重組人源化膠原蛋白織就“生命之網(wǎng)”
膠原蛋白是人體組織器官的重要結(jié)構(gòu)蛋白,約占人體蛋白質(zhì)總量的25%~30%,主要分布在皮膚、骨骼、關(guān)節(jié)、血管內(nèi)臟等部位,是維持組織結(jié)構(gòu)、為組織再生與修復(fù)提供支撐的“生命支架?!?/p>
膠原蛋白在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。傳統(tǒng)動(dòng)物源膠原蛋白長(zhǎng)期面臨免疫原性、病毒污染等風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)用受限。重組人源化膠原蛋白是通過生物工程、合成生物學(xué)等技術(shù)制備而成,與動(dòng)物源膠原蛋白相比,安全性更高、生物相容性更優(yōu),具有更廣泛的適用性。近年來,隨著監(jiān)管政策的不斷完善,以及合成生物學(xué)的發(fā)展,我國(guó)重組人源化膠原蛋白的研究已經(jīng)進(jìn)入原創(chuàng)引領(lǐng)的發(fā)展時(shí)期,產(chǎn)業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨越式升級(jí)。
監(jiān)管政策持續(xù)完善
近年來,我國(guó)監(jiān)管部門不斷建立完善重組膠原蛋白相關(guān)監(jiān)管政策和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),為行業(yè)發(fā)展指引方向。
2021年3月,國(guó)家藥監(jiān)局發(fā)布《重組膠原蛋白生物材料命名指導(dǎo)原則》,將重組膠原蛋白劃分為重組人膠原蛋白、重組類膠原蛋白和重組人源化膠原蛋白三類,明確指出重組人源化膠原蛋白是指由DNA重組技術(shù)制備的人膠原蛋白特定型別基因編碼的全長(zhǎng)或部分氨基酸序列片段,或是含人膠原蛋白功能片段的組合。
2021年4月,國(guó)家藥監(jiān)局發(fā)布《重組膠原蛋白類醫(yī)療產(chǎn)品分類界定原則》,規(guī)范重組膠原蛋白類醫(yī)療產(chǎn)品管理屬性和管理類別判定,進(jìn)一步加強(qiáng)重組膠原蛋白類醫(yī)療產(chǎn)品監(jiān)管。
2023年1月,我國(guó)首個(gè)《重組人源化膠原蛋白》(YY/T 1888—2023)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布,適用于作為醫(yī)療器械原材料的不含非人膠原蛋白氨基酸序列的重組人源化膠原蛋白的質(zhì)量控制,為產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
同年同月,中國(guó)食品藥品檢定研究院發(fā)布《重組膠原蛋白生物材料命名指導(dǎo)原則》解讀,緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步,進(jìn)一步指導(dǎo)和規(guī)范重組膠原蛋白醫(yī)療器械的命名工作。解讀中提到,根據(jù)是否含有外源氨基酸,重組人源化膠原蛋白可分為A型與B型。A型是指不含有非人膠原蛋白氨基酸序列的材料,B型是指在人膠原蛋白功能片段組合基礎(chǔ)上添加連接氨基酸、標(biāo)簽氨基酸等非人膠原蛋白氨基酸序列的材料。
2025年4月,山西錦波生物醫(yī)藥股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱錦波生物)與四川大學(xué)聯(lián)合提出的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)提案《利用生物工程生物物質(zhì)制備的醫(yī)療器械-應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)管理》通過國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO/TC 194)立項(xiàng)評(píng)審,推動(dòng)了我國(guó)生物工程醫(yī)療器械領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化發(fā)展。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁
早在2008年,錦波生物聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所對(duì)重組人源化膠原蛋白領(lǐng)域啟動(dòng)攻關(guān)。研究人員從百萬(wàn)個(gè)基因序列中篩選出人Ⅲ型膠原蛋白核心功能區(qū),并通過解析發(fā)現(xiàn)特殊功能結(jié)構(gòu)——164.88°柔性三螺旋結(jié)構(gòu),賦予了其自組裝成網(wǎng)狀纖維的能力。
三螺旋結(jié)構(gòu)是膠原蛋白區(qū)別于其他蛋白的標(biāo)志,這一結(jié)構(gòu)使膠原蛋白具有了強(qiáng)大的彈性和支撐力,也對(duì)膠原蛋白進(jìn)一步形成膠原纖維,在不同組織部位發(fā)揮功能具有重要作用。
而重組人源化膠原蛋白研發(fā)過程中的技術(shù)難點(diǎn)也與三螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)。以錦波生物的重組Ⅲ型人源化膠原蛋白為例,其研發(fā)和規(guī)?;a(chǎn)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括三方面。
