一直以來，器官移植供體處于嚴重的“供不應求”狀態(tài)。我國每年因終末期器官衰竭而苦苦等待器官移植的患者約有30萬人，而器官捐獻人數(shù)這幾年不增反降，目前每年約5000人次，僅夠完成器官移植手術19000例。另外根據(jù)美國器官獲取和移植網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)，目前美國約有11.7萬人正在等待移植器官，但2019年只有3.6萬多人接受了器官移植。這種長期的器官等待讓每年6000人左右美國人失去生命，2000多人因為等待時間過長而導致體質(zhì)變差，不再適合進行器官移植，只能等待生命終點來臨。
目前除了器官捐獻率的長期低迷，在中國老齡化發(fā)展趨勢確定后，各種隨之而來的器官衰竭疾病，不但會使目前這種器官移植的困境無法緩解，甚至可能會雪上加霜。目前中國老齡化率為12%，目前只有日本的1/3，僅1990年日本老齡化水平，至少需要30年才能達到日本老齡化的當前水平（30%）。
因此，面對隨時都可能失去生命的器官供體等待者，在同種供體稀缺的情況下，為他們找到合適供體的需求已經(jīng)迫在眉睫。以醫(yī)用豬器官移植為供體來源的異種器官移植或是解決這一問題的終極方法。
但是，異種器官的排斥問題始終是擺在異種器官移植面前的攔路虎。2012年，第三代基因編輯技術CRISPR/Cas9橫空出世，為異種器官移植提供了革新性的解決方案。2012年8月17日，Jennifer Doudna和Emmanulle Charpentier合作，在《Science》雜志發(fā)表了基因編輯史上的里程碑論文，成功解析了CRISPR/Cas9基因編輯的工作原理。2013年2月15日，張鋒在Science雜志發(fā)表了，首次將CRISPR/Cas9基因編輯技術應用于哺乳動物和人類細胞。
2015年，楊璐菡博士與美國三院院士George Church在《Science》發(fā)文，通過使用CRISPR/Cas9基因編輯技術成功抑制了豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒（PERV）的基因表達，清除了豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒這個最大的安全移植障礙。2018年，德國慕尼黑大學賴夏特研究團隊在《Nature》雜志上發(fā)表文章，他們將經(jīng)過基因改造豬的心臟移植到狒狒體內(nèi)，接受移植后最長存活時間達六個半月。2020年9月21日，楊璐菡等在《Nature Biomedical Engineering》上發(fā)文，成功開發(fā)出第一代可異種器官移植雛形-“豬3.0”。在CRISPR/Cas9技術下，敲除3種異種多糖抗原表位基因GGTA1, CMAH和B4GALNT，另外轉(zhuǎn)入9種人類基因hCD46, hCD55, hCD59, hB2M, HLA-E, hCD47,hTHBD, hTFPI 和hCD39，增強了豬與人之間免疫相容性和凝血相容性，為異種移植提供了更安全的保證。
2020年12月，異種器官移植迎來了新的進展，美國FDA批準了首個可以同時用于人類食物消費和作為潛在療法來源的轉(zhuǎn)基因豬上市。這是由United Therapeutics公司旗下Revivicor公司的一種經(jīng)過基因改造的家豬——GalSafe豬，其細胞表面表達的α-半乳糖已被消除。2022年1月，美國馬里蘭大學Griffith團隊進行了全球首例基因改造豬的心臟移植到人體的手術。接受手術的是一名57歲的男性心臟病人，他在手術后存活了約兩個月。國內(nèi)多位受訪專家認為，“豬心移植” 是劃時代的醫(yī)學進步，雖然病人只活了兩個月，但這是一個相當成功的案例，就像宇航員登月一樣，這次事件是“病人的一小步，但是人類醫(yī)學史上的一大步”。
2022年1月，美國阿拉巴馬大學的Porrett團隊和紐約大學的Montgomery團隊分別將基因編輯豬的腎臟移植給了三位腦死亡患者，移植的異種腎臟均發(fā)揮了泌尿功能且沒有發(fā)生排斥反應。2022年12月1日，中南大學湘雅三醫(yī)院運用豬胰島移植技術，成功診治一位2型糖尿病腎移植術后3年合并移植腎損傷患者，目前患者已順利出院。2022年6-7月，紐約大學臟移植外科主任納德·莫阿扎米團隊又成功地將兩顆豬心移植到瀕臨死亡患者的體內(nèi)。移植后，兩位接受者體征穩(wěn)定，心臟功能正常。2023年1月26日，德國慕尼黑大學醫(yī)院著名心臟外科專家布魯諾·賴夏特表示，人類移植豬心臟研究正處于“最后沖刺階段”，估計兩年可投入應用。
