生物医学展望（精选9篇）
生物医学展望 篇1
0 引言
手术技术和抗免疫治疗技术的发展,使器官移植变成现代医学的主流。同时,干细胞研究技术的进步,智能生物材料和三维制造技术的发展,特别是以固态3D打印为代表的技术使得仿生器官和组织的制造在一定程度上解决了移植器官长期短缺的问题,科学家和医生们可按需定制和培养可替代的生物器官。而开源软件计算法则和共享控制硬件平台降低了3D打印技术的成本,让更多的用户能够使用这项技术。简单地说,3D生物打印技术是基于3D快速成型技术的基本原理,将需要的细胞放置相应位置,细胞外基质分布在细胞周围,支持细胞的多种功能,为将来植入器官做铺垫[1]。
1 3D生物打印技术的种类
3种最常见的生物打印技术是喷墨生物打印、挤出生物打印和激光生物打印。
1.1 喷墨生物打印
喷墨生物打印是一种非接触技术,喷墨生物打印机主要包含2个打印头,一个放置生物墨,墨水主要包含细胞和其他生物因子的生物材料,另一个打印生物纸,主要成分为水凝胶,用作细胞生长的支架。喷墨生物打印技术能够以数字控制、高流通量、单细胞操纵的方式运输和创造生物仿生组织,制造2D或3D结构。喷墨生物打印技术是目前制造密集复杂血管系统组织的最优解决方法,其分为2种类型:热注入式和压电式。热注入式喷墨打印:在打印头加热,产生压力脉冲迫使生化墨滴从喷嘴中喷出[2]。加热温度可达到300~400℃,但这种高温的持续时间很短,导致温度最终至多上升4~10℃,因此不会对生物分子的稳定性和细胞活性及功能造成影响。热注入式喷墨打印机成本较低、打印速度快。缺点是在喷射方向和墨滴尺寸方面缺乏准确性,对生物材料和细胞造成温度、机械上的压力及造成喷嘴堵塞。压电式喷墨打印包含一个压电晶体,基于对电压的反应,在打印机头内产生声波,这种声波有助于将打印机头的液体打破成为小墨滴,并定期进行喷射。以可调节阵列的方式结合的多重声波射器可促进同时打印不同细胞和不同类型的生物材料。但压电式喷墨打印机的工作频率是15~25 k Hz,有可能会引起细胞损伤[3]。
总的来讲,喷墨3D生物打印能够制造出高分辨率(20~100μm)的组织或器官结构,能够根据需要控制墨滴尺寸、密度和沉积率。但因生化墨水的高黏度性(含有蛋白、水凝胶及活细胞),不能够有效进行墨滴传送。如使用较低黏度材料的生化墨水用于3D生物打印,制造出来的3D支架显示出较低的机械性能和较低的耐久性[2,3,4]。3D喷墨打印较成功地应用在皮肤和软骨的再生中。喷墨生物打印不仅促进原代细胞和干细胞的沉积,在组织伤患处,通过生物相容性化学反应和UV光敏引发剂的交联,仍维持着较高的细胞活性和功能。尽管上述提到一些短板,但3D喷墨打印在组织工程方面发挥的作用是无价的,除此之外,多用性和低成本也是其应用率较高的原因之一[5]。
1.2 挤出生物打印
3D挤出生物打印是最常见的生物打印方法之一,其特点是经济实惠。挤出打印机包含温控生物材料分配系统,打印平台能够沿着X-Y-Z轴移动,包含由光纤照亮的沉积区域用来激活光敏引发剂,一个压电设备控制的湿度调节器和可控的摄像头。与喷墨打印不同的是,挤出打印过程是使生物材料产生连续的水珠,并沉积在2个维度/方向,由计算机辅助设计与制造(CAD-CAM)软件引导,沉积层作为随后添加层的底层,打印平台随着Z轴移动,形成3D结构[6]。通过控制气压水平或注射泵的位移,挤出的水凝胶量是可以调整的[7]。
3D挤出生物打印的优缺点包括:高黏度生物材料,例如水凝胶、生物相容性聚合物和细胞球能够通过微型喷嘴进行打印,因此,众多的生物材料能够用于3D挤出打印。但一些研究指出,3D挤出打印细胞存活率较喷墨打印低,为40%~86%,细胞存活率随着挤压压力的升高而降低,因此多用于非细胞材料的打印。同时,在打印过程中,让组织工程器官达到高生理细胞密度是一个重要的目标,3D挤出打印的一个优势是能够沉积高密度的细胞。挤出生物打印在制造主动脉瓣和分支血管方面有较大的优势[7,8,9]。
1.3 激光生物打印
激光3D生物打印机由带焦点系统的脉冲激光束构成,它的工作原理是激光引导的顺向迁移。和喷墨、挤出生物打印相比,激光生物打印的应用不是太广泛,主要鉴于其成本较高,但激光生物打印能够提供较高的细胞可靠性和分辨率,因此其在组织和器官工程方面的应用呈持续增长趋势。虽然激光生物打印能够制造较高分辨率的器官和组织,但也有可能发生低细胞存活率的问题。但经常发生在喷墨打印技术方面的问题,例如细胞或材料堵塞喷嘴的问题,在激光生物打印中不存在。另一个优势是,激光打印兼容多种黏度的生物材料,在打印哺乳动物细胞时不会对细胞活力和功能产生过多的影响[10]。
2 3D生物打印在再生医学中的应用现状
2.1 细胞打印
一个小的打印机喷头足够打印高分辨率的细胞。虽然生物打印在细胞打印领域有许多成功案例,但统计显示,打印过程仍会造成一定的细胞损伤或死亡。由于细胞打印过程中的热力和机械压力,细胞有可能受损,细胞的表型(生物化学和生理特性因环境因素发生改变)有可能改变。因此,对细胞存活率、凋亡、热休克蛋白的制造、细胞膜损伤的综合评价是确认生物打印安全的关键所在,也是衡量生物打印平台和系统的关键指标。目前,由惠普公司改良的热喷墨打印机,喷射出的不同细胞浓度决定不同的细胞存活率为85%~95%[11,12]。
2.2 微血管打印
虽然组织工程的概念在十几年前就被提出来了,但目前的组织工程手段仍无法创建完全血管化的组织结构。使用组织工程方法构造的厚组织需包含血管,单独用生物的方法,例如血管内皮生长因子或培养血管细胞的方法并不尽如人意。随着细胞打印的出现,研究人员能够利用适合的生化墨水(人类微血管内皮细胞和纤维蛋白支架)将细胞和支架用层层叠加的方法构建起来,精确地制造人类微血管。喷墨生物打印机可同时沉积人类微血管内皮细胞和纤维蛋白支架,为了使沉积过程达到最佳状态,纤维蛋白打印的墨水和生物纸成分需经过严格仔细的评估[11]。打印后,微血管孵化10~15 min完成交叉耦合和提升细胞黏附。再经过3周的孵化后,人类微血管内皮细胞自行在纤维蛋白通道中排列成序,并繁殖融合。共焦激光扫描图像显示,打印的人体微血管系统呈管状结构,内皮细胞在打印的纤维蛋白通道中形成容器状的结构,这就显示了这种打印的、激增的内皮细胞具有血管再生功能[11,12]。
2.3 软骨打印
软骨损伤主要和骨关节炎、老龄化、关节损伤有关,是引起关节痛的主要原因。因为软骨的无血管性和淋巴性,成熟的软骨不会自动愈合,临床最常见的软骨损伤治疗方式包括微骨折手术、自体软骨细胞移植等,但这些治疗手段都不足以长期维持健康的软骨。虽然关节软骨被认为是最早可以设计和制造的组织,但目前的软骨组织技术难以制造出与原生软骨组织在带状组织、细胞外基质构成和机械特性上相似的组织。除此之外,软骨修复最常见的方法是移除健康软骨组织周围的受损部位,但这种方法会引起健康软骨组织坏疽,导致软骨退化和植入组织的失败[11]。生物打印技术能够在损伤处,以接近原生软骨组织解剖结构的方式直接修复软骨组织。打印机能够精确地在软骨损伤处层层叠加地置入关节软骨细胞和聚乙二醇双甲基丙烯酸酯,使打印的软骨组织和现有的原生软骨组织整合,修复不同程度的损伤[12,13]。
2.4 骨打印
虽然骨被认为是自我修复力较强的组织,但当修复超出临界尺寸时,人类身体在没有外界干预的情况下不能完全修复骨损伤。大量的骨质疏松主要是由肿瘤切除造成的,高强度的创伤是骨修复和骨植入的主要原因。骨自体移植和异体移植的性能受限于普通修复手术,因此,按需重塑并植入新骨而修复、维持和提升功能的组织工程骨变得越来越有吸引力。骨组织工程的主要方法是通过合成、再生、修复、保持,提升其在活体内的功能,成功运用骨组织工程能够避免自体或异体移植所带来的问题。3D打印支架是骨组织工程不可缺少的一部分。支架为三维生物可溶性结构,可模仿细胞外基质特性,并为活体中的细胞黏附和刺激骨组织的形成提供模板。除此之外,孔径大小、孔径体积和机械强度也是决定支架性能的重要参数。对于骨组织内生长来说,联通孔隙度是很重要的,开放和联通的孔隙使得营养和分子能够运送到支架内部,促进细胞的生长、血管形成和垃圾物质的清除。多孔支架可用多种方式制造,例如:气体发泡、溶剂铸造、盐析、热感应分离、冷冻干燥、泡沫凝胶等。然而,孔径、形状、连续性等特性用上述方法难以得到控制,对于特定的骨损伤,用以上方法制造多孔支架也较难达到。此种支架可以通过计算机辅助设计制造支架的复杂形状,再通过3D生物打印技术实现[14]。
3 展望
基于目前生物打印技术的发展,至少需要几年或者几十年的研究,3D打印才能制造出高阶段功能的器官,并满足道德、法律的要求及人类最终需求。目前,3D打印应用较成熟和广泛的领域包括:(1)在化妆品工业中,打印人造皮肤应用于实验。(2)3D组织结构或微小器官,能够模仿肾脏或肝脏组织的重要部位,用于测试系统毒性和有效筛查高流通性药物。(3)体外肿瘤组织模型的打印,用于术前手术方案制定,研究肿瘤的渗透、增长以及转移等[15]。
在3D生物打印领域,未来需要解决的问题包括:尽管研究人员在提升3D打印分辨率方面做了很大的努力,但在打印出高分辨率的3D生物结构方面仍存在很多挑战。此外,鉴于生物材料的黏度问题,3D打印最大的挑战是在制造生物构架时缺乏机械强度和整体性,因此,提升运用高黏度生物材料的能力是首要解决的问题。对于包含多种细胞的组织、器官及其结构微环境更好的理解也是成功实现3D生物打印的关键。除此之外,材料和细胞的生理相容性问题,如何提升打印分辨率和打印速度,如何在打印大型组织时培育良好的血管树,组织灌溉中毛细血管、微血管和神经分布问题,打印的组织所需成熟的时间,成熟因子和生理应激因子的打印等也是未来的研究领域。其次,如何提升3D生物打印在商业中的运用也是未来需要重点研究的方面[16]。虽然我们现在还不能预见3D生物打印在全功能器官制造方面的作用,但就目前发展看,此技术在再生组织工程医学中有很大的潜力[16]。
