有預期性狀的新物種或新品系，以及與工程原理相結(jié)合進行加工生產(chǎn)，為社會提供商品和服務的一個綜合性技術(shù)體系。其內(nèi)容包括基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程。現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生以20世紀70年代初DNA重組技術(shù)和淋巴細胞雜交瘤技術(shù)的發(fā)明和應用為標志，迄今已走過了40年的發(fā)展歷程。實踐證明在解決人類面臨的糧食、健康、環(huán)境和能源等重大問題方面開辟了無限廣闊的前景，受到了各國政府和企業(yè)界的廣泛關注。

1.1 基因治療 基因治療是利用分子生物學方法將目的基因?qū)牖颊唧w內(nèi)，使之表達目的基因產(chǎn)物，從而使疾病得到治療，是現(xiàn)代醫(yī)學和分子生物學相結(jié)合而誕生的新技術(shù)。基因治療作為疾病治療的新手段，已有一些成功的應用。

1.1.1 急性淋巴細胞白血病的基因治療:CAMPATH-1H是一種作用靶點為CD52的人源化的IgG1K型的單抗，主要是通過抗體依賴的細胞毒作用及補體固定作用導致細胞溶解，而達到定向殺傷表達CD52的細胞作用。其對常規(guī)治療產(chǎn)生耐受的T幼淋巴細胞白血病的總有效率達76%，完全緩解的患者達60%，對移植物抗宿主反應(GVHD)也有較好的治療效果［1］。

1.1.2 基因治療在口腔再生醫(yī)學中的應用:Park等［2］進行的體外實驗結(jié)果顯示，腺病毒組的轉(zhuǎn)染效率是脂質(zhì)體組的2倍。Zhao等［3］用腺病毒介導的BMP-2轉(zhuǎn)染骨髓基質(zhì)細胞，結(jié)合磷酸三鈣支架材料可以修復下頜骨的缺損，獲得礦化密度較高的新生骨。Jiang等［4］將腺病毒介導的bFGF基因修飾的骨髓基質(zhì)干細胞移植入兔下頜骨牽張成骨區(qū)域，可以有效地促進更多的新骨形成。Edward等［5］將逆轉(zhuǎn)錄病毒介導的Shh修飾的3種細胞(牙齦纖維細胞、間充質(zhì)干細胞、脂肪來源細胞)復合I型膠原植入兔的顱骨缺損處，6周后骨組織缺損區(qū)域幾乎完全修復，且沒有任何不良反應。

1.1.3 冠心病的基因治療:VEGF是血管內(nèi)皮細胞特異性的肝素結(jié)合生長因子，能夠刺激血管內(nèi)皮細胞的有絲分裂和血管的發(fā)生，提高單層內(nèi)皮的通透性，在體內(nèi)誘導血管新生。VEGF基因治療是20世紀90年代以來研究最有進展的治療方法，在動物體內(nèi)和人體內(nèi)進行了一系列的研究和應用，表明其具有增加血管通透性、促進血管生成、擴張冠狀動脈、降低心輸出量和每搏輸出量等作用［6-7］，目前已經(jīng)明確其可應用于治療冠心病，將來可能廣泛應用于臨床。

1.2 干細胞、細胞治療技術(shù)

1.2.1 干細胞治療技術(shù):干細胞是指動物在發(fā)育過程中體內(nèi)所保留的部分未分化的細胞。根據(jù)其分化潛能分為3類:1類是全能干細胞，它具有形成完整個體的分化潛能。第2類是多能干細胞，它具有分化出多種細胞組織的潛能，但卻失去了發(fā)育成完整個體的能力。第3類稱為專能干細胞，只能向一種類型或密切相關的兩種類型的細胞分化。鑒于干細胞在未來的巨大應用前景，世界各國，尤其是發(fā)達國家都開展了相關探索研究，并取得了一些成就。我國研究人員利用間充質(zhì)干細胞治療慢性重癥乙肝，獲得滿意療效［8］。利用神經(jīng)干細胞移植治療神經(jīng)退行性疾病［9］、缺血性腦損傷疾病［10］、腦創(chuàng)傷［11］、遺傳代謝性疾病［12］均已取得重要實驗成果，表明神經(jīng)干細胞對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的多種疾病都有潛在治療價值。造血干細胞移植治療糖尿病足、股骨頭壞死、肝硬化等疾病均獲得了較好的效果。

1.2.2 細胞治療技術(shù):細胞治療是細胞研究轉(zhuǎn)化應用于臨床的典型案例，是人自體、同種異體或異種的功能細胞經(jīng)體外操作后回輸或植入人體的治療方法，既可作為一種獨立的療法，也可與常規(guī)手術(shù)、化療等聯(lián)合應用。作為再生醫(yī)學的一個重要組成部分，細胞治療在遺傳病、癌癥、組織損傷、糖尿病等的治療中展示出越來越高的應用價值，特別是在嚴重肝臟疾病的治療方面，已經(jīng)取得了一定的進展和突破，促進和加快了相關研究向更高水平邁進［13-14］。我國細胞治療技術(shù)起步早、起點高，有前期研究經(jīng)驗，正處于快速發(fā)展時期。國內(nèi)臨床上開展了自體DC、DC-CIK細胞移植治療糖尿病、肝硬化、帕金森病、腎衰竭、腫瘤疾病，均獲得了較好的治療效果。