在CRISPR/Cas9基因編輯技術快速發(fā)展下，異種移植方面從2022年以來已經(jīng)開始了數(shù)次臨床嘗試，而且不停地在創(chuàng)造著器官移植的歷史，也在預示著不久的將來夢想即將照進現(xiàn)實，異種移植將是解決人類器官衰竭的終極武器。2023年，通過基因編輯異種供體提供Organs on Demand被評為麻省理工評論2023年十大突破性技術。
從器官移植費用來看，每位患者的手術費用約為30萬元至40萬元，而國內(nèi)器官等待人群已經(jīng)是數(shù)十萬，而且隨著老齡化的日趨嚴重，因此異種移植是一個千億級的、未被滿足的市場，在追求商業(yè)利益的同時還能挽救每年數(shù)十萬人的生命，值得本土企業(yè)扎根入局這一藍海領域。
一、器官移植賽道
1、eGenesis
eGenesis于2015年由哈佛大學George Church 院士和楊璐菡博士共同創(chuàng)立，總部位于馬薩諸塞州，專注于基因編輯技術用于異種細胞和器官移植。
異種器官移植面臨著兩個主要的醫(yī)學挑戰(zhàn)：動物組織的免疫排斥和感染性疾病傳播的風險，只有成功解決這兩個挑戰(zhàn)才能將異種器官移植推廣應用。eGenesis在異種移植領域的開創(chuàng)性成果在2015年11月發(fā)表在Science，利用CRISPR基因編輯技術，敲除了豬基因組中可能有害的內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒基因（PERVs），從而掃清了豬異種器官感染性疾病傳播重大風險，也重新燃起了公眾對異種器官移植的信心。
eGenesis目前正在開發(fā)的EGEN™平臺也正是利用文中的基因編輯技術去解決了上述2個異體移植的歷史性挑戰(zhàn)。該平臺技術主要包括以下三方面：
1）通過基因敲除滅活了豬基因組內(nèi)的所有內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒序列，防止病毒從豬傳給人，并使用生物安全、無病原體的動物生產(chǎn)工藝來解決其他病毒傳播的風險。,
2）利用多重基因編輯技術全面解決移植器官免疫介導排斥反應的多種機制。這些專有基因改變的目標是減少炎癥，防止器官或細胞被人類免疫系統(tǒng)識別為外來物。
3）多重基因編輯允許同時進行多種精確的基因修飾。eGenesis的遺傳有效載荷通過三種方式調(diào)整：基因插入、基因敲除和精確的基因整合。eGenesis使用位點定向集成技術，使遺傳有效載荷通過利用允許高度控制的位點特異性插入到豬基因組中。
2020年5月20日，eGenesis收購了其重要的生產(chǎn)合作伙伴:ICBiotec，它是美國為數(shù)不多的擁有先進克隆技術和大型轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)能力的公司之一。對于eGenesis來說，收購ICBiotec將幫助其達成對異種器官供應鏈的全面控制。
2021年3月2日，eGenesis公司宣布完成1.25億美元的C輪融資，這筆資金將用于推動腎臟移植和胰島細胞移植進入人體臨床試驗，以及對現(xiàn)有基因編輯平臺的持續(xù)開發(fā)和GMP生產(chǎn)規(guī)模的擴大。
2023年1月9日，eGenesis和Eledon Pharmaceuticals宣布達成一項合作研究協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議，eGenesis將獲得Eledon的抗CD40L抗體候選藥物tegoprubart，用于eGenesis正在進行的用于治療器官衰竭的人類相容器官和細胞的臨床前研究和開發(fā)研究。這項合作有可能跨越多個基因工程項目，包括腎臟、心臟和胰島細胞移植。
2、Micromatrix Medical
Miromatrix成立于2009年，源于明尼蘇達大學在灌注脫細胞和再細胞化技術方面取得的突破性進展，總部設在明尼蘇達州。Miromatrix正在引領用于移植的生物工程異種器官的開發(fā)，專注于創(chuàng)造可移植的腎臟 (mirokidney™) 和肝臟 (miroliverELAP™, miroliver™)，并計劃對肺、胰腺和心臟等其他重要器官進行生物工程改造。