一是核心功能區(qū)篩選。研究人員建立了人Ⅲ型膠原蛋白核心功能區(qū)篩選技術(shù),基于膠原蛋白三螺旋區(qū)氨基酸序列,以特定功能基序、電荷分布、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及表達(dá)純化性能為標(biāo)準(zhǔn),在百萬(wàn)條候選功能區(qū)中鎖定了核心功能區(qū)HCOL3A1 483-512 aa。
二是結(jié)構(gòu)解析。通過X-ray晶體衍射技術(shù)解析核心功能區(qū)的結(jié)構(gòu),研究人員發(fā)現(xiàn)其具有164.88°柔性三螺旋結(jié)構(gòu),使得該區(qū)域無須依賴“羥脯氨酸”即可通過氫鍵與分子間力自組裝形成三螺旋結(jié)構(gòu),特殊的“精氨酸三角”橫跨在三螺旋之間,保障了三螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
三是人源化設(shè)計(jì)與量產(chǎn)?;诤诵墓δ軈^(qū)的自組裝特性,通過16次重復(fù)組裝構(gòu)建出由480個(gè)氨基酸組成的重組Ⅲ型人源化膠原蛋白(T16),其細(xì)胞黏附活性是人膠原蛋白的2.3倍,并通過合成生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)。
2021年6月,國(guó)家藥監(jiān)局批準(zhǔn)我國(guó)首個(gè)采用重組人源化膠原蛋白制備的醫(yī)療器械“重組Ⅲ型人源化膠原蛋白凍干纖維”上市。隨后的幾年中,錦波生物又陸續(xù)開發(fā)出注射用重組Ⅲ型人源化膠原蛋白溶液和注射用重組Ⅲ型人源化膠原蛋白凝膠,并分別于2023年8月和2025年4月獲批上市,實(shí)現(xiàn)了高端植入生物材料重組Ⅲ型人源化膠原蛋白劑型的全覆蓋,為下一步醫(yī)學(xué)應(yīng)用開拓和產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
行業(yè)前景未來可期
作為一種創(chuàng)新型生物材料,在臨床應(yīng)用方面,重組人源化膠原蛋白具有三大優(yōu)勢(shì)。
首先,與傳統(tǒng)的非自體膠原蛋白材料相比,重組人源化膠原蛋白的免疫原性、致炎性和致癌性顯著降低。
第二,傳統(tǒng)生物合成方法僅能合成“單鏈”的重組類膠原蛋白或膠原多肽,而重組人源化膠原蛋白可以通過自交聯(lián)、自組裝形成復(fù)雜高級(jí)結(jié)構(gòu),從而為膠原蛋白在人體中有效發(fā)揮細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)功能提供結(jié)構(gòu)支撐。
第三,不同于傳統(tǒng)膠原蛋白單純的物理填充,重組人源化膠原蛋白可以調(diào)控ECM的分泌與沉積,充分發(fā)揮膠原蛋白結(jié)構(gòu)性修復(fù)、組織填充的雙重作用,將應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)醫(yī)療美容逐步拓展至組織修復(fù)與再生等多個(gè)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
隨著AI技術(shù)與合成生物學(xué)的發(fā)展,重組人源化膠原蛋白產(chǎn)業(yè)也逐漸產(chǎn)生了新的生態(tài)。
通過大模型的自主學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)分析,AI技術(shù)能夠在序列設(shè)計(jì)、宿主適配、生產(chǎn)流程優(yōu)化等方面為重組人源化膠原蛋白產(chǎn)業(yè)提供助力。
在序列設(shè)計(jì)方面,基于海量膠原蛋白的序列數(shù)據(jù)庫(kù),AI技術(shù)可以預(yù)測(cè)不同氨基酸序列對(duì)應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性等特性,進(jìn)而輔助設(shè)計(jì)具有特定功能的重組人源化膠原蛋白序列;在宿主適配方面,AI技術(shù)可以通過分析宿主的基因表達(dá)調(diào)控規(guī)律,優(yōu)化重組載體構(gòu)建等,提升重組人源化膠原蛋白的表達(dá)效率;在生產(chǎn)過程優(yōu)化方面,AI技術(shù)可以整合發(fā)酵過程中的多維度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),建立預(yù)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控發(fā)酵參數(shù),提升重組人源化膠原蛋白的單位產(chǎn)量,同時(shí)減少批次間的質(zhì)量波動(dòng),保障產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。
?。ㄗ髡邌挝唬簵钕肌⒂谟聒P,山西錦波生物醫(yī)藥股份有限公司;張梓敏,新型生物材料與高端醫(yī)療器械廣東研究院)
(責(zé)任編輯:張可欣)
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