1.3 酶工程 酶工程是將酶或者微生物細胞、動植物細胞、細胞器等在一定的生物反應裝置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段將相應的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)并應用于社會生活的一門科學技術(shù)，其應用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)。近幾十年來，隨著酶工程技術(shù)的不斷突破，其應用越來越廣泛。酶除了用作常規(guī)治療外，還可作為醫(yī)學工程的某些組成部分而發(fā)揮醫(yī)療作用。如在體外循環(huán)裝置中，利用酶清除血液廢物、防止血栓形成，應用體內(nèi)酶控藥物釋放系統(tǒng)模仿生物器官或腺體的自動調(diào)節(jié)功能，緩慢、恒定地釋放藥物，使之在體內(nèi)的水平保持穩(wěn)定。另外，酶作為臨床體外檢測試劑，可以快速、靈敏、準確地測定體內(nèi)某些代謝產(chǎn)物，也是酶在醫(yī)療領域一個重要的應用。我國學者利用酶工程技術(shù)提取中藥有效成分，能顯著提高提取率［15］。

1.4 蛋白質(zhì)工程 蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其功能為基礎，通過基因修飾和基因合成對現(xiàn)存蛋白質(zhì)加以改造，組建成新型蛋白質(zhì)的現(xiàn)代生物技術(shù)。這種新型蛋白質(zhì)必須更符合人類的需要。因此，有學者稱，蛋白質(zhì)工程是第2代基因工程。其基本實施目標是運用基因工程的DNA重組技術(shù)，將克隆后的基因編碼加以改造，或者人工組裝成新的基因，再將上述基因通過載體引入挑選的宿主系統(tǒng)內(nèi)進行表達，從而產(chǎn)生符合人類設計需要的“突變型”蛋白質(zhì)分子。這種蛋白質(zhì)分子只有表達了人類需要的性狀，才算是實現(xiàn)了蛋白質(zhì)工程的目標。

許多蛋白質(zhì)工程的目標是設法提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。在酶反應器中可延長酶的半衰期或增強其熱穩(wěn)定性，也可以延長治療用蛋白質(zhì)的貯存壽命或增強重要氨基酸抗氧化失活的能力。在這個領域已取得了一些重要研究成果。用蛋白質(zhì)工程來改造特殊蛋白質(zhì)為制造特效抗癌藥物開辟了新途徑。如人的β-干擾素和白介素-2是兩種具有抗癌作用的蛋白質(zhì)。但在它們的分子結(jié)構(gòu)中，有一個不成對的基因，是游離的，因而很不穩(wěn)定，會使蛋白質(zhì)失去活性。通過蛋白質(zhì)工程修飾這種不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)就可以提高這兩種抗癌物質(zhì)的生物活性。美國的Cetus公司已成功將此用于臨床試驗并取得了良好的效果。具有抗癌作用的蛋白質(zhì)工程產(chǎn)品免疫球蛋白是一種高效抗癌藥物，具有對準目標殺死特定癌細胞而不傷害正常細胞的特效，被稱為征服癌癥的“生物導彈”。澳大利亞醫(yī)學科學研究所發(fā)現(xiàn)了激發(fā)基因開始或停止產(chǎn)生癌細胞的蛋白質(zhì)，其在癌細胞生長過程中對癌基因起著開通或關閉的作用。這個發(fā)現(xiàn)對于通過蛋白質(zhì)工程研制鑒別與控制多種類型的血液癌、固體癌的蛋白質(zhì)有重要的作用，并為診治癌癥提供了新的方法。目前，應用蛋白質(zhì)工程研究開發(fā)抗癌及抗艾滋病等重大疑難病癥的治療等方面均取得了重大進展。

1.5 抗體工程 自從1984年第一個基因工程抗體人－鼠嵌合抗體誕生以來，新型基因工程抗體不斷出現(xiàn)。用于構(gòu)建基因工程抗體的抗體基因最初來源于雜交瘤細胞，必須經(jīng)過動物免疫、細胞融合及克隆篩選這樣一個長期、復雜的工藝流程，且不能制備針對稀有抗原的抗體和人源性抗體，無法改善抗體的親和力，這些缺點限制了它的應用。組合化學方法應用到抗體工程領域的抗體庫技術(shù)使人們找到了解決這些問題的辦法。采用噬菌體抗體庫技術(shù)篩選抗體不必進行動物免疫，易于制備稀有抗原的抗體、篩選全人源性抗體和高親和力抗體。噬菌體抗體庫技術(shù)是生命科學研究的突破性進展之一，同時也將抗體工程的研究推向了高潮。近年來，用合成的、天然的及免疫的噬菌體抗體庫經(jīng)完整細胞篩選(包括細胞懸液、貼壁單層細胞)獲得了多種針對細胞表面腫瘤相關抗原的ScFv抗體，為腫瘤的診斷及治療展開了光明前景［16-17］。