生物医学展望 篇2
在中医学的临床治疗方面，生物信息学能够对从文中医学中常见的多发病、疑难病，提供更深层次的生物信息指指导。从长期的研究能够发现，生物信息学大大提升了中医学的临床治疗的有效性和安全性。并对于疾病信息的收集处理提供平台。生物信息学建立了现代疾病处理分析新机制，是对中现代中医学发展的一个有效补充。
生物信息学对中医制药同样有着巨大帮助。传统中医在药物研究方面往往只针对药物的药性进行分析，对其中详细的化学变化过程并不熟悉。随着生物信息学的融合应用，中草药资源研究有了新的发展。不仅在药理药性方面的预测模拟，更在微观药物化学作用方面，探索出更多新的内容。随着生物信息学与中医学的融合，有学者分析中草药资源与药理研究的一些可能趋势，并提出一系列的有关分子结构预测代谢模拟和药理能量等观点。现代中医学在这方面的发展对于推动中医学新体系的完善建设带来巨大帮助。成为现代中医学发展的一个巨大助力。
3生物信息学与中医学发展的未来展望
1)病理学研究新方式
当前生物信息学中，与基因和蛋白分子结构有关的内容对中医学制药方面起到了巨大的帮助。除此以外生物信息学在中医学的其他应用上，仍然有着巨大的发展空间。生物信息学虽然是一种微观层次的生物信息分子研究方法。但其运用的动态分析方法和计算机信息处理方法都有着独特的优势。而且其与中医的整体观念有着许多的相似之处，能够实现很好的契合。所以，借助生物信息学进行更深层次的中医药理和病理分析，是未来生物信息学与中医学融合发展的一个方向。
2)中西医结合新纽带
中医学与传统西医学，无论是在生物治疗方法，还是药物成分研究都有着巨大的不同。所以一直以来，中医西医在对疾病的.治疗上都是互不干涉。但随着现代医学的发展，中医西医进行融合成为现代发展的一个趋势。西医在外科手术方面有着巨大优势，中医对人体调理和疑难疾病治疗方面有着独特优势。如果能将中医西医结合，那么对于一些复合的复杂疾病的治疗解决，便有着巨大帮助。但中医西医在融合的过程中由于缺乏纽带，导致中西医融合一直发展缓慢。微观层次的生物信息研究方法，与现代西医发展有着许多共同之处。而且对生物信息的分析，又能够完善中医学病理药理的研究思路。所以，生物信息学渐渐的成为一种中西医融合连接的纽带。基于生物信息学的现代生物科学发展，使得中西医在基本理论方面，有着越来越多的共同点。诸如生物芯片制造，大规模筛查系统，等等方面都为中医与西医的融合提供平台。
3)生物信息学研究方法
生物信息学与中医学的融合，不仅仅表现在对中医学本身发展。生物信息学特有的计算机信息处理方法是对传统中医学信息处理方法的巨大变革。中医学本身发展有着明显的地方特色，在不同地方，中医学针对不同的疾病和药物应用，都有着不同的方法。传统的中医学发展的过程中，由于距离问题缺乏交流，导致中医学许多药物应用和疾病治疗方法不能得到有效推广。而借助计算机信息处理技术，能够对已研究信息进行记载。并利用网络技术实现信息的交流共享。这对于进一步加快推动中医学发展有着重要意义。另外计算机的信息处理方法，也使得中医学在进行疾病和药物研究中遇到的问题能够进行分享寻求共同解决。生物信息学方法为中医学提供的先进信息处理观念大大拓展了中医学的进步的空间。也加强了各个地方中医学之间的交流。
4结束语
生物信息学作为新兴医学热门领域之一。在现代医学的各方面都发挥出巨大的作用。尤其是推动传统中医学进步方面更是效果明显。在科学技术不断发展的今天，信息技术不断进步的今天。生物信息学对中医学研究方面的推动以及给中医学带来的先进研究理念，都使得中医学发展大大加快。另外借助生物信息学的方法，对中西医结合发展创造了条件。虽然当前生物信息学与中医学的结合发展，已经取得了许多成就，但未来生物信息学这一研究微观性质的生物信息方法。能够进一步与中医学进行融合。其在许多方面还可以有着更深入的交流。生物信息学与中医学的融合，是现代医学发展的一个趋势，也是推动现代医学发展的一大助力。
参考文献：
[1] 吴元胜， 朱华宇. 生物信息学与中医药现代化研究[J].现代中西医结合杂志，(11)：12-13.
转化医学:十年回顾与展望 篇3
关键词：转化医学,基础医学,临床医学,干细胞治疗,组织工程
转化医学(translational medicine)是近10 年来国际生物医学领域出现的新概念和重点研究方向。它试图在基础研究与临床医疗之间建立更为直接的联系——双向转化通道(two- side way),从而推动基础研究成果的快速临床转化和反馈[1]。同时,作为一种新理念,转化医学倡导学科间交叉整合、学组间交流协作,并引领更多医学研究聚焦临床疾病防治,向“以患者为中心”的方向发展。
进入21 世纪以来,作为现代生命科学的主要分支和重要组成部分,基础医学、临床医学和药物研发都以各自为阵的形式迅猛发展,它们之间固有的屏障和沟壑日趋显著。这种研究与应用之间的脱节势必成为生命科学继续快速发展和前进的绊脚石。另一方面,伴随生命科学的长足进步,基础研究已经广泛渗透到临床医学的各个领域,为实验室获得的知识和成果快速转化成为临床诊疗技术和工具提供了可能。在此背景下,转化医学应运而生并引起日益广泛的重视和关注[2]。作为沟通基础学科和临床学科之间的桥梁,转化医学在医学研究和健康产业中的重要性不断提升,它必将给未来的生命医学研究和发展带来深刻的变革。
1 转化医学的概念
经历了近10 年的快速发展,转化医学的理念已为国内外学者的广泛关注和接受,但其确切定义却未完全形成,对其理解直至今天也不尽相同。随着临床研究复杂性的增加,临床和基础研究间的屏障也在增大,这使得新知识向临床的渗透以及向基础研究的反馈都十分困难。因此转化医学的核心是打破基础医学、药物研究、临床医学之间的屏障,加强研究与应用之间的结合,在它们之间建立起一个双向转化的桥梁。一方面从实验台到病床边(from bench to bedside),把基础科学家获得的知识和成果,快速转化到临床应用领域(包括医疗、预防、护理等),为疾病的诊断和治疗提供更先进的理念、手段、工具和方法,提高临床疾病的预防和诊治水平;另一方面,临床研究者在转化成果的应用中及时反馈,再进一步转入相应的基础领域进行深入研究(from bedside to bench),使缺陷和不足得以及时修正,从而也促进了基础研究的发展,这就是具有双通道效应的“B2B”模式[2]。现代意义的转化不仅包含从实验到人(laboratory to human)的转化,还包含有从理论到实践(evidence to practice)的转化,即bench to community translation。同时,临床医学家在对疾病的观察和实践中发现和提出的新问题,可以进一步激发基础学科研究的新思路,更有针对性地解决临床问题。由此可见,转化医学是循环式的科学体系和理念,在从事基础科学发现的研究者和了解患者需求的临床医生之间建立起有效的“枢纽”,焦点特别集中在基础细胞分子生物医学研究向最有效和最合适的疾病诊断、治疗和预防模式的转化。基础研究注重于知识探索、发现和创新,临床医学着眼于疾病诊断、治疗和预防,而转化医学聚焦于具体疾病,以疾病诊疗为研究出发点,以促进科学发现转化为医疗实践并最终服务于患者为目标[3,4,5]。转化医学倡导的“以患者为中心”,是指从临床工作中发现问题、提出问题;由基础研究人员进行深入研究,分析问题;然后再将基础科研成果快速转向临床应用,解决问题[6]。这就需要基础研究与临床科技工作者密切合作,从而达到提高医疗总体水平的目的。因此转化医学主张打破以往单一学科“各自为阵”或“有限合作”的工作模式,强调集中有限的研究资源(包括人力、物力和财力),多学科、多领域组成课题攻关小组,发挥各自优势,通力合作,促进研究进程向一个更加开放的方向发展[7]。
医学的转化型研究(translational research)包含以下几个主要环节,即:
● 理论科学研究(conceptual scientific research),
● 临床前期研究(preclinical studies),
● 临床研究(clinical studies),
● 临床实践(implementation of research results into clinical practice)。
由此可见转化医学遵循的是循证医学的原理,其实质是理论与实际相结合,是基础研究与临床研究的整合,是生命科学和生物信息学革命的时代产物。通过对细胞、分子、结构、功能、表型、发病机制、生理、病理、环境遗传、预警诊断、预防治疗、医学信息的系统分析,实现多学科、多层次、多靶点、微观与宏观、静态与动态、人文与科学的交叉整合、融会贯通。转化医学理念的提出是人类医学发展史上一次伟大的革命,具有里程碑意义。它不仅涉及到基础和临床各个专一学科的改革,更有关于现在和未来医学人才培养的医学教育的改革。基础科学必须与临床医学结合,才有生命力;基础医学必须为临床服务,才有前途。转化医学所倡导的基础与临床相结合也是未来医学教育改革的方向和实施改革的平台和途径。因此,转化医学的理念,也必将促进培养更多的全新医学人才,从而促进和保证生物医学研究的健康稳定发展[8]。总之,转化医学作为医学发展的前沿领域,对医学的发展起着重要的引领和支撑作用,既致力于促进实验室基础研究更有效、更快捷地转化为面向人的研究,又致力于促进临床研究成果早日有效应用于临床工作和医疗决策。
