走向临床:金属所生物医用材料十八年

沈怡然 2016-02-27 02:44

经济观察报 记者 沈怡然 “抽自己的血。”

面对这几年实验用血来源的提问,任伊宾笑着捋起了袖管,做出一个扎针的手势。

“血站的血来得太慢了,会影响实验进度。”

任伊宾,中科院金属研究所副研究员,负责高氮无镍不锈钢的材料研究工作,这种材料主要用于制作心血管支架及骨科植入产品。由于心血管支架植入人体后不能产生凝血,材料生物相容性一定要好,实验中,检验支架材料时,要将样品浸入新鲜人血以观察血小板是否容易黏附。

中科院最近公布的一个发现,也源于任伊宾。他开发出一种新型多孔金属(一种内部具有大量孔隙的金属材料)制备方法,2015年1月获得完全自主知识产权,并于2016年1月,于中科院的网站上曝光。

任伊宾所在的科研团队,是中国顶尖的生物医用金属材料研发团队。2003年,任伊宾来到中科院金属所,他所在科研团队的负责人是杨柯。那一年,杨柯和课题组研制出了首个国产心血管支架,并在中国首次采用新型医用金属材料开发心血管支架,目前已进入实现临床试验阶段。

 做中国自己的心血管支架

“我上午是个科研人,下午去做产品,晚上又成了商人,很多年都这样”。1个月前,记者见到杨柯的时候,他正伏在办公桌上,双手揉搓额头,桌子被一摞摞由复印纸和牛皮纸堆成的文件占据,围城一般埋没了他。

杨柯组建团队始于18年前。

1998年秋天,一辆开往沈阳的绿皮火车上,37岁的杨柯结识了李占全——辽宁省人民医院心内科医生。包厢的卧铺上,二人聊起中国心血管支架的问题。

20世纪90年代,心血管支架在全球使用量激增,各国争相研发,而在中国使用的产品完全依赖进口,价格一支达万元。

“我眼看那么多患者因为付不起支架费用而放弃治疗”,杨柯引述李占全医生的话说,“中国这么多科学家,难道就做不出一款国产支架吗?”

那年杨柯已进入金属所从事金属材料研究16年,“我感到这是一件值得去做的事”。回到金属所后,杨柯决定组建课题组,他请来了所里多年从事激光加工研究工作的梁勇和张炳春,共同研发心血管支架。

当时课题组面临多项技术难题,整个工艺流程中,从支架结构设计、激光切割到材料抛光均没有参照。

课题组完成了支架的全部工艺实验,制造出了形状复杂、符合精度要求的支架样品。

三年后,课题组先后完成了动物实验、理化性能检验以及临床实验。终于在2003年拿到国家药品监督管理局的产品生产许可证,做出中国第一个拥有自主知识产权的心血管支架。

“产品做成了,但路仅仅走了一半”,杨柯称。他们在研发支架时,发现了传统支架材料存在的弱点:材料中含有的镍元素是一种致敏因子,使用后刺激人体。当时国际上广泛应用的医用不锈钢、形状记忆合金等许多材料中均含有一定量的镍元素,免不了让一些患者致敏。

“把传统医用不锈钢中有刺激因素的成分去掉,做出一款新型生物安全的不锈钢”,杨柯决定研发这种新材料,做成产品推向市场。 

好材料要耐得住检验

杨柯将原有课题组正式转型,从事生物医用金属材料研究,并开始扩建。最初,科研团队的全部,是杨柯等4名科研技术人员以及6间15平米的办公室,其中4间被改造成了实验室。

不久后,杨柯确立了课题组的第一个新的研究方向——高氮无镍不锈钢新材料,采用对人体安全的氮元素来代替镍元素。经过不同元素配比设计和冶炼,杨柯和任伊宾等人在2004年冶炼出了这种新型钢材。

“做出材料只是一小步”,杨柯说,“要让材料安全植入人体,必须严格按照生产的程序来检验,一步不能落。”

2004年,高氮无镍不锈钢材料项目进入性能检验阶段,历时5年,由团队中的任伊宾负责进行材料各项性能检测,包括力学性能、耐腐蚀性能以及生物相容性。

“对于植入材料,检验材料的强度和韧性很关键”,说着,任伊宾起身走向一架两米多高的机器,机器立在实验室正中央,遮住了窗外的光线,两条圆柱形的黑色机身上挂着记录本,上面写满数字和日期,一旁摆放着实验室内唯一的椅子。自2006年起,任伊宾经常一个人坐在这里,将一条冶炼好的不锈钢钢棒样品,放入两条黑色圆柱之间,一遍一遍地测试材料拉伸和扭曲程度,做下记录,直到找出一个精确的数值。

检测中需要将材料样品浸在新鲜人血中以观察血小板黏附情况,任伊宾先用针筒抽出自己的血,再融合到样品中细数血小板凝结的数量,“实验前后约十次,直到显微镜下光秃秃的一片,才证明这种材料对人体是安全的。”

经过一系列性能测试,高氮无镍不锈钢项目于2008年获得国内首项自主知识产权,并通过了中国药品生物制品检定所检验,结果显示,这种新型钢材的强度是传统316L不锈钢的2倍,其血液相容性也优于传统医用不锈钢钢,植入人体后不易产生血栓。 

从科研到生产力是条艰难的路

这时有个难题横在了面前:材料做出来了,该去如何寻找企业一起开发产品呢?