1.6 生物技術(shù)藥物 生物技術(shù)藥物因其療效好、不良反應小、應用廣泛而備受關注，成為新藥研究開發(fā)的新寵，也是最活躍和發(fā)展最迅速的領域。從1982年美國Lilly公司第一個基因工程產(chǎn)品人胰島素上市至今，已有140多種生物技術(shù)藥物上市，而且尚有500多種生物技術(shù)藥物處于臨床試驗或申報階段。據(jù)全球權(quán)威醫(yī)藥市場咨詢調(diào)研公司IMS最新的統(tǒng)計表明，2004年基因重組生物技術(shù)藥物的年銷售額已經(jīng)突破400億美元。就在傳統(tǒng)制藥業(yè)的增長速度減緩之時，生物技術(shù)制藥卻在加速發(fā)展，全球生物技術(shù)藥物銷售額增長率連續(xù)6年保持在15%～33%，生物技術(shù)制藥已成為制藥業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟增長的一個新亮點。

2 軍隊生物技術(shù)領域新成就

我軍在國內(nèi)較早地開展了基因工程疫苗和基因工程藥物研究，已完成包括乙肝、丙肝系列診斷試劑、IL-2、EPO、EGF、霍亂疫苗等多種疫苗和藥物的研究，先后獲得了10個生物制品新藥證書，自主研發(fā)的抗瘧特效藥“復方蒿甲醚”被世界衛(wèi)生組織列為瘧疾治療的首選藥物［18］。在所獲的新藥證書中，乙肝、丙肝系列診斷試劑、IL-2、EPO、霍亂疫苗等多個基因工程產(chǎn)品的生產(chǎn)已產(chǎn)業(yè)化，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 軍隊生物技術(shù)專業(yè)發(fā)展思考

3.1 樹立正確的科技成果轉(zhuǎn)化意識 要抓好科技成果轉(zhuǎn)化，首先要充分認識到科研成果轉(zhuǎn)化的重要意義。尤其是隨著科研單位體制改革以及新形勢的發(fā)展，必須要對現(xiàn)有的形勢做出判斷。科研單位要生存，必須要有開發(fā)研究，必須要加強科技成果轉(zhuǎn)化。科技人員則要強化科研以戰(zhàn)場和市場為導向的觀念，在科研選題方面要圍繞戰(zhàn)場和市場的需求，及時開發(fā)生物醫(yī)藥的新產(chǎn)品，促進科研成果轉(zhuǎn)化，解決社會和部隊的實際問題。

3.2 重視并加強中試研究和中試基地建設 中試是生物醫(yī)藥新藥研制的重要環(huán)節(jié)，是確定新藥工業(yè)化生產(chǎn)工藝的過程。作為制定藥品規(guī)模化生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品標準的過程之一的中試研究，是保證生物醫(yī)藥質(zhì)量穩(wěn)定的重要步驟。只有在取得了可靠的中試結(jié)果以后，新的產(chǎn)品才能批量生產(chǎn)，才能吸引企業(yè)的注意，獲取其支持，加大轉(zhuǎn)化率。長期以來，由于種種原因，軍隊科研機構(gòu)生物醫(yī)藥產(chǎn)品的中試條件建設未能引起足夠的重視，許多成果無法投入中試和推廣應用，以至于在成果轉(zhuǎn)化開發(fā)中半途而廢，極大地阻礙了高科技成果的轉(zhuǎn)化。最近幾年來，軍隊相關部門對此已開始重視，投資建立相關的中試生產(chǎn)基地，使科研和產(chǎn)業(yè)密切結(jié)合。

3.3 重視并加強科技成果轉(zhuǎn)化隊伍的建設 科研發(fā)展需要優(yōu)秀的人才，科技成果的轉(zhuǎn)化也需要一個強有力的管理部門和一支精干的隊伍。為此，科研單位應盡快建立專門的科技成果轉(zhuǎn)化中心，培養(yǎng)一支精通政策法規(guī)、熟悉生物醫(yī)藥領域、了解部隊和地方需求、具備良好組織攻關能力的隊伍，提供市場需求信息，為科研人員爭取項目和參與技術(shù)研發(fā)，在項目選題和管理中，做好應用前景調(diào)查分析，掌握市場動向，適應市場需求，加強課題的全面論證，確保科研成果的水平和質(zhì)量。要整合各方面的力量，以技術(shù)創(chuàng)新為立足點，研制出能滿足社會需要和戰(zhàn)爭需求并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型藥物和生物制品;同時提供單位成熟的技術(shù)信息，融合社會資本，為成果轉(zhuǎn)化提供全方位服務。

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