综上所述,我们可以给转化医学这样一个初步定义:转化医学是一种循环式科学体系,是建立在基础研究和临床应用开发间的双向转化通道;它遵循循证医学的原理和“以患者为中心”的理念,倡导知识间交叉整合、学科间通力协作,努力促进基础研究成果的快速、高效临床转化与及时反馈,为疾病诊疗和防治提供新的策略和手段。
2 转化医学在世界范围内的进展概况
1968 年,新英格兰医学杂志的一篇编辑部社论文章首先提出了“bench- bedside interface”的研究模式[9]。但在随后很长的一段时间内,由于科技发展水平的限制和人们对疾病认识的不足,此模式并没有获得足够重视和深入探讨。直到1994 年,Morrow正式提出用“translational research”的概念指导癌症防控,转化医学才逐渐被认识和理解 [10]。随后的短短20 年中,转化医学的作用和能量日益显现,有关转化医学的研究论文也不断增多。美国国立卫生研究所(NIH)2003 年描绘的路线图计划(roadmap)中,现代概念的转化医学的理念正式确立,这也就是所谓的双向、开放、循环的转化医学体系[1]。
2006-05 初,苏格兰与全球最大制药公司之一的惠氏制药公司启动世界上第一个转化医学合作研究中心,总投资额接近5 000 万英镑。参与该项目的机构包括苏格兰的4 所著名大学(阿伯丁大学、邓迪大学、爱丁堡大学和格拉斯哥大学)、惠氏制药公司、苏格兰工商委员会以及苏格兰相关地区的国民保健系统(NHS),主要研究可诊断及监测人类疾病的新参数即生物标志物(如新近发现的蛋白质或指示剂),这些生物标志物可通过患者的血液样本或X光片检测出来,进而能用于观察治疗的进展以及心脏病、癌症、抑郁症,骨质疏松症等患者对治疗的反应,有望在不久的将来为遭受各种重症折磨的病患者带去福音。与此同时,全球知名的医药企业阿斯利康公司在中国北京宣布,该公司将于未来3 年内在华斥资1 亿美元,建立阿斯利康中国创新中心,开展基因治疗的转化医学研究。NIH自2006 年开始组织二十余个大学和机构成立协作组,设立一个名为临床和转化科学(clinical and translational science)的崭新学科,其目的在于推动和加速多学科交叉和学科间的合作、孵化创新研究的手段和技术(如组织工程技术、癌症防治技术的临床转化、干细胞治疗人体疾病等等)、催化新知识和新技术运用于医疗第一线,这标志着转化医学理念的正式确立。在以后的几年里,我国的很多医疗科研机构也都纷纷成立了不同规模的医学转化中心,推动了转化医学理念在中国医学界、制药界的广泛传播。但对于投入来说,发达国家走在发展中国家前面。迄今为止,美国已经在38 所大学建立了转化医学研究中心,在2012 年以前将会增加到60 个以上。每年仅NIH资助转化医学的研究经费就有5 亿美元。据报道,现阶段用于转化医学研究的投入,英国近4.5 亿英镑,欧洲共同体达60 亿欧元。
在短短几年的发展过程中,转化医学研究已经确立为世界医学研究的一个新的起步点和着力点,受到越来越广泛的重视和关注。2010-12-07,美国NIH科学管理审查委员会也建议并计划成立专门的NIH医学转化研究中心,预计2011-10正式运转,预算高达65 亿美元,此举将转化医学研究推向一个从所未有的高度[11]。在我国,国家高新技术研究发展计划、国家自然科学基金的资助模式和投放重点也在进行改革和向转化医学研究方向倾斜。一些敏锐的科研团体和医药先驱公司已捕捉到这一新动向,正在争先恐后地组织人力、物力和财力,加紧谋划,以期优先占领转化医学的制高点。国内很多院校也提出要在未来的发展规划中科学规范临床研究、注重培养临床研究专家、建设好临床研究平台、做好临床和基础研究的结合、培育转化医学的理念。
近年来,为了促进转化医学的发展,以转化医学为主题的大型国际研讨会几乎开遍了世界的每一个角落,世界上许多核心期刊都开辟了转化医学研究专栏,为满足越来越多的转化医学研究成果提供交流平台。2009 年,Science Translational Medicine、The American Journal of Translational Research同时创刊,与前几年先后创刊的Journal of Translational Medicine, Translational Research, Clinical and Translational Science等国际性专业杂志构成了转化医学的信息网络中枢。作为Science的子刊,Science Translational Medicine还设立了最佳转化医学奖(Excellence in translational medicine),临床转化奖(Bedside- to- bench awards)等奖项[12],鼓励越来越多的学者从事转化医学研究。
然而,作为一个新的多学科交叉的领域,转化医学要得到发展和成熟,最终推动其他医学领域的进步,成为引领科研、教育的航标,还要经过很长一段时间的积累过程,需要管理层、学者和社会的共同关注;需要整合多学科知识,促进知识体系紧密交流和联系,相互完善和发展,才能最大限度刺激转化医学为促进人类健康事业发展发挥更大的作用[1,13,14,15]。
3 转化医学的经典范例
虽然转化医学的概念是近十年来的产物,其理念却是伴随着生命科学、医学生理学研究和教育学的发展,源于经验、源于实践,经历了漫长的凝练历程。在为人类健康做出重大贡献的一些研究成果中,无不体现着转化医学的思想。也正是这早已存在、近十年才越烧越旺的火炬,引领无数医学研究大师们(包括很多诺贝尔奖获得者)走向成功。剖析一些经典的转化医学范例,既有助于加深我们对转化医学思想的理解,也有助于增强我们建立“转化枢纽工程”,推行更多成果转化并服务于人类健康的动力和信心。
以磁共振成像技术的发明和普及为例,这种精确度高、立体成像且对身体无害的诊断技术,成功挽救了无数患者的生命。磁共振现象在1946 年就被美国科学家费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔发现,但如何将这一成像技术引入临床疾病诊断却经历了漫长而曲折的过程。1973 年,美国科学家保罗·劳特布尔发现在静磁场中使用梯度场,能够获得磁共振信号的位置,从而可以得到物体的二维图像;在此基础上,英国科学家彼得·曼斯菲尔德进一步发展了使用梯度场的方法,指出磁共振信号可以用数学方法精确描述,从而使磁共振成像技术成为可能,他发展的快速成像方法为医学磁共振成像临床诊断打下了基础,推动了医用磁共振成像仪问世。利用磁共振成像技术,可以诊断一些以前无法诊断的疾病(如软组织疾病),特别是脑和脊髓部位的病变;可以为患者需要手术的部位准确定位,特别是脑手术更离不开这种定位手段;可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况,为更好地治疗癌症奠定基础。今天,磁共振成像仪已经成为世界普及的最重要的诊断工具之一,对医学影像诊断和疾病防治产生了深远的影响,这是一个“以临床应用为中心”,将基础研究转化成临床诊断技术的经典范例。
从幽门螺杆菌发现到胃病防治,同样贯穿着“B2B”的理论。1979-04,澳大利亚珀斯皇家医院研究人员罗宾·沃伦发现一种特殊的螺旋形细菌总是出现在慢性胃炎标本中,沃伦意识到,这种细菌和慢性胃炎等疾病可能有着密切联系,而明确这种联系也许可以找到征服慢性胃炎的钥匙。在这种“以疾病为中心”理念指导下,为了获得这种细菌致病的证据,巴里·马歇尔和莫里斯通过反复实验发现这种细菌与慢性胃炎、十二指肠溃疡发病密切相关,而且通过杀灭这种细菌可以达到治疗胃病的目的。由此他们发现了导致人类罹患胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡的罪魁祸首——幽门螺杆菌,革命性地改变了世人对这些疾病的认识,从而将胃病防治水平带进一个崭新的快速发展时期,奠定了根治幽门螺杆菌治疗胃病的基础,为人类健康做出了卓越的贡献,他们也因此获得了2005 年诺贝尔生理学或医学奖。
体外受精技术俗称试管婴儿技术,被认为是20 世纪对人类最有贡献的技术发明之一。从1959 年基础研究中发现体外受精现象,到真正利用这项技术来满足大量的临床需求,经历了漫长而艰辛的过程,克服了技术、伦理、社会认可等多方面的挑战。1978-07-25,世界首例试管婴儿终于在经历无数转化实验后成功在英国剑桥降生。今天,全球已有400 万人通过试管婴儿技术出生,圆了无数不孕不育夫妇成为父母的梦想,同时这项技术还为胚胎干细胞和再生医学研究奠定了一个重要基础。对于现代医学来说,英国人罗伯特·爱德华兹在这方面所做的贡献具有里程碑意义,被誉为“试管婴儿之父”。
从上面的例子可以看出,这些专家学者的成功,都遵循着循证医学与现代转化医学的原理和策略。他们既是诺贝尔奖的青睐者,也是基础研究向临床转化的典范,最大的受益者则是广大的临床患者。我们从中应该得到这样的启示,一项新的诊断技术、治疗方法的诞生,无不是从基础研究开始,不断摸索、攻克一个又一个难关,最终才能成为临床诊疗“工具”,为患者带去福音。着眼临床需求,将基础研究的成果,转化成为临床的诊疗方法,正是转化医学的精髓即“B2B”模式。进一步促进科研成果的转化和实践,是摆在医学研究者面前的社会课题和责任。我们有理由相信,随着转化医学理念的成熟和发展,越来越多的划时代诊疗技术必将陆续问世,人类疾病防治能力和水平将在转化医学的指引下,走向一个更加飞速发展的新时期。
