解讀《“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃》醫(yī)用材料發(fā)展趨勢(shì)

南極熊發(fā)現(xiàn)，3d打印在生物醫(yī)療方面的發(fā)展是“風(fēng)生水起”,，由于3d打印材料的不斷發(fā)展,，各種生物醫(yī)療打印材料的出現(xiàn)，使得3d打印才醫(yī)療領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用,。生物醫(yī)用材料是指一類區(qū)別于傳統(tǒng)材料,、人體必需又安全無(wú)害的具有特殊性能的材料。醫(yī)用材料在人體植入體和組織修復(fù)等方面具有廣泛的應(yīng)用,。近期出臺(tái)的的《“十三五”科技創(chuàng)新規(guī)劃》第五章“構(gòu)建具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系”中明確指出要大力發(fā)展新材料技術(shù)和先進(jìn)高效生物技術(shù),。

“組織替代、功能修復(fù),、智能調(diào)控”為方向

在生物醫(yī)用材料方向,，指出以組織替代、功能修復(fù),、智能調(diào)控為方向,，加快3D生物打印、材料表面生物功能化及改性,、新一代生物材料檢驗(yàn)評(píng)價(jià)方法等關(guān)鍵技術(shù)突破,，重點(diǎn)布局可組織誘導(dǎo)生物醫(yī)用材料、組織工程產(chǎn)品,、新一代植介入醫(yī)療器械,、人工器官等重大戰(zhàn)略性產(chǎn)品，提升醫(yī)用級(jí)基礎(chǔ)原材料的標(biāo)準(zhǔn),，構(gòu)建新一代生物醫(yī)用材料產(chǎn)品創(chuàng)新鏈,，提升生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。從規(guī)劃內(nèi)容不難看出,，本次規(guī)劃的重點(diǎn)主要集中在植介入器械,、組織修復(fù)材料和前沿新技術(shù)三個(gè)大方向。

在國(guó)家科技政策和計(jì)劃資助下,，我國(guó)生物醫(yī)用材料已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,，生物醫(yī)用材料目前在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和研究熱點(diǎn)主要集中在骨科仿骨植入體（包括創(chuàng)傷類產(chǎn)品、脊柱類產(chǎn)品,、人工關(guān)節(jié)產(chǎn)品,、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)類產(chǎn)品、神經(jīng)外科產(chǎn)品等）,、植入和介入器械（包括人工心臟,、心臟瓣膜、起搏器,、封堵器,、支架、介入導(dǎo)管和導(dǎo)絲,、人工血管等）,、金屬和陶瓷等高分子材料（包括種植牙,、義齒、3D打印,、口腔修復(fù)等）,、組織工程和再生醫(yī)學(xué)（包括器官移植、人工器官,、雜化人工器官和組織重建等）,、高新技術(shù)和矯形領(lǐng)域。

骨科植入物現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

骨科植入物是骨肌系統(tǒng)治療的方式之一,，植入物的主要功能是全部或者部分替代人體關(guān)節(jié),、骨骼或肌肉骨骼系統(tǒng)。骨科植入市場(chǎng)中最常用到的三個(gè)產(chǎn)品類別為：關(guān)節(jié)植入物,、脊柱植入物,、創(chuàng)傷植入物。

在全球市場(chǎng)中,，關(guān)節(jié)植入物的占比最大,，骨科植入物企業(yè)相對(duì)較集中且經(jīng)常出現(xiàn)企業(yè)并購(gòu)現(xiàn)象。根據(jù)Frost&Sullivan調(diào)查數(shù)據(jù),，中國(guó)的骨科植入物市場(chǎng)規(guī)模在2015年達(dá)到166億元,，預(yù)計(jì)到2017年將達(dá)到218億元。根據(jù)東興證券研究所調(diào)研數(shù)據(jù)來(lái)看,，相比國(guó)際市場(chǎng),，該行業(yè)整體滲透率低于歐美國(guó)家。相比國(guó)際品牌,，國(guó)產(chǎn)品牌在創(chuàng)傷類植入物中的占比相對(duì)大,，而在關(guān)節(jié)和脊柱植入物中國(guó)產(chǎn)品牌占比低于國(guó)際品牌，因此國(guó)產(chǎn)品牌在關(guān)節(jié)和脊柱植入物領(lǐng)域有一定的提升空間,�,？v觀我國(guó)骨科植入物產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，除了國(guó)家的政策支持和市場(chǎng)監(jiān)管措施逐步進(jìn)行改革之外,，產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新和品牌認(rèn)知度是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的壁壘,。