2019年，Miromatrix Medical分拆出來用于軟組織加固的MiroFlex和用于高級傷口護理的MiroDerm等再生醫(yī)學材料業(yè)務，成立Reprise Biomedical，專注于開發(fā)基于灌注脫細胞工藝的生物修復材料。因為傷口管理也是一個很有潛力的賽道。2023年1月，Reprise Biomedical融資1300萬美元，也說明了資本對于脫細胞異種再生材料的認可。
傳統(tǒng)的脫細胞方法是浸入式脫細胞，通過將組織或器官浸入化學和酶處理中來實現(xiàn)的。但是浸入式脫細胞僅限于有限的薄組織，因為該技術依賴于化學物質(zhì)從外表面向內(nèi)擴散，然后在細胞被移除后退出。而Miromatrix和Reprise采用的灌注脫細胞過程可以實現(xiàn)快速的整個器官脫細胞，克服了浸入脫細胞相關的障礙。這是通過對主要血管系統(tǒng)進行插管并通過天然血管灌注溫和的洗滌劑溶液來實現(xiàn)的。由于器官富含血管系統(tǒng)，大多數(shù)細胞位于毛細血管附近，導致洗滌劑的有效表面積呈指數(shù)增加，并減少了通過靜脈系統(tǒng)排出細胞物質(zhì)的時間。
使用Miromatrix專有的灌注脫細胞工藝，從收獲的豬器官供體中去除豬細胞，留下支架或細胞外基質(zhì)（“ECM”），它保留了原始器官結(jié)構的結(jié)構、機械特性和血管網(wǎng)絡。據(jù)估計，豬ECM與人ECM的同源性超過93%，這顯著降低了抗體形成和不良排斥反應的可能性。然后，人類細胞被引入到基質(zhì)中，以組織工程再細胞化的方式制造一個新的人源化異種器官。再細胞化是用功能性人體細胞填充器官的過程，是整個人源化器官的關鍵部分。Miromatrix目前使用從捐贈的人體器官中分離出的活體人體細胞來重新植入細胞外基質(zhì)，并在未來打算開發(fā)使用患者來源的干細胞的新技術。活的人體細胞具有適應性，當引入脫細胞ECM 時，會顯示出獨特的再生、可塑性和粘附特性。再細胞化過程發(fā)生在生物反應器中，其中培養(yǎng)基和活的人類細胞以適當?shù)捻樞蚬嘧⒌紼CM中，以促進細胞再生和器官功能。一旦再細胞化異種器官優(yōu)化完成，可以使用現(xiàn)有的移植技術和設備將人源化器官植入患者體內(nèi)。
Miromatrix的脫細胞技術得到廣泛的臨床前和動物研究的支持。Miromatrix與梅奧診所合作進行的一項臨床前研究表明，當將生物工程肝臟植入患有ALF的豬體內(nèi)時，該生物工程肝臟保持著可檢測的健康狀態(tài)，并在移植后表現(xiàn)出早期肝功能。2022年11月，一次性生物工程肝臟療法miroliverELAP向FDA提交了新藥臨床試驗申請（IND），成為首個生物工程器官的IND。2023年2月1日，Miromatrix Medical宣布與百特(Baxter)合作，進一步開發(fā)該生物工程器官的臨床價值，雙方將合作開發(fā)治療急性肝衰竭(ALF)患者的獨特療法。雙方將結(jié)合Miromatrix的一次性生物工程肝臟和百特旨在為患者提供個性化治療的PrisMax系統(tǒng)。如果臨床試驗進展順利，Micromatrix的生物工程肝臟將在患者體外與百特的PrisMax系統(tǒng)連接，為患者提供外部支持。
3、Revivicor
當年世界上第一個克隆羊多莉誕生后，科學家希望把克隆技術進行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，于是在美國弗吉尼亞成立了PPL Therapeutics。公司致力于讓克隆的羊產(chǎn)生人體所需要的蛋白，例如產(chǎn)出“人奶”。但這事被當?shù)氐膭游锉Ｗo組織知道后，該公司遭受了極大的輿論壓力，不得不關停。2003年，PPL Therapeutics分拆出Revivicor，專注于異種移植器官的研究。
2011年，United Therapeutics收購Revivicor，進入器官移植領域。該公司將克隆豬的肺提供給需要肺移植的患者。目前，Revivicor公司是世界上最大的基因工程克隆豬公司。
