解读《“十三五”科技创新规划》医用材料发展趋势

生物医用材料是指一类区别于传统材料、人体必需又安全无害的具有特殊性能的材料。医用材料在人体植入体和组织修复等方面具有广泛的应用。近期出台的的《“十三五”科技创新规划》第五章“构建具有国际竞争力的现代产业技术体系”中明确指出要大力发展新材料技术和先进高效生物技术。

“组织替代、功能修复、智能调控”为方向

在生物医用材料方向，指出以组织替代、功能修复、智能调控为方向，加快3D生物打印、材料表面生物功能化及改性、新一代生物材料检验评价方法等关键技术突破，重点布局可组织诱导生物医用材料、组织工程产品、新一代植介入医疗器械、人工器官等重大战略性产品，提升医用级基础原材料的标准，构建新一代生物医用材料产品创新链，提升生物医用材料产业竞争力。从规划内容不难看出，本次规划的重点主要集中在植介入器械、组织修复材料和前沿新技术三个大方向。

在国家科技政策和计划资助下，我国生物医用材料已取得了长足进步，生物医用材料目前在医学领域的应用和研究热点主要集中在骨科仿骨植入体（包括创伤类产品、脊柱类产品、人工关节产品、运动医学类产品、神经外科产品等）、植入和介入器械（包括人工心脏、心脏瓣膜、起搏器、封堵器、支架、介入导管和导丝、人工血管等）、金属和陶瓷等高分子材料（包括种植牙、义齿、3D打印、口腔修复等）、组织工程和再生医学（包括器官移植、人工器官、杂化人工器官和组织重建等）、高新技术和矫形领域。

骨科植入物现状和发展趋势

骨科植入物是骨肌系统治疗的方式之一，植入物的主要功能是全部或者部分替代人体关节、骨骼或肌肉骨骼系统。骨科植入市场中最常用到的三个产品类别为：关节植入物、脊柱植入物、创伤植入物，其2016年全球市场占比可参考下图

在全球市场中，关节植入物的占比最大，骨科植入物企业相对较集中且经常出现企业并购现象。根据Frost&Sullivan调查数据，中国的骨科植入物市场规模在2015年达到166亿元，预计到2017年将达到218亿元。根据东兴证券研究所调研数据来看，相比国际市场，该行业整体渗透率低于欧美国家。相比国际品牌，国产品牌在创伤类植入物中的占比相对大，而在关节和脊柱植入物中国产品牌占比低于国际品牌，因此国产品牌在关节和脊柱植入物领域有一定的提升空间。纵观我国骨科植入物产业现状，除了国家的政策支持和市场监管措施逐步进行改革之外，产品技术创新和品牌认知度是产业发展的壁垒。

近年来，随着科学技术的快速发展和人才的引进，骨科植入物领域技术也有了一些新的突破。其中3D打印植入物技术领先国际，由北医三院骨科刘忠军教授牵头，利用3D打印技术，围绕骨科脊柱肿瘤、严重髋关节疾病等临床疑难疾病，提出新型设计思路和手术治疗方案，研制出了生产脊柱和关节个性化、规模化的植入物，已取得了突破性进展（图） 。刘教授项目组3D打印髋关节假体和椎体假体已通过我国CFDA审评，获得注册。这也是我国目前唯一两个经过临床验证注册成功的3D打印植入式骨科医疗器械，其中椎体假体是世界首个获得注册可规模化生产使用的3D打印椎体产品，这标志着我国在3D打印植入物研制方面进入到产业化阶段。

在产业分布上，由于关节和脊柱类骨科植入物技术壁垒较高，所以外资品牌占较大优势。但是随着医保政策的倾斜和国产品牌技术的累积，本土企业也已具备的相当的竞争力，目前国内大多地区医保政策对国产医疗器械和进口医疗器械的报销比例约为7:3，所以进口替代效应会逐渐显现。这是一个非常好的“弯道超车”的机会，是否能够成功“超车”，还要取决于国内品牌的产品技术的创新和质量的提升情况。

在国际上排名前五的骨科产品制造商强生、史赛克、捷迈、Biomet和美敦力近些年来靠不断兼并或收购中小型创新企业来扩大市场份额。国内相关企业也在借助资本手段来提高其技术创新和产品生产力。其中国内竞争实力较强的企业主要有威高骨科、微创医疗、凯泰利、春立医疗器械、创生医疗和康辉等。