“科研人员常年在实验室里,不善于和企业打交道,更不要说去谈钱,谈利益。”杨柯回忆起那段日子,“利用一切时间学习相关的法律、财务知识,不认识的企业就登门拜访,或是从一些学术会议上寻找。”

终于3年后,团队找到了合适的投资并在北京成立一家公司。开发的高氮无镍不锈钢心血管支架最终在2015年下半年获得了国家医疗器械检测中心的产品形检审批文件,其中包括大量检测和批量动物实验结果,即将走向临床。 

杨柯团队中另外一个科研项目,生物可降解金属材料的研发也进入了应用研究阶段。这是一类新型镁合金材料,植入后可被人体降解吸收,免去病人二次开刀手术,同时释放出的镁离子还可促进人体骨骼生长和愈合,作为新一代医用金属材料,适用于开发心血管及骨科领域中的医疗器械。

材料研发始于2004年,2010年南方的一家企业看到了杨柯这方面的研究结果,被深深吸引,于是就找到了杨柯,希望合作开发一类新型医疗器械产品——可降解镁合金骨钉。该产品用于修复人体骨折创伤,相比传统的可吸收聚乳酸骨钉,具有更强的支撑力和促进成骨能力,同时可在骨骼愈合过程中被人体缓慢吸收。

为和企业共同完成产品开发,杨柯组建了一支技术队伍,包括金属所的研究人员、医生、做生物学评价的教授等。2010年至2011年期间,这支队伍在实验室研发镁合金骨钉产品。杨柯回忆道,“我们曾遇到很多棘手的问题,发现在体内降解吸收的镁骨钉中,速度却有慢有快,不稳定的材料是无法应用的,必须通过材料控制一一解决。”

一年后,镁合金骨钉产品研发成功并完成所有生物性试验。然而作为一种新材料,尤其是国外还没有类似的产品得到应用时,在国内若想获得产品注册证,其难度非常大。

2011年左右,国际上可降解镁合金的研发火热,包括德国、美国、韩国等,但可降解镁合金医疗器械产品仍未走入生产阶段,没有任何产品获得注册。“审批一个从没有先例的项目需要做的工作量之大,真的是难以想象的,而且主管部门人员太少,一个人甚至同时对接30几个项目。技术产业化是个艰难过程,其中很多都不是企业所能把控的”,团队研究人员谭丽丽说。她从2005年起负责可降解镁合金材料研发工作,完成了该材料各项性能检测,2010年作为核心技术成员之一参与了产品研发。那家企业镁合金项目的负责人也试着在不同场合与检验部门沟通,“作为一个新产品,缺少政府的技术指导原则,甚至缺少合适的标准要求。因此,在很多方面,我们希望与审评部门沟通,第一时间得到他们的指导,少走弯路,减少不必要的浪费。苦于审评部门要收到完整的申报资料才给机会交流,我们尝试过很多沟通方式,但收获甚微。”项目进行了两年,金属所团队和企业失去了信心,甚至想将项目搁置。

随着国家政策的改善,从国家层面开始鼓励创新型医疗器械的发展,并出台了创新医疗器械绿色通道相关政策,那家企业因为项目的创新性,成功申请进入了创新医疗器械绿色通道,成为首批进入绿色通道的企业。药监局指派专员对企业的产品审批进行指导,这极大地推动了项目的进程。同时,镁合金骨钉产品也在医院进行了临床实验研究,“一共90多例,前后一年多时间,每一例反馈都很好”,谭丽丽说道,“没有什么比临床结果更有说服力了”。

历时11年,从材料研究、产品开发到性能检测,一枚可降解镁骨钉最终进入产品的报批检验。接下来,产品注册型式检验、大动物实验、临床试验等等还有很长的路要走,虽然道路艰辛,但我们会继续坚定的走下去。”公司的项目负责人说。

目前金属所这支生物医用材料团队,已有研究人员20人,科研应用方向涉及骨科、齿科、心血管支架。近日,杨柯正在为团队研发的抗菌不锈钢新材料项目寻找合作,“每天的任务就是为项目找投资,要见不同的人,要谈钱,有时候还是很头疼”,他笑着说,“但这正是我建团队的初衷,一种材料只要做出来,就必须让它成为能用的东西。”