2020年，Revivicor首次獲得FDA的批準，將GalSafe™豬用作人類食用的食物來源和潛在人類治療藥物的來源。GalSafe豬中alpha-gal基因在供體豬中被“敲除”，這種基因產(chǎn)生一種被稱為α-gal的糖。已有研究表明異種α-半乳糖基抗原(α-Gal)是異種器官移植超急性免疫排斥反應中的主要靶抗原。α-Gal是含有聚乳糖胺核心，末端殘基含有細胞表面分泌型糖蛋白或糖脂，廣泛存在于豬、牛、馬等低等哺乳動物體內(nèi)。人體、類人猿、舊世紀猴的半乳糖苷轉(zhuǎn)移酶基因有2個堿基錯位變異而不表達Gal抗原，但人類血清中存在高滴度的抗α-Gal抗體（占總血清球蛋白的1%~3%），而當人體接受含有Gal抗原的異種器官移植或生物材料植入時會導致超急性或慢性的免疫排斥反應。
α-半乳糖綜合征（AGS，又名α-半乳糖過敏、紅肉過敏或蜱蟲叮咬肉類過敏）是指在食用紅肉類（如豬肉，牛肉和羊肉）或接觸其他動物性食品和產(chǎn)品后發(fā)生的對α-Gal的遲發(fā)性過敏反應。因此GalSafe豬對于喜愛紅肉類又有AGS過敏的人群來說是特大好消息。盡管GalSafe的豬排和香腸餡餅尚未上市，但Revivicor已開始向馬里蘭州夏洛特霍爾的Amber Shifflett等患有AGS并花了數(shù)月時間避免食用紅肉的人發(fā)送免費樣品。
一些不含α-gal的豬的再生醫(yī)學材料產(chǎn)品還可以用于AGS患者以外的地方。例如，心臟瓣膜越來越多地來源于牛和豬。但是由于免疫攻擊，這些生物瓣膜會惡化，必須在10到15年后更換。為了減緩這種攻擊，動物源性瓣膜被進行脫細胞處理，并進行化學處理以掩蓋免疫刺激殘留物。但根據(jù)杜克大學的兒科心臟外科醫(yī)生Joseph Turek的說法，α-gal在“實際上相當驚人”的水平上仍然可以檢測到，正如他在4月份的《Thoracic and Cardiovascular Surgery》上所報告的那樣。據(jù)他估計，不含α-gal的瓣膜使用壽命可能是其他生物瓣膜的兩倍。
目前為止，移植手術的開展主要局限于豬的供給和監(jiān)管障礙。目前只有Revivicor公司等為數(shù)不多的公司擁有適當?shù)脑O備和達到臨床等級的豬。
2021年12月31日，美國FDA通過“同情使用”條款，授予大衛(wèi)·貝內(nèi)特實驗性手術的“緊急授權”。術中使用到的豬心供體，就來自Revivicor公司。隨后美國馬里蘭大學醫(yī)學中心執(zhí)行了這次世界矚目且具有里程碑意義的全球首例基因編輯豬心異種移植手術。
為了獲得這次移植手術的豬心臟，Revivicor編輯了豬基因組中的10個基因，克服了排異反應，使器官適合移植給人類患者。Revivicor公司敲除了豬的3個基因（Alpha-Gal，Beta4GalNT2，CMAH），這些基因會誘導來自人體免疫系統(tǒng)的攻擊；插入了6個人類基因（hCD55，hCD46，hCD47，hH01，hEPCR，hTM），防止移植器官中的排斥、炎癥和血凝塊形成；另外1個基因（GH receptor）被沉默以限制移植后的器官生長，確保來自動物的器官能保持在人類器官的大小。
另外，2022年在腦死亡患者身上的多例異種移植亞臨床試驗均采用了Revivicor的基因編輯豬。其中包括2022年1月，美國阿拉巴馬大學的Porrett團隊和紐約大學的Montgomery團隊分別將基因編輯豬的腎臟移植給了三位腦死亡DBD患者，移植的異種腎臟均發(fā)揮了泌尿功能且沒有發(fā)生排斥反應；2022年6-7月，紐約大學臟移植外科主任納德·莫阿扎米團隊又成功地將兩顆豬心移植到腦死亡DBD患者的體內(nèi)。移植后，兩位接受者體征穩(wěn)定，心臟功能正常。
4、Alexis Bio
Alexis Bio（前身為Xeno Therapeutics）成立于2018年，總部位于Grantham，New Hampshire。2022年12月，Alexis Bio的異種皮膚產(chǎn)品-realSKIN™是第一個被美國FDA指定為再生醫(yī)學先進療法 (RMAT) 的活細胞異種移植產(chǎn)品，也是第一個完成I/2期臨床試驗的治療性異種皮膚移植。
在所有患者中，自體移植時，Xeno-Skin和人類皮膚比較儀無法區(qū)分。所有患者樣本的術后RT-PCR評估顯示沒有檢測到豬內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒的證據(jù)。在積極的1/2期數(shù)據(jù)的支持下，RMAT指定給予了申辦者更早和更多的與FDA的互動，包括關于產(chǎn)品是否有資格獲得優(yōu)先審查或加速批準的討論。目前正在準備3期臨床，評估realSKIN ™的安全性、耐受性和有效性。