随着我国人口老龄化趋势逐年上涨，使得骨质疏松及关节炎等骨科病症逐渐增加，市场对骨科植入物的需求也日益上涨。自医疗保障加入医疗器械之后，更多的人愿意打破常规治疗，逐渐开始接受人工植入体治疗。综上所述，要想获取更大的市场份额，我国骨科植入体企业应当大力发展创新技术，研制出具有较高生物相容性、质量更优更耐损且更实用的产品，并注重引进人才和研发队伍。

心血管植入、介入器械

除了人体植入骨之外，植入和介入器械在心血管领域的应用也是非常大的。应用比较广泛的产品有冠状动脉植入医疗器械（包括支架、导管和导丝等）、先天性心脏病植入医疗器械（包括封堵器、心脏起搏器、心脏瓣膜等）、脑血管植入医疗器械（颈动脉支架、椎动脉支架、颅内血管支架、覆膜支架、球囊扩张导管、微导管、微导丝、远端保护器械等）、外周血管介入器械（动脉支架、主动脉瘤覆膜支架、股静脉支架等）。

根据我国冠心病政策模型预测，2010年至2030年仅考虑人口老龄化和人口增加的因素，我国35岁至84岁人群中心血管病事件数增加将大于50%；如果考虑血压、总胆固醇、糖尿病、吸烟的因素，心血管病事件将额外增加23%。在我国城乡居民主要疾病死亡构成中，心血管病占据首位。

图. 1970年-2050年我国人口年龄金字塔预测图

目前，心血管疾病的治疗方法主要有心脏搭桥手术、药物治疗和经皮冠状动脉介入治疗（PCI），这几种治疗方法相比较来说，PCI具有创伤小、并发症少、恢复快等优点，且手术成功率高、死亡率低。PCI手术在过去30年内主要经历了三个阶段：单纯球囊扩张时代、金属裸支架时代和药物支架时代。近几年，由于PCI手术持续保持两位数的高增长率，市场对心血管植入、介入器械的需求量也在不断增大。

从总体来看，我国的心血管植入器械本土企业与欧美外资企业实力悬殊很大，市场也大都掌握在外资企业手中。2004年以来，自微创医疗成为国内第一家具有药物洗脱冠脉支架系统生产能力的企业之后，随着国内心血管介入医疗器械进口替代步伐的逐步加快，我国药物洗脱冠脉支架系统的市场占有率在逐渐提高。目前，国内药物洗脱支架系统市场份额主要由国内的微创医疗、乐普医疗和吉威医疗等企业和国外的强生、Boston Scientific、美敦力等企业占有，其中微创、乐普和吉威医疗占据了70%的市场份额。                                                                                                                        

生物可吸收支架是近年来全球研究的热点，被认为是冠脉介入治疗史上的第四次革命。近年来关于可吸收支架比较有影响力的事件要提到2013年葛均波院士的可降解支架，葛均波院士带领中山医院心内科团队率先完成了首例自主研发的完全可降解聚乳酸支架Xinsorb的植入手术，截止目前，共计1230例受试者已完成入组，全国38个临床中心参与了该项临床试验。除此之外，四川大学生物材料工程中心王云兵博士研发团队为美国雅培公司研发的全降解心血管支架Absorb GT1在今年的7月5日正式通过美国FDA批准，在美国上市，这是全世界首个能完全被人体吸收的心血管支架。生物可降解支架能够在体内完全降解，患者无需终身服药，该技术被划为人类冠状动脉介入史上的第四次里程碑事件。

与此同时，国家食药监局医疗器械审评中心相关负责人也曾透露，我国医疗器械审批方式正在推进改革中，具备显著临床应用价值的创新型医疗器械审批有望获得有限注册、优先技术审评、优先行政审评等扶持政策。“十三五”也明确指出重点发展人体植入器械和前沿技术，因此，国内企业应当大力发展创新技术，寻找的突破口。2016年12月15日由上海生物谷举办的“2016植入修复技术与医用新材料产业峰会”聚焦植入体研发新技术和新进展，将邀请相关团队负责人前来进行演讲，这次会议有心血管植入体版块，相信在会议上能够学习到很多前沿新技术和有潜力的新项目。