近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人才的引進(jìn),，骨科植入物領(lǐng)域技術(shù)也有了一些新的突破,。其中3D打印植入物技術(shù)領(lǐng)先國(guó)際，由北醫(yī)三院骨科劉忠軍教授牽頭,，利用3D打印技術(shù),，圍繞骨科脊柱腫瘤、嚴(yán)重髖關(guān)節(jié)疾病等臨床疑難疾病，提出新型設(shè)計(jì)思路和手術(shù)治療方案,，研制出了生產(chǎn)脊柱和關(guān)節(jié)個(gè)性化,、規(guī)模化的植入物,，已取得了突破性進(jìn)展（圖） ,。劉教授項(xiàng)目組3D打印髖關(guān)節(jié)假體和椎體假體已通過我國(guó)CFDA審評(píng),，獲得注冊(cè),。這也是我國(guó)目前唯一兩個(gè)經(jīng)過臨床驗(yàn)證注冊(cè)成功的3D打印植入式骨科醫(yī)療器械，其中椎體假體是世界首個(gè)獲得注冊(cè)可規(guī)�,；�生產(chǎn)使用的3D打印椎體產(chǎn)品,，這標(biāo)志著我國(guó)在3D打印植入物研制方面進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化階段。

在產(chǎn)業(yè)分布上,，由于關(guān)節(jié)和脊柱類骨科植入物技術(shù)壁壘較高,，所以外資品牌占較大優(yōu)勢(shì)。但是隨著醫(yī)保政策的傾斜和國(guó)產(chǎn)品牌技術(shù)的累積,，本土企業(yè)也已具備的相當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)力,，目前國(guó)內(nèi)大多地區(qū)醫(yī)保政策對(duì)國(guó)產(chǎn)醫(yī)療器械和進(jìn)口醫(yī)療器械的報(bào)銷比例約為7:3，所以進(jìn)口替代效應(yīng)會(huì)逐漸顯現(xiàn),。這是一個(gè)非常好的“彎道超車”的機(jī)會(huì),，是否能夠成功“超車”，還要取決于國(guó)內(nèi)品牌的產(chǎn)品技術(shù)的創(chuàng)新和質(zhì)量的提升情況,。

在國(guó)際上排名前五的骨科產(chǎn)品制造商強(qiáng)生,、史賽克、捷邁,、Biomet和美敦力近些年來(lái)靠不斷兼并或收購(gòu)中小型創(chuàng)新企業(yè)來(lái)擴(kuò)大市場(chǎng)份額,。國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)也在借助資本手段來(lái)提高其技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品生產(chǎn)力。其中國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力較強(qiáng)的企業(yè)主要有威高骨科,、微創(chuàng)醫(yī)療,、凱泰利、春立醫(yī)療器械,、創(chuàng)生醫(yī)療和康輝等,。

隨著我國(guó)人口老齡化趨勢(shì)逐年上漲，使得骨質(zhì)疏松及關(guān)節(jié)炎等骨科病癥逐漸增加,，市場(chǎng)對(duì)骨科植入物的需求也日益上漲,。自醫(yī)療保障加入醫(yī)療器械之后，更多的人愿意打破常規(guī)治療,，逐漸開始接受人工植入體治療,。綜上所述，要想獲取更大的市場(chǎng)份額,，我國(guó)骨科植入體企業(yè)應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展創(chuàng)新技術(shù),，研制出具有較高生物相容性,、質(zhì)量更優(yōu)更耐損且更實(shí)用的產(chǎn)品，并注重引進(jìn)人才和研發(fā)隊(duì)伍,。

心血管植入,、介入器械

除了人體植入骨之外，植入和介入器械在心血管領(lǐng)域的應(yīng)用也是非常大的,。應(yīng)用比較廣泛的產(chǎn)品有冠狀動(dòng)脈植入醫(yī)療器械（包括支架,、導(dǎo)管和導(dǎo)絲等）、先天性心臟病植入醫(yī)療器械（包括封堵器,、心臟起搏器,、心臟瓣膜等）、腦血管植入醫(yī)療器械（頸動(dòng)脈支架,、椎動(dòng)脈支架,、顱內(nèi)血管支架、覆膜支架,、球囊擴(kuò)張導(dǎo)管,、微導(dǎo)管、微導(dǎo)絲,、遠(yuǎn)端保護(hù)器械等）,、外周血管介入器械（動(dòng)脈支架、主動(dòng)脈瘤覆膜支架,、股靜脈支架等）,。

根據(jù)我國(guó)冠心病政策模型預(yù)測(cè)，2010年至2030年僅考慮人口老齡化和人口增加的因素,，我國(guó)35歲至84歲人群中心血管病事件數(shù)增加將大于50%,；如果考慮血壓、總膽固醇,、糖尿病,、吸煙的因素，心血管病事件將額外增加23%,。在我國(guó)城鄉(xiāng)居民主要疾病死亡構(gòu)成中,，心血管病占據(jù)首位。

