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探索分子医药农业 助力生命科学发展
发表时间 2017-07-25 14:29 来源 本站原创

  ——记武汉大学生命科学院教授、国家“千人计划”专家杨代常

  导语:人血清白蛋白在医学界被称为“黄金救命药”, 临床上主要用于肝腹水、肾水肿、脑水肿等治疗,是烧伤、休克的急救药,并可用于癌症、艾滋病的辅助治疗,是疫苗生产、干细胞培养的重要原料。但由于人血清白蛋白只存在于人体血浆中,长期以来,只能从血浆中提取,1吨血浆仅能提取25公斤至28公斤人血清白蛋白。近年来,各地频频出现血荒,手术用血尚不能保证,人血清白蛋白就更为紧缺。据统计,全球每年人血清白蛋白需求量高达800吨以上,我国的年需求量为420吨左右,其中血浆提取只能满足我国160吨的需求。



杨代常教授

  为了解决这一问题,武汉大学生命科学院教授、国家“千人计划”专家杨代常,沥尽心血,构建的“水稻胚乳细胞生物反应器”技术为大规模生产重组人血清白蛋白、解决实际需求作出了重要贡献,对我国的生物医药发展起到了革命性影响。

  百转千回终不悔

  2017年5月,一个喜讯传遍了生物医药和农业界:国家“千人计划”专家杨代常教授终于拿到了“植物源重组人血清白蛋白注射液”的临床批件!这意味着,从转基因稻米中提炼人血清白蛋白、用科学的方法建造人造“血库”已不再是梦想。这一成果应用到临床上迈出了关键的一步,将为无数病患者带去新的生机和希望。

  为了这一天,杨教授付出了十余年的心血,他以“板凳坐得十年冷”的精神,为我们国家的生物医药科学谱写了崭新的篇章。

  出生于上世纪五十年代中期的杨代常是湖北仙桃市人,十几岁时就到了农业技术站工作,冥冥之中仿佛注定了他与农业之间的缘分。因为勤快朴实、善于动脑,他很快适应了农业技术员的工作,1975年原沔阳县通海口区杨场公社推荐他去读大学,而所在地的农业系统却恰好要派他去参加由湖北省杂交水稻三系协作组在南宁举办的杂交水稻培训班学习。面对两难抉择,他毅然放弃了读大学的机会,服从组织安排,学成后将杂交水稻技术传授给乡亲们。

  那些年,在省农业厅、武汉大学、华中农学院和湖北省农科院的支持下,杨代常在杂交水稻推广方面作出了一系列成绩。1978年,由于气候原因造成了全国性的水稻减产,而他培育的杂交水稻却收获喜人。消息传出后,省农业厅一位副厅长评价杨代常是“全省杂交水稻最年轻的老专家”。

  1985年,杨代常再次迎来进入高等院校深造的机会:武大招收首届插班生,报考年龄限制在30岁内。当时,离考试只剩下了几个月时间,考试内容为武汉大学二年级课程,难度不可谓不大。但正值而立之年的杨代常不愿再错过良机,抓牢每一分每一秒的空余时间复习,夏夜点起煤油灯攻读,为了防止蚊虫叮咬,只能穿上闷热的雨鞋。凭借着这样坚韧顽强的精神,他不仅顺利考入到武汉大学学习,而且仅用了两年时间就完成了普通学生两年半的课程。

  大学毕业后,在导师朱英国院士的建议下,杨代常考取了研究生,后来,他还前往德国访问学习,并到菲律宾国际水稻研究所完成了博士论文,以及赴新加坡从事博士后研究工作。学成后,凭借着出色的专业成果,杨代常受邀前往美国工作。

  从普通的农业技术员到海外学者,杨代常走过的道路也曾充满曲折。但他凭借着百折不回的顽强意志和坚韧不拔的进取精神,将每一步都走得踏实而稳健,终有所成。

  揭秘人血清白蛋白

  2005年,杨代常已经成为美国一家生物技术公司的资深科学家,不仅早已拿到了绿卡,而且工作和日常生活条件都十分优越。然而,在他心中,那个报国之梦也从未泯灭。因此,当导师朱英国邀请他回国发展时,他义无反顾地放下了国外的一切,回到祖国发展事业。

  回国以后,杨代常教授重回母校武汉大学工作,将目光瞄准了人血清白蛋白的相关研究领域。他介绍,国际上早在1989年就开始了通过植物提取人血清白蛋白的研究,但有两大问题一直难以解决:一是植物合成人血清白蛋白的含量太低;二是很难提取满足人体需要的高纯度产品。

  为此,自2006年起,杨代常教授就带领研究团队开始了相关工作。通过对国内白蛋白的市场需求和产业发展作了详细的调查,他发现,我国的白蛋白具有巨大市场需求,都是靠血浆提取,但血浆短缺度达到三分之二,50%以上靠进口。得出结论后,研发团队开始了夜以继日的研究实验。研究所里定下“双规”准则:所有人必须“在规定时间内完成现定任务”。2011年,这一项目获得阶段性成功,杨代常和研发团队一起,迅速开展新工艺白蛋白产品的临床前药学、毒理、药物代谢动力学和药效评价工作。