口腔医学是转化医学研究的一块沃土,这里有丰富的病员和广泛的临床需求。氟化物防龋、菌斑生物膜理论已经把牙病防治推进一个崭新的发展时期。作为口腔医务工作者,我们必须认识到,通过对疾病机制的探索,龋病和牙周病不再被认为是千人一面的、仅仅局限于牙齿的疾病,而是有着个体特异性、复杂病理机制、甚至与全身健康密切关联的重要疾病。它的异质性是由菌斑生物膜成分的复杂性、环境因素的多样性以及宿主遗传特质三方面的差异交织而综合决定的[3]。这种观点拉近了口腔医学与临床医学、基础医学甚至生命科学的距离,也改变着或即将改变现代牙病防治理念。与此同时,口腔颌面部肿瘤防治、组织再生、缺损修复又与临床医学相互交织在一起。应该说牙病特别是牙周病一直是巨大的社会公共卫生问题,在非发展国家尤为严峻,到目前为止仍缺乏有效的预防和应对措施。在牙病防治研究方面尽早引入和普及转化医学的理念,整合有限的资源、采取多学科交叉的战略,立足临床核心问题,将研究成果及时转化,是推动口腔医学临床诊治防水平全面提升的重要举措。
4 转化医学的研究热点展望
4.1 干细胞治疗(stem cell therapy)
干细胞研究与应用是心血管疾病、糖尿病、神经系统疾病、肝脏疾病等重大疾病治疗和多种组织缺损(如骨、软骨、神经、血管、牙周组织缺损等)修复再生的新途径和新希望,是生命科学和医学研究领域国际关注的焦点。加快干细胞治疗技术的临床转化和应用,具有巨大的社会经济效益,将会对人类健康水平产生深远影响。然而,干细胞基础研究的不断深入并没有为足够患者带来更多福音,只有少数学者在不同领域(如系统型红斑狼疮的治疗)进行了尝试[16]。目前开展的干细胞临床实验急需进一步推广,从而解决此领域基础研究与临床应用的严重脱节。干细胞治疗的临床转化应注重解决和筛选适宜的移植细胞,建立相关疾病动物模型与评价、细胞移植途径优化与剂量确定、移植后在体示踪技术、安全性及有效性指标检测等技术平台,开展治疗有效性的机制研究,提高移植细胞效率,完成相关产品的临床前研究,建立免疫排斥反应防治等关键技术,制定相关临床准入标准[17]。虽然围绕干细胞应用还有很多“瓶颈问题”有待解决,国内外很多医疗机构的干细胞培养技术、实验室条件都已经完全能够满足临床应用的要求。在安全性、有效性得到保障的条件下,尽早开展干细胞治疗的临床对照实验研究,推动干细胞真正成为强有力的临床治疗工具,是目前转化医学研究的一个重要任务。也只有借助“B2B”模式,干细胞研究水平才会有质的提升。
在口腔再生医学研究领域,干细胞研究也取得了突飞猛进的发展。本世纪开始,国内外学者分别从牙周膜、牙髓、牙囊、牙乳头等多种牙源性组织中分离培养出干细胞,让牙及牙周组织再生成为可能。然而,目前仍然没有切实可行的安全、简易的干细胞治疗可为临床牙病患者服务[18]。令人欣喜的是,国外已经有学者在着手这方面的临床研究,我国也有利用干细胞治疗牙周病的临床尝试。结合动物实验所取得的结果,我们有理由相信干细胞治疗必将为牙周病、颜面缺损修复等治疗作出巨大贡献。我们有大量的患者资源和临床需求,为口腔转化医学研究提供了有力支撑。
4.2 组织工程(tissue engineering)技术
多种因素造成的组织缺损修复是现代医学、生物材料学、生物学等多领域面临的难题。器官移植和赝复体修复虽然在一定程度上恢复了少数病例的全部或部分组织缺损,但器官来源有限、免疫排斥以及雁复体功能较差等因素严重制约了器官移植和赝复体修复在临床的广泛应用。日益增长的病例需求和有限的组织器官资源都在表明一个事实,移植器官供与求的差距还在继续加大。正是由于移植器官的缺乏,用组织工程方法构建可供移植的人工组织和器官已经成为现代再生医学研究的核心。其基本思路是从患者身上取得相应组织器官的少量组织,在体外将其分散成单细胞,扩增培养以获得足够量的细胞,再将细胞接种在合适的载体和支架上,直接或体外培养后再移植到相应的组织器官缺损处,达到组织器官修复再生的目的。此思路经过近30 年的发展,已经形成一们新兴的学科,即组织工程学。
近年来,组织工程支架材料领域的研究极为活跃。运用不同来源、不同合成方法的生物材料,人们不仅在组织工程的最早产品人工皮肤领域进行了较为完善的研究和开发,同时,在诸如人工骨、软骨、神经、血管材料等方面,都进行了大量的研究和探索。遗憾的是,目前除了组织工程皮肤外,还没有可供临床应用的其它组织工程产品。我们必须认识到,在组织工程研究领域巨大投入和微薄临床“贡献”已经形成巨大反差。但是,组织工程技术给再生医学带来的变革无疑是巨大的,也必将在这个领域做出更大的贡献。利用转化医学的策略作为指引,加强组织工程研究成果的转化研究,任重而道远,但具有广阔的应用前景和研究开发空间[19]。
4.3 内源性再生医学(endogenous regenerative medicine)
促进再生医学技术的临床转化,不仅要满足安全、有效两个基本条件,还应考虑到简便、实用和经济的原则。近年来,通过一些现代的技术和方法,刺激、发挥患者自身修复再生潜能,临床安全性好、操作简便,患者易于接受,因此成为再生转化医学研究的热门话题,被称为内源性再生医学。其中,干细胞“归巢”(cell homing)、富血小板血浆(platelet- rich plasma, PRP)技术是内源性再生医学研究领域的两个热点。
干细胞“归巢”的含义来源于骨髓移植后,造血干细胞(hematopoietic stem cells, HSCs)在体内的一系列的迁移活动,是指HSCs移植后经外周血循环进入受体后,经复杂的分子间相互作用而介导的其在骨髓内的识别与定位。这种细胞“归巢”包括一系列过程,以移植的干细胞滚动黏附于骨髓血窦内皮始,继之以稳定的黏附并穿行内皮细胞,最终到达血管外骨髓微环境并开始重建造血[20]。近年来,再生医学研究领域将干细胞“归巢”内涵进行了拓展。一方面,所有干细胞通过上述相同或相近的方式,到达靶点组织或器官从而产生治疗作用的迁移都称为干细胞“归巢”;另一方面,通过干细胞“归巢”诱导因子,诱导受损伤区域周围组织的成体干细胞向一个特定的微环境定向以变形虫式运动(ameboid movement)或填隙式迁徙(interstitial migration),最终在靶位(组织缺损区域)定居并发挥功效的现象也称为干细胞“归巢”。虽然干细胞“归巢”的分子机制还没有阐明,但归巢的干细胞参与组织修复再生的现象已经引起了学者的高度关注,成为内源性再生技术的核心,并在一些特定的动物模型中得到证实[20]。特别是美国哥伦比亚大学毛剑(Jeremy J. Mao)教授和他领导的课题组利用归巢的自体干细胞,在动物体内已经实现了牙周组织和牙髓的再生,为内源性再生技术的开发应用提供了证据[21,22]。与目前流行的干细胞移植技术相比,干细胞“归巢”克服了干细胞移植的局限性,有利于临床转化;通过发挥患者自身修复再生潜能,安全、操作简便,患者易于接受。尽管如此,围绕干细胞“归巢”促进组织再生的转化研究,也有很多问题期待进一步深入探讨。
富血小板血浆(platelet- rich plasma, PRP)自20 世纪60 年代开始应用于临床止血治疗,1998年Marx首次把PRP与自体髂骨结合应用于下颌骨缺损重建治疗中。在实验与临床研究中,PRP表现出良好的促进难愈合伤口的修复作用且有独特的优势。由于PRP是内源性的,所以不会出现外源性生长因子的免疫排斥,也不会有异体移植中存在的传播疾病的危险;PRP中含有多种高浓度的生长因子,且各生长因子的比例与体内正常比例相符,使生长因子之间有最佳的协同作用,是PRP促进组织再生的基础。通过改良技术制备的PRP凝胶,可以作为细胞的良好载体和支架,对患者的损伤小且制作简单,能有效降低医疗成本,具有广阔的临床应用前景[23]。现代PRP技术可以制备含有高浓度多种生长因子的产品,在创伤愈合的过程中,既包括PRP中所含各种生长因子的单一生物学效应,又包括各种生长因子之间的相互作用,通过缓释作用使生长因子较长时间持续稳定释放,为生长因子的生物控释提供了新的思路。但PRP的临床应用目前尚未获得预期的效果,如何规范、筛选、优化PRP的成分,建立标准的临床应用策略,是促进PRP技术临床推广应用的关键步骤[24]。
5 困难和对策
近十年来,随着转化医学概念的提出和理念的推广,促进了医学研究的转型,同时也引导着政府策略和经费支持方向的改变。然而,这并不意味着转化医学的发展从此就一帆风顺、走上了坦途。现阶段,转化医学的理念才初步形成,全面推行转化医学研究还面临一些实际问题,如转化研究缺乏统一、规范的标准且思路不明确、理念不清晰、过程不规范、随意性大甚至有时功利性居主导地位;基础研究者与临床医生之间的交流与合作还很缺乏;临床转化过程中涉及的伦理学问题尚待进一步解决;临床医学和社会预防之间还没能建立真正的有效循环等等[1,2],这些都需要我们在不断探索的过程中加以解决。
转化医学并非传统意义上的一门学科,它包含了来自各个领域、各个学科的各种知识、经验和研究成果。碎片化、效率低下、缺乏条理性和连贯性是影响转化医学发展的主要障碍。在全球一体化的大背景下,要解决各自为阵的碎片化格局需要有全球化的视角[25]。也就是说,我们需要以整体的观念来开发新的诊疗方法和手段,培养制定并管理开发流程,更重要的是与各个领域的研发人员合作,优化和整合研究资源,合理利用团队的力量,来解决实际问题。