医用新材料前沿新技术

医用新材料首次应用在人体组织修复上药追溯到公元前5000年，人类首次使用黄金修复失牙，中国和埃及在公元前2500年开始使用假牙、假手等人工假体。在近代，最先应用于临床实践的金属材料是金、银、铂等贵重金属，从1588年使用黄金修复颚骨到20世纪90年代以后，科学家借助于生物技术和基因工程的发展，由无生物存活性材料扩展到具有生物学功能的材料领域，生物医用材料的应用和发展经历了漫长的时期。近年来，随着社会经济的发展和科学技术的突飞猛进的飞跃，人们的目光开始投向精、新、前沿技术上。

我国解放军军事医学科学院野战输血研究所、全军干细胞与再生医学重点实验室裴雪涛团队历经10年急智公关，建立“人工血液”制备工艺，并通过干细胞技术，成功制备出“人工红细胞”。经军地卫生和药监权威机构检测，该“人工红细胞”与正常红细胞的血红蛋白含量、携氧能力和渗透脆性等各项指标基本一致，是干细胞来源、体外制备最接近临床应用的生物科技成果，扩增率可达10万倍以上，明显优于以往技术水平，为规模化生产奠定了重要基础，使中国干细胞制备“人工血液”的研发水平进入国际一流行列。该团队下一步将致力于规模化制备红细胞，与特定功能血浆复合，形成具有完整生理功能的新型“人工血液”。

图. 人造血液制造原理图

在3D打印技术方面，突破性的进展还是比较多的。2015年12月份中国科学院上海硅盐研究所研究员吴成铁与常江带领的研究小组首次提出将骨组织工程与光热治疗相结合的思想，在制备用于治疗与修复骨肿瘤缺损的光热功能化的生物活性陶瓷支架的研究中取得了新进展。该研究通过3D打印技术制备出生物陶瓷与氧化石墨烯复合支架，在超低功率近红外光下可使支架温度迅速升高，且其光热性能可控。在体外骨肿瘤细胞杀伤率达到90%，另外，该研究小组通过三年的探索，成功解决了传统3D打印生物陶瓷支架大孔尺度与大孔结构可控性不高的问题，相关研究工作得到了中组部青年千人计划、科技部“863”计划以及所创重点项目支持；此外，近日湖南省肿瘤医院肝胆肠外科利用3D打印技术，设计了3D模型引导下的肝切除导板—3D打印肝截板，仅用两个小时，就完美地切除了肝脏上乒乓球大小的肿瘤，出血量仅100ml，成功破解两难谜题。目前3D打印肝截板技术已成功申请专利。这在肝脏疾病上的治疗又是一个大的突破。

在国际上，医用材料相关技术进展和突破更是层出不穷，近期在Science上发布的一篇文章提到镁形状记忆合金的发现（Science  DOI:10.1126/science.aaf6524），高硬度生物相容性金属间化合物β-Ti3Au（Science Advances  DOI: 10.1126/sciadv.1600319），人造肌肉新材料，日本北海道大学开发的基于三嵌段共聚物的超高强度水凝胶以及德国科学家Minev博士正在研究的针对阿尔茨海默病和帕金森等疾病的大脑3D打印电子植入物等研究，都暗示了医用材料和人体植入技术潜在的巨大的学术和市场价值。

虽然新技术和前沿研究正在取得重大的进展，但是由于技术及其他原因，传统材料至少仍将是未来20-30年内生物医学工程产业的基础和临床应用的重要材料。传统生物医用材料性能和生物相容性的改进和提高，亦是当代生物医用材料发展的另一个重点。生物医用材料和人体植入医疗器械科学和产业将发生革命性的变化，一个为再生医学提供可诱导组织或器官再生或重建的生物医用材料和植入器械新产业将成为生物医用材料产业的主体。

由生物谷举办的“2016植入修复技术与医用新材料产业峰会”将邀请国内前沿技术高端领域专家和拥有新技术的海归，实现新技术新项目的展示和对接，敬请期待！

会议官网：http://www.bioon.com/z/2016MEDNM/Index.shtml