“我們很高興 FDA確定 realSKIN ™符合RMAT指定的標準，因為這提供了優(yōu)先審查和/或加速批準的可能性，”首席執(zhí)行官Paul W. Holzer 說。“這提供了比原計劃更快地為患者提供急需的治療選擇的潛力。”
RMAT指定允許更早和更多地與FDA互動，包括根據(jù)可能合理預測長期臨床益處的替代或中間終點討論優(yōu)先審查和/或加速批準是否合適；或依賴從大量站點獲得的數(shù)據(jù)。一旦獲得批準，在適當?shù)臅r候，F(xiàn)DA可以要求做出各種批準后承諾。
燒傷患者在創(chuàng)傷的急性階段需立即接受治療。因為嚴重燒傷后由于皮膚屏障被破壞，導致感染，免疫受損以及液體流失。如果不得到治療可能導致電解質(zhì)、體溫和pH值失衡，最終導致器官衰竭和死亡。目前，對燒傷的標準臨床治療方法是使用從死去人體上獲取的皮膚進行移植，然而這種皮膚組織的來源非常有限。
Alexis Bio的解決方案是使用非人類皮膚來進行移植。Xeno-Skin是通過基因工程敲除a-gal后，從不攜帶病原體的豬身上獲取的皮膚組織，這種異體皮膚包含表皮和真皮組織，含有具有生物活性的豬細胞。這種異體皮膚組織的優(yōu)勢在于可以被大量生產(chǎn)，經(jīng)過消毒處理后可以冰凍冷藏，在需要皮膚移植手術的時候快速運送到各地即時使用。基因工程豬仍由Revivicor提供。
Alexis Bio的其他產(chǎn)品包括：realNERVE ™-一種新型活體生物治療性神經(jīng)移植方法。；realTISSUE涉及更多再生醫(yī)學材料產(chǎn)品，包括細胞、骨移植物、血管、瓣膜 和結(jié)締組織。
5、Makana Therapeutics
Makana Therapeutics成立于2009年，是異種移植領域的全球領導者，專注于開發(fā)異種抗原敲除的基因工程豬。
2020年10月，Recombinetics Inc宣布與Makana Therapeutics合并，Makana Therapeutics 將成為 Recombinetics Inc. 的最新子公司，并將專門致力于解決器官短缺危機。Recombinetics是一家領先的基因編輯公司，在治療學開發(fā)方面擁有平臺技術，主要布局三個業(yè)務領域：
Surrogen：建立基因編輯的人類疾病動物模型。這一塊主要是加速新藥研發(fā)。把實驗動物身上的疾病相似基因也行突變，使得實驗動物和人一樣得病。這樣醫(yī)藥公司就可以對實驗動物進行醫(yī)藥研發(fā)。
Regenevida：人造器官移植。把豬身上的胰腺進行基因突變，而后移植到病人身上。
Acceligen：精準育種。通過改造動物基因，使得水產(chǎn)等食用動物更健康、更高產(chǎn)。
“Recombinetics Inc. 在豬基因組工程方面的深厚專業(yè)知識非常適合Makana 的異種移植專業(yè)知識，”即將卸任的 Makana Therapeutics 總裁兼首席執(zhí)行官 Catherine Thut認為。“通過提供豐富的供體器官來源，我們可以共同加速完成改變器官衰竭患者生活的使命。”
Makana™ Therapeutics的主要產(chǎn)品是Triple Knockout Pig，簡稱TKO pig。它是豬中三個異種抗原基因敲除（GGTA1, CMAH和B4GALNT）的組合，可有效偽裝來自人類受體免疫系統(tǒng)的跨物種移植物。Triple Knockout Pig 是在邁阿密移植研究所醫(yī)學博士Joe Tector的實驗室中發(fā)現(xiàn)的，他也是Makana 的創(chuàng)始人。“三重基因敲除豬從根本上改變了異種移植領域，”普拉特說。“這種動物的器官已被證明與超過30%的等待腎臟移植的患者匹配，并且可能超過70%的患者可以通過可用的移植前治療從這些器官中受益。”
Makana在異種移植方面取得了令人信服的成果。“TKO豬，結(jié)合我們在免疫抑制和患者匹配方面的進步，在異種移植領域產(chǎn)生了最長和最一致的臨床前存活數(shù)據(jù)，”Makana 總裁兼首席執(zhí)行官馬克普拉特在新聞發(fā)布會上聲稱。“我們現(xiàn)在正集中精力從腎移植開始在臨床上取得成功。”