转化医学今天面临的困难,归根到底还是专业人才的匮乏。在所有参与转化医学的研究人员当中,应该有一群专业的、具有全球视野的、精通国际领域问题的“领航员”,负责指导整个研发过程。这样的人才是我们急需的,也是最紧缺的,需要通过进一步教育的改革去锻造、磨练更多这样的“排头兵”来引领转化医学健康稳步向前发展[26]。我们不可能要求每个转化医学从业人员都是全才,精通各个领域,但他们必需具有国际化、全方位的视野,具有良好的沟通和协调能力;他们应该通晓规范的转化程序、熟悉转化研究应遵循的章程。这实际上属于转化医学专业知识的范畴,但目前还没有真正形成一个完整的知识体系。在管理层面上,学术科研机构和政府管理部门需要为适应转化医学的发展重新建立一整套管理规范。在各个部门之间也要建立良好、有效的沟通渠道,以妥善解决彼此间的矛盾和分歧。随着转化医学专业知识的不断积累,无论是从个体角度还是公共整体角度来说,今天所面临的问题和困难最终一定能找到有效的解决办法。
6 结 语
转化医学研究任重道远,意义重大。构筑转化医学研究、实践和人才培养的平台和基地是未来医学发展和教育改革的需要。强化和推动基础与临床相结合,医教研一体化的运行体制和模式,建立转化医学中心,引领转化医学研究和医学成果转化是摆在我们面前重中之重的工作。培养转化医学理念,鼓励基础研究人员和临床医生进行双向交叉,把转化成果和实际应用放在更重要的地位是二十一世纪医学发展的方向。在我国,大力发展转化医学有望促进基础研究与我国病例资源优势的深度整合,快速提升我国生物医药研发的原始创新能力,并在重大疾病发病机制上取得突破性进展,最终提高我国的综合实力。
生物医学展望 篇4
摘要：海洋生物制药是当前正处于发展阶段的生物医药科学领域，是新兴的制药工业的分支学科，是研究海洋生物的药物来源、分布、形态、鉴别、采集加工、化学成分、药理作用、炮制、制剂、临床前研究及临床应用等多学科的综合性科学。本文阐述了在对海洋生物制药历程与意义解析的基础上，分析了目前海洋生物制药的研究现状及展望。
关键词：海洋生物；生物制药；基因工程
海洋生物是巨大的生物资源库，具有许多结构新颖、活性奇特的化合物[1]，其中许多化合物如抗肿瘤、抗病毒、抗感染、抗血脂与降胆甾醇物质、降血压物质、海洋生物毒素等生物活性物质正是人类渴望获得的，这些生物活性物质对开发新药具有巨大的研究和使用价值。近年来，随着海洋开发步伐的加快和现代生物技术的广泛应用，海洋生物活性物质的研究已涉及到生物、医药、化学等多方面的知识和技术，从海洋生物中发现活性天然产物，并将其开发成新型药物已经得到了研究人员的普遍重视[2]，海洋生物制药已成为一个崭新的领域，有着广阔的研究和市场前景。
一、海洋生物制药的研究现状
目前已经从各类海洋生物中发现了3万种以上的活性物质，在此基础上研究开发出了许多海洋生物药物，其主要药理作用包括抗肿瘤、防治心脑血管疾病、抗艾滋病、抗菌、抗病毒、延缓衰老及免疫调节功能等。现已开发的海洋药物[3]已在治疗癌症、艾滋病、心脑血管病、早老年痴呆症等一些至今仍困扰人类的疾病方面显示出巨大的潜力。目前，海洋药物研究的重点领域有：
1、抗肿瘤海洋药物的研究
海洋抗肿瘤药物的研究在海洋药物研究中一直起着主导作用。癌症是对人类威胁最大的疾病之一，从海洋生物中获得的抗癌活性物质或对其结构改造所得的化合物，可被制成毒性低、疗效高的治疗药物。因此，海洋药物已成为寻找新的抗癌药物的一个最有希望的药源。据报告显示，现已发现海洋生物提取物中至少有 10％具有抗肿瘤活性，现已分离到的具有抗癌活性的物质包括从海绵、海鞘、软珊瑚、海兔等海洋生物中得到的尿苷、酰胺类、聚醚类、萜类、大环内脂、环肽、直链肽等多种化合物。目前至少已有10种以上海洋抗癌药物进入临床或临床前研究阶段。因此，扩大海洋生物的活性筛选，继续寻找高效的抗癌化合物，直接用于临床或作为先导物进行结构改造，开发新的高效低毒的抗癌成分，将成为海洋抗癌药物研究的发展趋势。
2、心脑血管系统海洋药物的研究
目前已研究出多种海洋药物可有效预防和治疗心脑血管疾病，主要以多糖、毒素和多不饱和脂肪酸居多。如高度不饱和脂肪酸，其主要活性成分有二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），主要存在于海洋鱼类、贝类和藻类，特别是单细胞藻类含有丰富的EPA和DHA，这两种脂肪酸都具有降低血压，降低高脂血症患者血浆中的三酰甘油（甘油三酯）、低密度脂蛋白和胆固醇，降低血小板凝聚，增加血凝时间等功能，这种高度不饱和脂肪酸是近年来研究和应用较多的。还有多种海洋生物毒素，不仅有强心作用，而且有很强的降压作用，河豚毒素的抗心率失常作用目前研究较多。此外，还有藻酸酯钠类、螺旋藻类，后者对于高血脂和动脉粥样硬化有良好的预防和辅助治疗作用。
3、抗菌、抗病毒海洋药物的研究
与海洋动植物共生的微生物是一种丰富的抗菌资源，其微生物提取物或其细胞外产物都有抗微生物（包括细菌、真菌、微藻和原生动物）活性。日本学者发现约27％的海洋微生物代谢产物具有抗菌活性。近年来，从海洋生物中发现了大量具有抗细菌和真菌的化合物，包括脂肪酸类、糖脂类、丙烯酸、苯酚类、溴苯酚类、碳水化合物、N-糖苷、肽、多糖、β-胡萝卜素等，这些化合物有的可能作为先导化合物，研制新的抗微生物药物，有的可能在农业上得到应用，如从蓝细菌中分离出来的具有抗水稻胚胞和小麦锈斑病的活性物质。此外，从海绵、珊瑚、海鞘、凹顶藻等海洋生物中分离到的一些萜类、核苷类、多糖类、生物碱类和其他含氮化合物，都不同程度地显示出抗病毒活性。
4、消化系统海洋药物的研究
如多棘海盘车中分离的海星皂甙及罗氏海盘车中提取的总皂甙均能治疗胃溃疡，后者对胃溃疡的愈合作用强于甲氰咪胍，壳聚糖的羧甲基衍生物，商品名为“胃可安”胶囊，治疗胃溃疡疗效确切，治愈率高，已进入临床研究。大连中药厂配合中药制成“海洋胃药”应用于临床已取得较好效果。
5、消炎镇痛海洋药物的研究
从海洋天然产物中分离的最引人注目的活性成分是manoalide，它是磷酸酯酶 A2 抑制剂，在上世纪 80 年代中期已被作为一个典型的抗炎剂在临床试用。
6、泌尿系统海洋药物的研究
褐藻多糖硫酸酯是一种水溶性多糖聚，具有抗凝血、降血脂、防血栓、改善微循环、解毒、抑制白细胞及抗肿瘤等作用，临床用于治疗心脏、肾血管病，特别对改善肾功能，提高肾赃对肌酐的清除率尤为明显，在国内外首先用于治疗慢性肾衰，挽救尿毒症患者有明显疗效，且无毒副作用。现已按国家二类新药获准进入临床研究，商品名为“肾海康”。
7、免役调节作用海洋药物的研究
海洋天然产物是免疫调节剂的重要来源。具有免疫调节活性的角叉藻聚糖，是来自大型海藻的硫酸化多糖的一大类成分，被广泛用于肾移植的免疫抑制剂和细胞应答的修饰剂。
8、其他海洋药物的研究
其他如神经系统药物、抗过敏药物等研究亦取得较大成果。海洋是新种属微生物的生存繁衍地，从众多的新种属微生物中，可以培养出一系列高效的抗菌药物，如来源于多种链霉菌的Teleocidin 即为一种强抗菌药物。海洋毒素是海洋生物研究进展最为迅速的领域，多数海洋毒素具有独特的化学结构。由于许多高毒性的毒素是以针对生物神经系统或心血管系统的高特异性作用为基础，因此，这些毒素及其作用机制是发现新神经系统或心血管系统药物的重要导向化合物和线索，也可作为寻找新农药的基础。现已发现的海洋毒素其化学结构大致可分为：聚醚类化合物、含氮化合物、溶血糖脂类、记忆丧失性氨基酸贝毒、酯溶性酚类和含磷化合设物。
从海洋生物中发现的大量活性天然成分，有的可以直接进入新药的研究开发，但有的活性成分存在着活性较低或毒性较大等问题。因此，需要将这些活性成分作为先导化合物进一步进行结构优化，如结构修饰和结构改造，以期获得活性更高、毒性更小的新的化学成分。不少海洋天然活性成分含量低，原料采集困难，限制了该化合物进行临床研究和产业化。寻找经济的、人工的、对环境无破坏的药源已成为海洋药物开发的紧迫课题。采用化学合成的方法进行化合物的全合成是解决药源问题的一个重要手段，已有不少海洋活性天然产物实现了全合成，如草苔虫内酯和海鞘素B均已成功地进行了全合成，由于不少成分结构非常复杂，要进行全合成，难度大、成本高，不易形成产业化。
目前，海洋生物制药主要通过海洋药物基因工程，包括：(1)将海洋药物基因转入陆地生物中表达；(2)将来自陆地的药物基因转入海洋生物中表达；(3)将海洋药物基因转入海水养殖生物中表达[4]。目前的热点集中在海洋活性天然产物的研究及新药研究、海洋多糖的研究及新药开发、海洋微生物的研究及新药开发和海洋生物基因工程技术的研究等四个方面。但我国海洋生物制药产业仍存在以下问题：1.研发费用与能力不足。2.技术兼经营型人才与专业型人才缺乏。3.缺乏海洋生物制药产业化的有效机制。
二、海洋生物制药的研究展望
二十一世纪的海洋生物技术，经历近半个世纪的探索和发展，已经获得了许多宝贵的经验积累和丰富的研究资料，将向着水产养殖、天然产物获取和新能源
开发3个方向发展[5]。海洋生物技术的兴起，再加上现代的化学研究方法与多种生物技术越来越紧密地结合，这大大繁荣了海洋药物的研究与开发。
在未来的很长一段时间内，海洋生物制药的主要发展方向有：(1)增强海洋天然产物的活性；(2)加强海洋微生物药物的开发；(3)开发海洋生物细胞工程药物；(4)开发海洋生物基因工程药物。当前，我国海洋生物产业发展正处于由起步向全面迈入产业化崛起的关键时期，应在资金和技术两方面加大投入，保障其持续发展。在增加政府公共投入的基础上，可吸引社会风险投资，支持企业产品研发，同时提升企业自主研发能力，逐步形成以市场为导向、企业为主体、高校和科研院所为支撑、其他社会资源为补充的技术创新体系。高度重视人才的培养和引进、加强官、产、学、研相结合的方式，促进我国海洋生物制药产业的快速发展，为人类的健康、作出贡献，使海洋生物制药产业在我国经济乃至世界经济中占有一席之地。预计我国未来还将形成深海养殖产业、生物资源评价和保护产业、海洋鱼类疫苗产业等新型的海洋生物产业，因此，海洋生物产业将成为未来中国生物产业发展的重点领域之一。