  杨教授介绍,人血清白蛋白与血是两个完全不同的概念,人血清白蛋白是从血中提取的一个蛋白成分,不是血。植物源人血清白蛋白作为人工血浆替代物,能大量补充在战场、外科手术以及意外事故中的大量失血,还可用于疫苗的生产。

  他们通过一步步实现在水稻胚乳细胞中高效表达重组人血清白蛋白的技术体系及其工艺流程,解决了植物生物反应器表达量低、工艺复杂和规模化难等重大技术难题。通过应用该技术大规模生产重组人血清白蛋白,可解决我国人血清白蛋白因血浆缺乏造成的市场短缺和安全隐患等问题。这一技术发明于2013年获得国家科学技术发明二等奖。

  杨代常教授团队研发的此项技术具有蛋白质表达量高、成本低、安全性好、规模化容易和绿色环保等优点。不仅填补了国际上相关技术规模化生产的空白,而且先后获得了中国、美国、日本、欧盟等国家和地区的多项专利。

  2011年10月31日,杨代常等“利用转基因水稻种子大规模生产重组人血清白蛋白”的论文在线发表于《美国科学院院报》上,审稿人对论文的评价是:“近乎完美地证实了植物生产的医药蛋白和批准临床使用的血浆来源医药蛋白是完全相同的,并提供了详实数据证明植物系统规模化容易和成本优势。”论文在线发表后,受到国际上广泛关注,Nature News专门发表专题报告,美国主要媒体相继转载。

  为了加速实现科技成果产业化,杨代常教授还创办了武汉禾元生物科技股份有限公司,并于2011年落户光谷生物城。由于创新的生物药存在周期长、投资大、风险大的特点,企业融资难度大,公司在成立之初曾遭遇困境。关键时刻,光谷生物城给予了禾元生物资金、场地等多项支持。同时,杨代常教授申请到了“3551光谷人才计划”、湖北省“百人计划”和国家“千人计划”。植物源重组人血清白蛋白项目也得到“863”转基因项目重大专项、新药创制重大专项的支持。从国家到地方,有力的扶持让禾元生物技术股份有限公司的建设速度、产业化进度和技术水平都得到了最大限度的推进。

  目前,禾元生物已通过平台技术成功实现了重组人血清白蛋白、重组人碱性成纤维细胞生长因子、重组IGF-1、重组人乳铁蛋白、重组人抗胰蛋白酶、重组人溶菌酶等产品的高效重组表达,并实现了规模化生产。这一技术的建立和应用标志着我国植物生物反应器研究与应用处于国际领先水平,对我国生物医药生产起到革命性影响,并将推动我国生物反应器战略性新兴产业的快速发展。

  用创新造福于民众

  如今,杨代常教授带领团队领衔研发的“植物源重组人血清白蛋白注射液”,已获国家食品药品监督管理总局的批准,进入临床研究,成为湖北省首个获批临床的生物一类创新药,也是国际上第一个通过稻米来生产的一类创新药。



杨代常教授

  杨代常教授介绍,如今他们已经建成了一条年产一吨的生产线,产品已远销至美国、英国、以色列、印度、巴西等国。目前,公司的植物源重组人血清白蛋白纯度达到99.999%以上,所有指标均符合或高于《中国药典》2015版项下的人血清白蛋白注射液的标准,共获得国家专利授权8项、国际专利授权16项,荣获国家科学技术发明二等奖、国家优秀专利奖,被国家科技部列为“十二五”期间“重大前沿技术突破”。

  “我国每年所需的420吨人血清白蛋白,要2亿人年均献血350毫升,而通过分子医药农业技术,仅种植21万亩稻田就能获得。人血清白蛋白市场每克售价为50元,因此一亩稻田可产生10万元的效益。”谈到公司目前所取得的成就,杨代常想到更多的是产业带来的巨大价值和社会效益。

  杨教授解释说,1公斤稻米,可提取10克人血清白蛋白。一亩地以收获650公斤水稻测算,就可提纯2公斤人血清白蛋白。剩下的废料还可以通过发酵池生产生物能源,提供生产蒸汽,实现循环利用,实现完全的环保节能。今年9月,“植物源重组人血清白蛋白注射液”的一期临床将在北京相关医院展开。预计最快2021年后,“植物源重组人血清白蛋白注射液”有可能进入市场,远期规划产能为300吨。

  除“稻米造血”外,杨代常教授还将目光放得更长远。他介绍,通过水稻还可提取人体母乳中的2个有效蛋白-乳铁蛋白和溶菌酶,经儿童腹泻致病菌和轮状病毒的动物腹泻模型,利用这2种蛋白组成的抗腹泻制剂对儿童腹泻的药效优于目前临床上抗生素的治疗效果。目前,该药已完成制剂的稳定性研究及体外药效等研究,计划明年申报临床,一旦上市将取代抗生素治疗儿童腹泻,为我国儿童的健康发育发挥重要的作用。

  作为教授,杨代常肩负着教书育人的职责,尽心竭力为祖国培养着年轻一代学子;作为学者,他担负着重任,不断完成国家交付的科研职责;作为企业家,他用实际行动为中国的生物医药产业作出巨大贡献。为此,他牺牲良多,多年来从未休过周末和节假日,年过花甲依然以饱满的精力和干劲坚守在工作岗位上。然而,对于他来说,个人的付出永远可以忽略,只要是符合国家需要和人民健康利益的事,他就会坚持奋斗下去。