Makana正在與美國FDA就下一步進行首次腎移植人體臨床試驗進行談判。試驗將在邁阿密大學進行。
二、再生材料
生物醫(yī)用材料是主要應用于醫(yī)學領域?qū)ι餀C體進行治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的一類材料。最早的生物再生材料主要是缺損組織的替代，大部分是在物理層面，如傳統(tǒng)的骨科植入物、頜面填充物等。區(qū)別于傳統(tǒng)的生物醫(yī)用材料，生物再生材料通常具備誘導組織再生的功能，將材料植入人體，可誘導或加速缺損組織或器官生長。比如具備生物功能的再生組織，能夠促進組織生長的支架、生物補片等。
來自于同種異體的生物材料是使用最廣泛的一類生物材料，但是因為其來源不穩(wěn)定且量較少，無法滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。以動物源為主的異種生物材料則彌補了這方面的不足，近年來迅速發(fā)展。目前已應用于：（1）植入材料，如異種皮質(zhì)骨、人工骨、骨修復材料、骨填充材料；（2）心臟或組織修補材料，如牛或豬心包生物瓣膜、心臟補片；（3）眼科植入材料，如異種角膜（豬源）、結(jié)膜、眼內(nèi)充填材料等；（4）人工器官，如人工皮膚、異體脫細胞真皮；（5）醫(yī)用生物敷料；（6）可吸收性止血、防黏連材料，如生物蛋白膠、醫(yī)用膠原膜、透明質(zhì)酸；（7）醫(yī)用縫合材料，如醫(yī)用可吸收膠原縫合線、羊腸線等。
目前大部分應用的異種生物材料均為脫細胞基質(zhì)材料。主要是經(jīng)過不同脫細胞方法加工，去除組織中含有的各種細胞、抗原成分，完整保留了富含膠原的立體纖維框架，可供宿主細胞增殖、組織重塑和血管再生。不同的脫細胞方法包括物理方法（切割、震蕩、超聲、高壓、凍融）、化學方法（Triton X-100、SDS、酸/堿）和酶學方法（胰蛋白酶、Dispase、核酸酶）。常用的異種組織類型為真皮，小腸黏膜下層-SIS，角膜，心包等。
在眾多脫細胞基質(zhì)材料中，脫細胞生物補片目前在諸多領域得以發(fā)揮其修復作用。與人工合成材料補片的組織修復機制完全不同，其植入機體后會，誘導血管內(nèi)皮細胞增生，基質(zhì)快速再血管化，循環(huán)中的干細胞進入受損組織，引導組織進行“內(nèi)源性組織再生（intrisic tissue regeneration）”；干細胞在目標區(qū)域的細胞外基質(zhì)中分化為組織特異的細胞類型，最后重新產(chǎn)生新的細胞外基質(zhì)，完成組織修復和重建。這種內(nèi)源性組織再生過程更接近于生理狀態(tài)下生命組織的自然修復過程，修復后的組織無瘢痕組織，無高分子異物存留在體內(nèi)而發(fā)生的慢性炎癥。
在腹壁疝手術中，若手術創(chuàng)面存在污染或潛在感染的情況下，往往不能應用以聚丙烯為代表的人工合成補片作為修補材料；而生物補片比人工合成補片具有更好的生物組織相容性，耐受感染的能力更強，并體現(xiàn)出可以快速血管化、較少粘連等特性。但是目前生物補片行腹股溝疝手術后發(fā)生血清腫液體集聚是最常見的并發(fā)癥，發(fā)生率在7%~15%之間，提示病人體內(nèi)存在較為顯著的植入后炎性反應。盡管動物源性生物材料在制備過程中經(jīng)過了脫細胞和去除抗原的處理，但殘留的異種抗原（α-Gal epitope）仍存在著導致慢性免疫毒性反應的風險。
因此，α-Gal抗原的完全去除將成為動物源性生物材料大規(guī)模應用的基礎條件，降低免疫排斥反應和慢性免疫毒性反應。而敲除α-Gal的基因工程豬將會是理想的生物再生材料的制造工廠。
目前在替代或修復治療人體組織病變上，生產(chǎn)制造動物源性異種生物材料的產(chǎn)品也已列為國家重點扶植的生物醫(yī)藥領域的高新技術產(chǎn)業(yè)，市場前景廣闊。
1）以傷口修復材料為例：中國燒傷年發(fā)病率約為1.5%-2%，每年遭遇意外傷害人群中，燒傷僅次于交通事故，排在第二位，而且在交通事故傷害中有大量合并燒傷傷員。燒（創(chuàng)）傷等多種原因造成皮膚大面積缺損后，可導致人體嚴重的屏障功能障礙，甚至危及生命。我國每年因燒（燙）傷和外傷、創(chuàng)傷、糖尿病傷口等而需要進行植皮手術的人約有500多萬人，目前修復皮膚缺損最有效的方法是自體皮膚移植，但自體皮常因大面積燒（創(chuàng)）傷等供體嚴重不足，且切取自體皮對患者本身也是一種創(chuàng)傷。因此，用豬的皮膚作材料，去除免疫原性，滅活病毒，制成人工皮膚，用于傷口修復，市場前景巨大。