从和谐发展的角度看，我们在看到海洋药物的巨大潜力的同时，也应注意避免海洋生态系统被破坏。现代生物技术应用于海洋药物的研究，使生物技术制药进入一个新的时代，为海洋科学和制药产业的发展以及人类可持续地开发海洋资源开辟了新的道路。
参考文献：
2020欧洲生物燃料展望 篇5
在未来的十年, 甚至更长时间, 液体燃料或者其他形式的能源, 例如石油等, 仍然是交通运输中最主要的能源供应。而其他可再生能源, 如氢电池和光电等, 在高效推广解决方案方面, 仍然面临很大困难。当然, 生物燃料有他们自身的问题。不容置疑的是, 一些可再生能源在应对气候变化方面比传统能源要好得多。这里同样面临的问题是, 如何解决在原料生产过程中土地利用紧张的问题。
其核心问题是:在未来十年的时间里, 欧洲将在交通运输方面, 保持对石油多大程度的依赖。生物燃料在这个问题的解决过程中将扮演什么样的角色?我们认为, 欧洲需要寻找、研发更多其他的生物燃料, 来解决目前由于石油危机带来的能源短缺的挑战, 以降低温室效应带来的影响。
在全球范围内, 由于石油的短缺, 在交通领域中使用生物燃料的紧迫性将进一步加剧。同时, 这对于各个国家和企业也是一个机遇。目前, 巴西和美国在全球生物燃料生产中处于领先地位, 而欧洲在这些方面则相对滞后。
不同水平的生物燃料消费在不同的地域扮演着不同的重要角色, 这在很大程度上是各国政策导向使然。由于20世纪70年代的能源危机, 巴西的生物燃料在当时就得到了较大规模的拓展, 而现在, 巴西生物燃料的发展也由于经济全球化带来的广阔的国外市场而得到促进。
在美国, 由于能源新政的政策激励和能源安全的必然需求, 目前, 生物燃料也得到了快速发展。与此相反的是, 在欧洲, 刺激生物燃料发展的最大因素是气候变化, 而不是政策因素。尽管如此, 能源安全问题, 以及日益紧张的石油短缺问题, 将会加快欧洲在未来几年发展生物燃料的进程。同时, 在其他可再生能源技术尚不完善的情况下, 将刺激对生物燃料的新一轮需求。
对于电动车较乐观的预期是, 在未来的十年, 电动车会成为欧洲交通运输的主要替代方式。最后, 我们期待大家能够更深入地认识到, 石油价格上涨对欧洲走出经济危机会带来巨大威胁, 这意味着, 对可再生能源的需求必须相应加大, 生物燃料依然是极具潜力的解决方案之一。
需要突破的瓶颈
针对生物燃料的供应方面, 两大问题必须得到解决:一是解决土地利用紧张问题, 解决生物燃料生产和食物供应的问题;二是相对于化石能源来说, 确保生物燃料能够减少温室气体的排放。在此之前的几年, 这两大问题制约了生物燃料的发展。但是, 这也促使我们产生了如何突破这些瓶颈的想法。
在全球粮食安全的大背景下, 粮食供应和能源供应的纷争, 必须被重新加以考虑。解决方案包括, 尝试改变全球粮食的分配方式, 因地制宜, 解决全球粮食分配的不均衡问题。
同时, 这对于促进农业生产也是个机遇, 当然必须控制农业生产的过程:一是对现有农产品的最佳分配方式加以改善;二是发展和使用更多农业方面的先进技术;三是对农业的集约化可控生产是可行的。农业产量的提高能够避免土地利用之争, 粮食供应和能源供应的纷争也将得到缓解。不论是粮食生产还是能源供应, 都将有充足的后备土地。
目前, 可替代生物燃料已经得到应有的重视。科学界争论的焦点在于:生物燃料的原料生产带来的土地利用变化, 以及在温室气体排放估算模型方面尚未达成共识。据目前的研究估计, 生产这些生物燃料造成的直接和间接温室气体排放是在允许的范围内。虽然在一些生物燃料的生产过程中, 排放的温室气体比使用化石能源还高, 但还有另一些生物燃料的排放量要比使用化石能源低得多。我们很有必要加大对这些领域的科学研究, 特别是和间接排放相关的部分, 因为这些部分很可能对全球农业系统以及经济发展造成影响。
现在清楚的是, 一些生物燃料比其他种类能源产生的温室气体要少得多, 而排放温室气体多的生物燃料将不会得到市场认可。新政策、新技术和新实践, 需要在将来得到更大范围的推广, 以应对全球气候变化带来的影响。
由于欧洲在发展清洁、可持续能源标准和规范方面处于领先地位, 因而在生物燃料方面, 最大程度地降低温室气体排放量, 在不久的将来很有可能实现。
生物医学展望 篇6
1 临床医学工程部门发展现状
1.1 体制不健全、职责不明确
自20世纪70年代我国建立临床医学工程学科以来,全国各级医院相继组建了临床医学工程科(部),但在管理体制上比较混乱,有的隶属后勤部门,有的隶属医技部门。在职责上差别也很大,有的只重视医疗仪器设备的采购,而忽视了仪器设备的功能开发和利用;有的只重视维修和日常管理,而忽视了仪器设备质量安全性、可靠性的控制和检测;有的甚至将总务后勤部门的水、电、气、机械等动力方面的维修掺杂进医学工程科的日常工作,使得医学工程技术人员不堪重负,这些都严重影响了临床医学工程学科的健康发展。
1.2 领导不重视、重医轻工思想严重
目前,各级医疗行政部门的领导中,医学工程专业出身的很少,对此专业不甚了解,未能充分认识到医学工程科在医院发展中的重要性。同时,因为医学工程科不能像临床科室那样直接创造效益,往往造成领导院忽视医学工程技术人员在设备采购论证、应急抢修、预防性维护及质量控制等方面所带来的间接经济效益,对于医学工程科在人员配备、进修培训、职称评定等方面给予了限制。
1.3 自身整体素质不高,技术水平参差不齐
据江苏某高校对4个省部分医院的调查,医学工程技术人员的学历结构为:研究生占1.8%,本科占12%,大专占33.7%,高中和中专占53.5%。湖南某高校调查30所医院医学工程技术人员的高、中、初级职称结构为8.4%,35.9%,55.7%[2]。不仅学历与职称结构不合理,而且真正医学工程专业毕业的人员占的比例也很少,许多现有人员未经过正规的医疗设备专业学习和培训,缺乏相关专业理论基础,知识面狭窄。随着现代医学的发展及各种新型医疗设备的引进使得医院迫切需要素质高、能力强、知识面广的医学工程通用型人才。
1.4 在职培训工作落后,发展进步受限
一方面,由于编制人员较少,医学工程技术人员的日常设备维修及计量质控等任务较重,再加上这些工作不直接产生效益,管理层不予以重视,医学工程技术人员较少能获得与临床医生一样出去培训进修的机会。据调查显示,县以上医院64%的医学工程技术人员从未参加过继续教育。另一方面,目前我国医学工程技术人员的职称评定没有一个专门的机构和组织,往往是挂靠在其他行业。而职称考试很少涉及专业知识,职称评定也没有专业评委,导致一些医学工程技术人员的晋升困难,甚至晋升“无门”[3]。在职教育培训、职称晋升及待遇得不到相应解决,造成了医学工程技术人员进取心不强或人才流失。
1.5 制度守旧,积极性和能动性得不到充分发挥
由于历史原因,在大多数医院,医学工程科的主要职能定位在医疗设备的维修上,从而使得医疗设备在购买时没有医学工程技术人员的论证参与,以致许多性能没有充分开发,功能闲置。由于仪器设备的使用管理都在临床科室,经常出现不按章操作,不定期进行维护保养的情况,甚至带故障运行,造成更大的损坏;有的设备由于使用频繁,临床使用科室往往找借口阻碍医学工程人员对设备进行必要的检修和质量安全检测,从而使的设备的安全性和可靠性得不到保证。同时,由于医学工程人员的工作很难用指标直接量化,他们的劳动价值很能被凸显出来,工作性质和成效被低估,在劳务补贴方面往往与临床科室有较大的差距,从而导致医学工程部门的工作职能得不到充分体现,医学工程人员的能动性、积极性得不到充分发挥,工作效率不高。
2 临床医学工程部门需强化的主要职能
随着科技的飞速发展,临床医学越来越依赖高精尖设备与技术,临床医学工程师已经成为现代临床医学与工程学之间的桥梁,医学工程的学科发展也逐渐得以完善,医院对医学工程部门的重要性也越来越重视。我们必须抓住机遇,顺应医院的发展建设,满足临床医疗的需要,保障医疗设备使用的有效性和安全性。因此,作为临床医学工程部门,必须强化以下5个方面的职能。
2.1 强化参谋职能,做好设备引进过程中的科学论证和把关工作
医疗设备的采购是一个复杂而又十分重要的过程,科学规范的采购必然会给医院带来巨大的社会和经济效益,否则就会给医院带来巨大损失。首先,在设备采购之前,要广泛征求意见,根据使用科室的实际情况和发展需要,对待引进设备的经济效益进行评估预测;了解不同厂商设备的性能指标、价格、维持费用以及此类设备在其他医院的运行状况等;对医疗设备的配置做出较为合理的方案,并写出可行性论证报告,为医院领导的决策提供有力的依据,从而确保所引进的设备既能满足临床科室的日常工作和科研需要,又不至于因为一味的贪多求全发挥不了设备的最大效益,造成资源浪费。其次,设备到货安装后,医学工程部门要依据合同条款,对设备进行验收检测,包括设备的软硬件指标、性能参数及电气安全等,以保证所购设备的安全性和有效性,降低源头风险。
2.2 强化维修职能,做好设备的应急维修和预防性维护工作
应急维修也称一线维修,这是临床医学工程师必须具备的素质和技能。设备在使用工程中不可避免会出现各种故障,只有及时排除故障,才能保证设备安全有效的使用,满足临床医疗的需要。预防性维护(Preventive Maintenance)是指周期性地对仪器设备进行维护保养和功能检查,动态观察设备的运行状况,它是对仪器设备的一种动态管理[4]。随着越来越多的先进仪器设备应用于医院临床,对医疗设备的动态管理提出了更高的要求,作为医学工程技术人员,我们要将设备的维护管理模式由原始的被动抢修向预防性维护过渡,动态掌握设备有效生命周期中的运行信息(包括它的运行环境条件、技术参数指标、使用消耗状况等),做好记录,建立设备档案,并以此为依据对设备的运行情况进行科学的分析,制定可行的周期性维护保养方案,通过预防性的检修避免突发性事件,保证设备处于良好状态,降低设备的故障发生率,延长设备的使用寿命[5]。