圖. 1970年-2050年我國(guó)人口年齡金字塔預(yù)測(cè)圖

目前,，心血管疾病的治療方法主要有心臟搭橋手術(shù),、藥物治療和經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（PCI），這幾種治療方法相比較來(lái)說(shuō),，PCI具有創(chuàng)傷小,、并發(fā)癥少、恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，且手術(shù)成功率高,、死亡率低,。PCI手術(shù)在過去30年內(nèi)主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：?jiǎn)渭兦蚰覕U(kuò)張時(shí)代、金屬裸支架時(shí)代和藥物支架時(shí)代,。近幾年,，由于PCI手術(shù)持續(xù)保持兩位數(shù)的高增長(zhǎng)率，市場(chǎng)對(duì)心血管植入,、介入器械的需求量也在不斷增大,。

從總體來(lái)看，我國(guó)的心血管植入器械本土企業(yè)與歐美外資企業(yè)實(shí)力懸殊很大,，市場(chǎng)也大都掌握在外資企業(yè)手中,。2004年以來(lái),，自微創(chuàng)醫(yī)療成為國(guó)內(nèi)第一家具有藥物洗脫冠脈支架系統(tǒng)生產(chǎn)能力的企業(yè)之后,，隨著國(guó)內(nèi)心血管介入醫(yī)療器械進(jìn)口替代步伐的逐步加快，我國(guó)藥物洗脫冠脈支架系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率在逐漸提高,。目前,，國(guó)內(nèi)藥物洗脫支架系統(tǒng)市場(chǎng)份額主要由國(guó)內(nèi)的微創(chuàng)醫(yī)療、樂普醫(yī)療和吉威醫(yī)療等企業(yè)和國(guó)外的強(qiáng)生,、Boston Scientific,、美敦力等企業(yè)占有，其中微創(chuàng),、樂普和吉威醫(yī)療占據(jù)了70%的市場(chǎng)份額,。 生物可吸收支架是近年來(lái)全球研究的熱點(diǎn)，被認(rèn)為是冠脈介入治療史上的第四次革命,。

近年來(lái)關(guān)于可吸收支架比較有影響力的事件要提到2013年葛均波院士的可降解支架,，葛均波院士帶領(lǐng)中山醫(yī)院心內(nèi)科團(tuán)隊(duì)率先完成了首例自主研發(fā)的完全可降解聚乳酸支架Xinsorb的植入手術(shù)，截止目前,，共計(jì)1230例受試者已完成入組,，全國(guó)38個(gè)臨床中心參與了該項(xiàng)臨床試驗(yàn)。除此之外,，四川大學(xué)生物材料工程中心王云兵博士研發(fā)團(tuán)隊(duì)為美國(guó)雅培公司研發(fā)的全降解心血管支架Absorb GT1在今年的7月5日正式通過美國(guó)FDA批準(zhǔn),，在美國(guó)上市，這是全世界首個(gè)能完全被人體吸收的心血管支架,。生物可降解支架能夠在體內(nèi)完全降解,，患者無(wú)需終身服藥，該技術(shù)被劃為人類冠狀動(dòng)脈介入史上的第四次里程碑事件,。

與此同時(shí),，國(guó)家食藥監(jiān)局醫(yī)療器械審評(píng)中心相關(guān)負(fù)責(zé)人也曾透露，我國(guó)醫(yī)療器械審批方式正在推進(jìn)改革中，具備顯著臨床應(yīng)用價(jià)值的創(chuàng)新型醫(yī)療器械審批有望獲得有限注冊(cè),、優(yōu)先技術(shù)審評(píng),、優(yōu)先行政審評(píng)等扶持政策�,！笆�三五”也明確指出重點(diǎn)發(fā)展人體植入器械和前沿技術(shù),，因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展創(chuàng)新技術(shù),，尋找的突破口,。

醫(yī)用新材料前沿新技術(shù)

醫(yī)用新材料首次應(yīng)用在人體組織修復(fù)上藥追溯到公元前5000年，人類首次使用黃金修復(fù)失牙,，中國(guó)和埃及在公元前2500年開始使用假牙,、假手等人工假體。在近代,，最先應(yīng)用于臨床實(shí)踐的金屬材料是金,、銀、鉑等貴重金屬,，從1588年使用黃金修復(fù)顎骨到20世紀(jì)90年代以后,，科學(xué)家借助于生物技術(shù)和基因工程的發(fā)展，由無(wú)生物存活性材料擴(kuò)展到具有生物學(xué)功能的材料領(lǐng)域,，生物醫(yī)用材料的應(yīng)用和發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的時(shí)期,。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)的飛躍,，人們的目光開始投向精,、新、前沿技術(shù)上,。