2）以腹股溝疝修復為例：根據(jù)我國的流行病學調(diào)查，腹股溝疝的發(fā)病率最高，占整個疝發(fā)病數(shù)的90%。腹股溝疝的發(fā)病率在3‰-5‰，而在60歲以上人群中的患病率可高達1%-5%。在中國疝病患者人數(shù)每年可達300-500萬。目前手術是根治疝病的惟一可靠方法，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球每年有超過2000萬例的疝修復手術。
3）角膜市場：中國角膜盲患者超500萬人，每年新增超10萬，但每年捐獻來源的角膜供體僅5000-9000例，供體嚴重短缺。另外，老齡人口比例不斷攀升，老年人的角膜病更容易出現(xiàn)視力缺陷和角膜盲，相關患者數(shù)量群體不斷擴大，也使得角膜移植的需求日益迫切。預計板層移植角膜手術市場規(guī)模可達100億，全層移植角膜市場為數(shù)百億，整體來看，生物眼角膜整體市場空間巨大。
角膜從結(jié)構上可分為五層：上皮細胞層、Bowman層、基質(zhì)層、Descemet膜和內(nèi)皮細胞層。傳統(tǒng)角膜移植手術方式主要包括穿透性角膜移植（penetrating keratoplasty;PK；全五層替換）、前板層角膜移植(Deep Anterior Lamellar Keratoplasty; DALK；前三層替換)和后彈力層剝離自動化內(nèi)皮角膜移植術(Descemet Stripping Automated Endothelial Keratoplasty；DSAEK；后三層替換)
目前同種異體角膜捐獻不足，人工角膜假體材料相容性及術后并發(fā)癥高發(fā)，因此組織工程來源的角膜供體成為最佳選擇。國內(nèi)生物角膜主要來源是豬角膜，但是由于豬角膜的脫細胞角膜不具備角膜上皮、內(nèi)皮的特征，不能進行穿透性角膜移植手術，只應用于板層角膜修補，規(guī)模最大的全層角膜損傷的患者的需求仍得不到滿足。
生物角膜產(chǎn)品原始狀態(tài)都是脫水無色透明的，縫合到患者眼球以后，會經(jīng)歷一個蛋白質(zhì)吸水后的水腫過程，所以會變成乳白色，之后受體患者內(nèi)皮細胞層能夠?qū)⑸锝悄ぶ械乃治撸咧螅锝悄饾u恢復原來的無色透明狀態(tài)。而能否脫盲，關鍵就在于這一個環(huán)節(jié)。目前由于異種蛋白和宿主免疫系統(tǒng)沖突，再渾濁發(fā)生率較高，脫盲率不夠滿意。由于異體排斥和脫盲率等問題，現(xiàn)在應用市場也受到壓制。
但是隨著基因編輯豬技術的發(fā)展，從初步的a-gal排斥基因敲除到最后多個排斥基因敲除技術的發(fā)展，最終實現(xiàn)無需脫細胞技術來解決免疫排斥的生物角膜也是未來發(fā)展的趨勢，為全層角膜損失患者提供生物角膜的根本性解決方案。
4）膠原蛋白市場：膠原蛋白賽道從2022年開始由于合成生物學概念的興起，又著實火了一把。膠原蛋白在抗衰老美容填充、功能性護膚品和醫(yī)用創(chuàng)面敷料等領域廣泛應用。目前重組和動物源性膠原蛋白市場規(guī)模分別為108億元、179億元，并且有持續(xù)上漲的空間。據(jù)弗若斯特沙利文預測，至2027年，重組和動物源性膠原蛋白市場規(guī)模分別有望達1083億元、655億元，2022年至2027年的CAGR為25%左右。
雖然重組膠原蛋白在免疫原性控制和放大生產(chǎn)方面都有顯著的優(yōu)勢，但是目前的發(fā)酵工藝技術也未完善，成本相對較高；另外發(fā)酵工程中用的大腸桿菌和酵母菌缺乏脯氨酸羥化酶，故無法生成羥脯氨酸，而羥脯氨酸的羥基正是膠原蛋白形成穩(wěn)定三螺旋結(jié)構的關鍵，因此重組膠原蛋白一般沒有天然膠原蛋白那種完整的三螺旋結(jié)構，其生物活性存在疑問，同時也決定了其相關功能無法媲美動物源膠原蛋白，如結(jié)構支撐性，促進膠原再生能力等等。
據(jù)估計3%~5%的人對膠原蛋白存在過敏反應，所以使用前2~4周必須做皮膚測試。若患者1年前做過膠原蛋白注射，且沒有出現(xiàn)并發(fā)癥，仍然建議做單劑量測試。在解決免疫原性方面，動物源膠原蛋白的免疫原及病毒風險規(guī)避可以通過控制原料來源。以雙美生物為例，公司使用二代SPF豬（Specific Pathogen-Free，無特定病源），憑借SPF動物嚴苛的養(yǎng)殖條件以減小動物源病毒風險。