2.3 强化管理职能,做好设备的质量管理与控制工作
科技的发展极大地促进了医学技术的发展和进步,人们在应用新技术和新设备的同时,由于对其潜在的风险和临床应用质量安全问题认识不足,造成在医疗设备在应用中时常出现安全隐患、引发医疗事故、对患者或操作人员造成伤害的案例。这已经引起了人们对医疗设备质量与安全的广泛关注。近年来,医疗设备质量控制已成为医疗机构设备管理部门研究的一个重要课题。2006年,总后卫生部率先对医疗设备质量控制进行了试点和摸底,并于2008年6月下达了《军队卫生装备质量控制实施通用要求(试行)》及《军队卫生装备质量控制检测技术规范(试行)》的通知。2010年1月,国家卫生部颁发了《医疗器械临床使用安全管理规范(试行)》,其中明确指出,医学工程部门具体负责本医疗机构医疗器械临床使用安全管理和工程技术支持工作,这赋予了我们医学工程部门新的使命任务。我们要充分认识开展医疗设备质量控制工作的重要性,切实树立以临床为中心的观念,拓展医学工程部门的技术保障服务范围,通过制定医疗设备质量管理控制方针、目标、职责、程序、制度等,实现医疗设备在论证、采购、使用、维护、维修、退役等全过程的质量管理与控制,确保医疗工作质量,保证患者诊治安全有效,提高医院综合效益,从而推进医学工程学科建设,提升医学工程技术人员地位[6]。
2.4 强化培训职能,做好医护人员的安全培训与考核工作
随着越来越先进的医疗设备广泛应用于临床,在帮助医护人员诊治患者的同时,也要求医护人员必须掌握更多的知识,才能够很好地驾驭它们,任何一点小的失误,都可能影响到设备的正常运行,从而影响临床的诊断和治疗,严重时可能会造成误诊、漏诊,甚至威胁到患者的生命安全。因此,对医护人员进行医疗设备的操作规程、安全使用及维护技能的培训和考核,也是医学工程部门必须强化的一项重要职能。首先,要加强对医护人员进行使用操作技能培训和考核,促使他们在使用仪器设备时能严格按章操作,保证仪器设备的使用环境条件,尽量避免因设备操作不当引起的不良后果的发生。其次,要加强对医护人员进行日常维护保养知识的培训和考核,提高医护人员对设备仪器日常维护保养重要性的认识,增强其责任心,及时有效地开展维护保养工作,避免因日常维护保养不到位而造成仪器设备的损坏。再次,要加强对医护人员进行质量安全方面的政策法规教育,使他们对仪器设备的计量及质量控制检测的重要性有更清醒的认识,这样才能使他们更好地配合医学工程人员对设备开展计量检定和质量控制检测工作,保证医疗仪器设备使用的安全有效[7]。
2.5 强化学习职能,努力提高医学工程人员自身素质
学科发展的关键在于自身素质的提高,医学工程技术人员应走在医疗领域的前沿,及时掌握医疗设备的发展趋势和动态。今后医疗设备将朝着数字化、智能化、集成化、网络化方向发展,这就需要医学工程技术人员积极参加在职学习和培训,不断更新观念,改善知识结构,提高专业技术水平;同时,医学工程部门要进一步完善内部建设机制,优化人才队伍结构,积极引进优秀人才,建立一支德才兼备、掌握高科技专业知识、具有严谨科学作风、会管理、梯次合理的人才队伍,积极主动作为,用实际行动和工作业绩来改善和塑造自身形象,确立医学工程部门在医院不可或缺的地位和作用。
3 小结
总之,要改善和提高医学工程部门在医院的地位,需要我们在现有条件下,正视困难和问题,明确学科定位,转变工作模式,强化职能建设,牢固树立为临床服务的理念,不断提高技术水平和学术水平,切实履行好岗位职责,只有这样,医学工程部门才能成为现代化医院的重要组成部分,才能为现代化医院的发展起到重要的作用。
参考文献
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生物医学展望 篇7
1 肿瘤标记物
在上个世纪70 年代末由Herberman在USA国立癌症研究所召开的人类肿瘤免疫诊断会当中所提出来的[4]。肿瘤标记物一共分为四个阶段, 第一阶段:在1846-1928 年, 第一次发现本周蛋白;第二阶段:在1929-1962 年, 发现部分蛋白、激素酶以及同工酶在肿瘤出现异常情况, 如乳酸脱氢酶、促性腺激素、异位激素以及碱性磷酸酶;第三阶段:在1963-1975 年, 发现了部分胚胎蛋白性标记物, 如AFP、CEA等[5];第四阶段:从1976 年到今天, 单克隆抗体技术的日益成熟, 众多的标记物被发现, 如CA19-9、CA15-3 及CA125 等[6]。
这些物质一般是糖蛋白, 能够利用检验血液等相关体液检查出来, 同时给予监测[7]。现如今, 经常使用的肺癌肿瘤标记物去、消化道肿瘤标记物群、h CG、CA125、CA153、CA724、CA199 等[8]。其一般在肿瘤很小的时候就能够检测出来, 有助于初期及时发现病灶, 则显示治疗效果也许不明显;如临床手术切除肿瘤一段时间以后标记物开始明显升高, 则一般显示身体当中也许有肿瘤细胞增殖和生长, 如在临床治疗以后显著降低, 则显示治疗有效, 不然, 需要给予密切监测。所以, 有相关临床丰富经验的医师一般会对患者进行影像检查, 对瘤体大小给予全面评估, 动态观察相对应标记物, 以便对其相关状态有一个明确的了解, 提醒临床医师是否更换疗法[9]。
2 肿瘤标记物
2.1 甲胎蛋白 (AFP)
甲胎蛋白大部分在胎儿肝脏当中产生, 分子量大约为七万, 在胎儿13 周甲胎蛋白占血浆蛋白总体含量的1/3[10]。甲胎蛋白在产妇羊水或者血浆中应该应用在胎儿分娩前监测, 如在脊柱裂、无脑儿及神经管缺损等, 甲胎蛋白能够通过神经管进入到羊水当中, 进而造成甲胎蛋白在羊水当中的含量明显升高。胎儿在子宫腔当中死亡以及畸胎瘤等相关先天性缺陷都会伴有羊水当中的甲胎蛋白明显增高。甲胎蛋白能够通过羊水部分进入到产妇血液循环当中。另外, AFP在肝癌出现临床症状前的8 个月就开始升高, 这个时候大部分肝癌患者仍然没有明显症状, 肿瘤也相对比较小, 通过临床治疗以后, 大部分预后良好。
2.2 癌胚抗原 (CEA)
癌胚抗原最开始出现在结肠癌和胎儿肠组织当中, 因此被称之为癌胚抗原。血清癌胚抗原明显上升, 除了可以出现在消化道癌以外, 也可以出现在其他相关系统。连续监测CEA水平能够应用在临床治疗后的效果和预后判断, 通常病情好转的时候血清癌胚抗原水平明显下降, 病情进一步发展的时候明显上升[11]。另外, 在临床手术之前一定要特别注意癌胚抗原升高的患者, 应该给予定时复查。在临床手术以后6 周第1 次进行复查, 3 年中每隔3 个月进行一次复查, 3~5 年每隔6 个月一次, 5 年以后每年一次, 如果检测到升高, 则显示出现复发或者转移, 同时血清CEA在出现相关临床症状和体征之前的3 个月~1 年就已经升高。
2.3 糖类抗原125 (CA125)
糖类抗原125 是在1983 年由Bast等从上皮性卵巢癌抗原检测出来能够被单克隆抗体OC125 结合的一种糖蛋白, 来自胚胎发育期间腔上皮, 在正常卵巢组织当中不存在, 所以, 最为常见的就是浆液性肿瘤患者的血清当中, 其临床诊断的敏感性相对比较高, 可是特异性相对比较差。黏液性卵巢肿瘤不存在。大部分浆液性患者血清CA125 明显升高, 可是大约50% 的初期病例当中并没有明显升高[12]。另外, 绝大部分患者血清CA125与病程进展没有任何关系, 因此大部分应用在病情监测以及治疗效果评估。95% 的健康成年妇女CA125 的水平在40 U/ml以下, 因此升高一直到正常值的两倍以上应该给予高度重视。
2.4 糖类抗原15-3 (CA15-3)
糖类抗原15-3 是乳腺癌的肿瘤标志物, 其Cutoff值通常在35 KU/L, 大约一半的乳腺癌患者的这项指标会显著升高, 也是监测乳腺癌临床手术以后的重要指标。当指数在100 KU/L以上的时候, 可判定出现转移性病理变化, 其含量与预后有密切关系。由于当前还没有发现100% 特异性以及100% 灵敏度的肿瘤标志物, 其与肿瘤不是一个对应关系, 而是相关性。所以, 不能单从这一指标升高就确诊为乳腺癌, 其他如卵巢癌、宫颈癌及肺癌等都会明显升高[13]。
3 讨论
分子核医学 (molecular nuclear medicine) 是利用核医学技术研究生物体中分子水平的变化, 从而了解其功能变化的新型学科[18]。重点是分子标志物的鉴别及应用。如肿瘤细胞是具有某种细胞分子标志物的受体, 因此用被放射性核素标记的这种分子标志物进行显像就可实现对肿瘤细胞的特异性诊断[19]。
生物活性多糖的研究现状及展望 篇8
1 活性多糖的结构
多糖亦称多聚糖, 是10 个以上单糖残基用糖苷键相连而成的聚合体。多糖在自然界中的分布非常广泛, 如植物中的一些果胶、淀粉、纤维素、半纤维素等, 动物中的甲壳质、粘性物质、糖原等都是多糖或是多糖组成。多糖的生物活性主要得益于其特定的结构, 因此要利用和开发多糖就需要了解多糖的结构。多糖的结构分类与蛋白质相似, 包括一级结构和高级结构, 高级结构又包括二级、三级及四级结构[1]。
2 活性多糖分类
根据组成单糖的类别, 可以将多糖划分为均聚多糖、杂多糖、糖缀合物三大类;根据多糖的来源, 多糖又可以被划分为植物多糖、动物多糖、真菌多糖。
3 多糖的生物活性
3.1 一级结构