我國(guó)解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院野戰(zhàn)輸血研究所,、全軍干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室裴雪濤團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)10年急智公關(guān)，建立“人工血液”制備工藝,，并通過干細(xì)胞技術(shù),，成功制備出“人工紅細(xì)胞”。經(jīng)軍地衛(wèi)生和藥監(jiān)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè),，該“人工紅細(xì)胞”與正常紅細(xì)胞的血紅蛋白含量,、攜氧能力和滲透脆性等各項(xiàng)指標(biāo)基本一致，是干細(xì)胞來(lái)源,、體外制備最接近臨床應(yīng)用的生物科技成果,，擴(kuò)增率可達(dá)10萬(wàn)倍以上，明顯優(yōu)于以往技術(shù)水平,，為規(guī)�,；�生產(chǎn)奠定了重要基礎(chǔ),，使中國(guó)干細(xì)胞制備“人工血液”的研發(fā)水平進(jìn)入國(guó)際一流行列。該團(tuán)隊(duì)下一步將致力于規(guī)�,；�制備紅細(xì)胞,，與特定功能血漿復(fù)合，形成具有完整生理功能的新型“人工血液”,。

圖. 人造血液制造原理圖

在3D打印技術(shù)方面,，突破性的進(jìn)展還是比較多的。2015年12月份中國(guó)科學(xué)院上海硅鹽研究所研究員吳成鐵與常江帶領(lǐng)的研究小組首次提出將骨組織工程與光熱治療相結(jié)合的思想,，在制備用于治療與修復(fù)骨腫瘤缺損的光熱功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了新進(jìn)展,。該研究通過3D打印技術(shù)制備出生物陶瓷與氧化石墨烯復(fù)合支架，在超低功率近紅外光下可使支架溫度迅速升高,，且其光熱性能可控,。在體外骨腫瘤細(xì)胞殺傷率達(dá)到90%，另外,，該研究小組通過三年的探索,，成功解決了傳統(tǒng)3D打印生物陶瓷支架大孔尺度與大孔結(jié)構(gòu)可控性不高的問題，相關(guān)研究工作得到了科技部“863”計(jì)劃以及所創(chuàng)重點(diǎn)項(xiàng)目支持,；此外,，近日湖南省腫瘤醫(yī)院肝膽腸外科利用3D打印技術(shù)，設(shè)計(jì)了3D模型引導(dǎo)下的肝切除導(dǎo)板—3D打印肝截板,，僅用兩個(gè)小時(shí)，就完美地切除了肝臟上乒乓球大小的腫瘤,，出血量?jī)H100ml,，成功破解兩難謎題。目前3D打印肝截板技術(shù)已成功申請(qǐng)專利,。這在肝臟疾病上的治療又是一個(gè)大的突破,。

在國(guó)際上，醫(yī)用材料相關(guān)技術(shù)進(jìn)展和突破更是層出不窮,，近期在Science上發(fā)布的一篇文章提到鎂形狀記憶合金的發(fā)現(xiàn)（Science  DOI:10.1126/science.aaf6524）,，高硬度生物相容性金屬間化合物β-Ti3Au（Science Advances  DOI: 10.1126/sciadv.1600319），人造肌肉新材料,，日本北海道大學(xué)開發(fā)的基于三嵌段共聚物的超高強(qiáng)度水凝膠以及德國(guó)科學(xué)家Minev博士正在研究的針對(duì)阿爾茨海默病和帕金森等疾病的大腦3D打印電子植入物等研究,，都暗示了醫(yī)用材料和人體植入技術(shù)潛在的巨大的學(xué)術(shù)和市場(chǎng)價(jià)值。

雖然新技術(shù)和前沿研究正在取得重大的進(jìn)展,，但是由于技術(shù)及其他原因,，傳統(tǒng)材料至少仍將是未來(lái)20-30年內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和臨床應(yīng)用的重要材料。傳統(tǒng)生物醫(yī)用材料性能和生物相容性的改進(jìn)和提高,，亦是當(dāng)代生物醫(yī)用材料發(fā)展的另一個(gè)重點(diǎn),。生物醫(yī)用材料和人體植入醫(yī)療器械科學(xué)和產(chǎn)業(yè)將發(fā)生革命性的變化,，一個(gè)為再生醫(yī)學(xué)提供可誘導(dǎo)組織或器官再生或重建的生物醫(yī)用材料和植入器械新產(chǎn)業(yè)將成為生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)的主體。

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來(lái)源：3d科學(xué)谷