主链糖单元的组成决定了多糖的种类, 多糖的类型不同, 其生物学活性也不同。多糖可以分为杂多糖和同多糖2类。杂多糖是指单糖种类为2 种或超过2 种连接组成的多糖;同多糖是指由一种单糖缩合形成的多糖。从真菌中提取的活性多糖多是由葡萄糖构成, 如灰树花多糖、香菇多糖、裂褶多糖等。构成多糖的基本单元一般为葡聚糖, 据研究, 葡聚糖可能与生物产生宿主防御机制有关[2]。
3.2 高级结构
目前, 很少有学者对多糖的高级结构进行研究, 但是其高级结构对多糖功能的影响甚至比其一级结构还大, 这一点已经得到科学家的认可。多糖的生物学活性是由其具有的特定空间构象来决定的, 如香菇中的多裂褶多糖具有抗肿瘤的活性是由于其具有的 β-二股绳状螺旋型立体构型, 但是如果加入一定量的二甲亚砜或尿素, 则多糖的分子构型就会发生改变从而丧失抗肿瘤的活性, 可以得出立体构型对多糖活性有非常重要的影响[3]。又如向不溶的裂褶多糖中添加尿素或氢氧化钠可以诱导产生规则的空间构象从而表现出抗肿瘤活性[4]。目前对多糖高级结构的研究受限于糖空间结构测试手段, 还有待于进一步研究。
4 活性多糖的生物学功能
糖类不仅可以作为一种能量资源或结构材料, 还有一部分多糖可以参与细胞的代谢及生理调节, 使其产生多种生物学功能。目前, 对保健食品功能因子的研究焦点之一就是活性多糖的保健功能[5]。近年来, 多糖的保健功能报道主要包括多糖的抗肿瘤、降血脂、抗病毒、抗氧化、提高免疫功能等。
多糖提高机体免疫功能的途径包括以下几个方面:一是增强巨噬细胞的吞噬能力, 诱导产生白细胞介素1 和肿瘤坏死因子;二是促进T细胞增殖, 诱导其分泌白细胞介素2;三是促进淋巴因子激活的杀伤细胞 (LAK) 活性; 四是提高B细胞活性, 增加多种抗体的分泌, 加强机体的体液免疫功能;五是通过不同途径激活补体系统, 有些多糖是通过替代通路激活补体的, 有些则是通过经典途径[6]。
具有抗肿瘤作用的多糖主要有两大类[7]:一类是抗肿瘤活性多糖是作为生物免疫反应调节剂通过增强机体的免疫功能而间接抑制或杀死肿瘤细胞;另一类是具有细胞毒性的多糖直接杀死肿瘤细胞。
5 活性多糖研究现状
目前, 国内外主要研究植物多糖的结构和功能, 并将其应用于医药领域, 使其生产出更多有益于人类健康的药品。我国对多糖的研究主要侧重于药用植物和药用真菌中的多糖提取和功能。2004 年4 月纯度高达98%以上的活性多糖被我国研究者从多种中药材中提取出来, 使得我国天然植物多糖提取技术跻身国际先进行列。
虽然多糖广泛存在, 但是微生物多糖具有植物和动物多糖都不具备的优良特性。这主要是由于微生物的生产周期短, 季节和地域的限制都不会影响微生物的生长, 因此其具有非常广阔的发展前景。微生物多糖包括胞内多糖、胞外多糖和胞壁多糖。据调查, 目前可以产生胞外多糖的微生物有49 属76 种。大多数微生物的生物多糖产量较低, 要使其产糖量高, 必须给予一定的营养比例, 且提取多糖的成本很高, 因此应用于大规模工业生产多糖的微生物很少。
6 展望
今后对微生物多糖的研究应从以下几个方面进行:一是摸清多糖产生的机理、合成代谢及分解代谢的过程, 有助于活性微生物多糖的工业化生产应用;二是找出多糖的结构与其主导的功能之间的关系, 这是今后微生物多糖研究的关键问题, 只有解决了这个问题才能更好地研究和利用生物多糖;三是确定微生物多糖的产生与遗传基因之间的关系, 便于今后对微生物基因的改造, 从而生产出更多有利于人类的生物多糖。
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生物质能发电技术现状分析与展望 篇9
1.1 资源丰富
生物质资源丰富,发展潜力巨大。从现有水平上分析,植物界每年所固定的太阳能为世界总能耗的10倍。现今全世界每年由光合作用所形成的有机质约为2000亿t,相当于3×1021J能量;全世界每天产生垃圾2700万t,各种废水的排放量每年多达4500亿t,每年的人畜粪便超过几十亿吨;海洋生物每年通过光合作用获得的能量为世界总能耗的三倍,即9.2×1020J。
我国幅员辽阔,人口众多,生物质分布十分广泛,约有80%的人口居住在农村;太阳能资源丰富,全国各地太阳能年辐射总量在335~835k J/cm2之间。因此,通过光合作用产生的生物质能储量大、分布广。
1.2 改善生态环境
利用生物质时排放的二氧化碳和生物质植物成长过程中吸收的二氧化碳可以相互循环、抵消,所以生物质能源的利用可以实现二氧化碳零排放,从而达到减少温室气体排放,改善环境的效果。同时,生物质中有害物质(硫和灰分等)的含量仅为中质烟煤的1/10左右,因此生物质产业可以从根本上解决我国农村大量秸秆被就地焚烧造成烟气污染环境问题。
1.3 增加农民收入
能源将是我国新农村建设进程中一道难以逾越的障碍。生物质资源较分散、廉价和易得性等特点,为其在广大农村地区的发展提供了可能性。如果能够因地制宜,充分利用本地农村生物质资源,加快生物质能源技术的普及,将使得生物质能产业形成良性循环。良性的生物质能产业不仅可以积极地带动机械加工以及物流运输等相关产业发展,而且在产业的相关加工环节,都需要新增劳动力的投入,从而扩大农民就业机会,增加农民收入。
1.4 适合发展分布式电力系统
所谓分布式电力系统是指分布在用户端,以资源、环境效益最大化确定方式和容量。根据生物质能的占有量确定电厂规模,将资源配置及能源需求进行有机结合。生物质资源相对于传统的化石类燃料较分散,根据生物质资源分散性这一特点,可因地制宜地选用生物质发电技术,发展分布式电力系统。
2 国内外生物质能发电技术现状
生物质燃烧发电是将生物质替代化石燃料在锅炉中燃烧,产生的热烟气和锅炉的热交换部件换热,生成的高温高压蒸汽在燃气轮机中膨胀做功产生电能。
目前生物质能发电技术主要包括:直燃发电技术、气化发电技术、沼气发电技术。
2.1 直燃发电技术
生物质直接燃烧发电是指生物质原料送入适合的锅炉内燃烧,生产蒸汽,产生的蒸汽膨胀做功,从而带动发电机发电。在国外,生物质直接燃烧发电技术已基本成熟,进入推广研究阶段。在国内,该发电技术处于起步阶段,部分技术设备具备自主开发能力。
2.2 气化发电技术
生物质气化发电是指将生物质转化为可燃气,利用净化的可燃气推动燃气发电设备进行发电。气化发电技术具有以下三个特点:(1)技术有充分的灵活性;(2)具有较好的洁净性;(3)经济性。国际上,生物质气化发电技术尚不成熟,目前还处在示范和研究的阶段。我国具有良好的生物质气化发电基础,生物质资源丰富,气化发电具有较好的发展空间。
2.3 沼气发电技术
沼气发电是指汽轮机和往复式发动机以沼气作为主要的燃料来源,以发动机的动力驱动发电机发电的过程。沼气发电过程中的热能不能完全转化为机械能,大部分热量随废气排出。因此,发动机的废气回收是提高沼气能量利用率的有效途径。沼气发电在发达国家已经受到了广泛的重视和积极的推广,如日本的阳光工程,美国的能源农场,荷兰的绿色能源等。我国沼气发电的研发历史已经有20多年,在应用研究及设备质量上有一定的基础。我国的沼气发动机主要有两类:即全烧式和双燃料式。目前,“沼气—柴油”双燃料发动机的研发引起了普遍的重视。
3 生物质能应用中存在问题及解决方法
3.1 生物质能应用存在的问题
我国生物质产业最大的障碍是生物质资源分散,运输成本高,燃烧效率低,生物质过量消耗,致使我国的生物质能利用工程规模都偏小。具体问题如下:(1)设备利用率低,转化效率低;(2)新技术开发缺乏力度,关键的技术问题得不到有效的解决;(3)行政管理体制不健全,国家财政支持力度不够。
3.2 解决方法
3.2.1 采用优质生物质原料
普通秸秆、粪便等生物质存在气化热值低,在稳定运行、焦油清除、气体净化等技术上难以提高而且秸秆直接燃烧供热技术研究和设备开发难度很大,不适合大规模推广应用。据瑞典农业大学专家数十年研究分析,一种称为“比特”的荆条类植物,具备成为生物质能发电技术原材料的优质特性。1t比特的热值约等于1t煤。适宜于生长在包括沙漠在内的任何地区,且生长周期短,繁殖迅速,“比特”被称为“地上石油”。目前瑞典已经利用该材料使得生物质能发电初具规模。
竹柳也是一种新型生物质能源原料林,优良速生树。具有生长快、再生能力强、热值高等特点。可选择非耕地,大面积种植,非常适合做生物质发电原料。
3.2.2 开发新的成型技术
传统的生物质成型工艺复杂,设备庞大,原材料运输半径大,处理成本较高。为了提高生物质能的燃烧效率,降低运输半径,扩大产业规模,开发研制新型的生物质压缩成型技术是行之有效的措施。目前国内成功开发了常温压缩固化成型技术(CZSN技术)和生物质能就地及时成型技术很好的解决了生物质规模化应用中存在的收、运、储成本高等瓶颈问题。
新技术优化了工艺流程,省去了加热及控温设备系统,大大降低了系统的复杂程度、占地面积、厂房要求。使得流动收集生物质原料成为可能,从而给生物质能的大规模生产带来希望。
3.2.3 政策管理
现行的可再生能源机构管理混乱,执行力度低。为实现可再生能源行业的高效、统一管理。我国需在加强国家能源局统一综合管理力度的同时,加快地方性可再生能源管理部门的建立,以整合地方政府不同部门的可再生能源管理职责。作为新兴产业,在税收、贷款和融资渠道等方面,政府同样需给予有力的支持。
4 前景展望
积极开发生物质能发电技术既可降低对化石能源的依赖,又可保护生态环境,发展前景十分广阔。生物质直接燃烧发电技术是技术较成熟的利用方式,而且我国资源及电力系统较分散。因此,应大力推广成型生物质能燃料及专用锅炉来取代燃煤、取暖锅炉,甚至发电系统的锅炉。
摘要：本文对生物质能发电技术进行了综述,分析了生物质能发电技术应用过程中所存在的问题,并对生物质能发电的前景进行了展望。