每一類生物材料都可以解決人類因意外受傷，手術缺損，器官衰竭等導致的機體失能的眾多問題，都對應著數(shù)十億至數(shù)百億的生物機體修復市場。因此如果能提供僅次于人體自身組織的生物再生材料，還能解決人體組織永遠無法解決的大規(guī)模的材料供應問題，這才是生物再生材料的最終發(fā)展趨勢。
下面就是具體一些生物再生材料的應用場景：
心臟補片/瓣膜
動物源的生物再生材料已經(jīng)在心臟疾病手術中發(fā)揮他們的價值。在傳統(tǒng)的外科心臟手術中，心臟補片可以用于心臟房間隔、室間隔缺損等心臟外科修復手術。目前北京普惠醫(yī)療、常熟金仕生物和北京佰仁醫(yī)療均有獲批心臟外科生物補片。其中佰仁思®心外科生物補片是國內(nèi)首個獲批的牛心包心外科補片，產(chǎn)品適用范圍廣泛，是唯一批準可應用于心外科房間隔、室間隔、主動脈根部、右室流出道、瓣環(huán)、心肌和心包修復的外科修補材料。臨床應用超過17年，累計植入超過50萬片，積累了大量循證醫(yī)學證據(jù)，是被大組、長期臨床應用證實的成熟產(chǎn)品。也是目前國內(nèi)唯一可廣泛用于心臟修補的動物源性植入產(chǎn)品，最大程度滿足臨床醫(yī)生對生物修復材料的需要。
另外在介入瓣膜置換賽道，動物源的心臟瓣膜市場也是在臨床上應用多年，包括美敦力CoreValve /啟明醫(yī)療Venus-A/蘇州杰成-J-Valve在內(nèi)的眾多廠商也是采用的豬心包。
隨著經(jīng)導管植入的心臟生物瓣膜的適用人群正在由早期的高齡患者擴大至中低風險年輕患者，因而對瓣膜耐久性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的基于牛或者豬心包的生物瓣膜在臨床應用過程中暴露出鈣化、微血栓的形成、免疫原性的個體差異以及手動縫制的繁瑣性等弊端，也限制著產(chǎn)品的臨床實際壽命。
泌尿系統(tǒng)植入物：
尿道狹窄是泌尿外科常見疾病，被定義為尿道腔在海綿體區(qū)域的異常狹窄。狹窄是缺血性海綿體纖維化的結(jié)果，表現(xiàn)為海綿體中的疤痕組織。長期后果是皮膚慢性造瘺、復發(fā)性敗血癥、膀胱結(jié)石、梗阻性尿路病、梗阻性腎病以及最終腎衰竭。近年來隨著腔內(nèi)操作的廣泛開展，醫(yī)源性尿道狹窄逐漸增加。目前可用于尿道狹窄修復的外科技術需要從自體部位，比如口腔黏膜，獲取移植物，導致組織獲取部位并發(fā)癥的額外風險和患者的額外疼痛。Regenosca正在開發(fā)生物工程膠原蛋白植入物可以作為口腔黏膜的替代生物材料，用于尿道狹窄患者的尿道成形術。
Regenosca的技術來源于EPFL的Frey教授和Hubbell教授的實驗室。這家初創(chuàng)公司由Mattias Larsson（首席執(zhí)行官）、Eva-Maria Balet（首席運營官）和 Kalitha Pinnagoda（負責臨床事務）于2019年創(chuàng)立。
Regenosca 擁有獲得專利的植入技術平臺，可以制造用于軟組織修復的再生和機體友好型植入物。概念驗證在一項正在進行的首次人體研究中得到驗證，在該研究中，Regenosca的植入物成功用于修復尿道狹窄。目前尿道狹窄修復的金標準是使用患者自己的口腔內(nèi)組織。第二個手術部位會產(chǎn)生額外的疼痛，增加并發(fā)癥的風險，并延長整個手術時間。Regenosca的現(xiàn)成和即用型植入物將使泌尿道重建和食道修復等手術干預的侵入性降低，并填補缺失生物材料的空白。
Regenosca目前還在開發(fā)膀胱生物補片，改善膀胱重建后患者的生活質(zhì)量。該植入物可用于先天性膀胱畸形或患有神經(jīng)源性膀胱的兒童，被診斷患有間質(zhì)性膀胱炎、神經(jīng)源性膀胱或膀胱順應性/容量改變的成年人需要進行膀胱手術以避免危及生命的腎臟損傷。
壓力性尿失禁(SUI)是指在咳嗽、大笑等腹部壓力增加時而膀胱逼尿肌未收縮的情況下出現(xiàn)的不自主溢尿。SUI在中年女性中的發(fā)病率為10%～40%，明顯影響女性的身心健康。
尿道膨脹的作用機制是通過增強或恢復正常粘膜接合。填充劑被注入粘膜下空間以抬高尿道粘膜，從而增加接合和尿道阻力。理想的填充劑應該易于注射、具有成本效益、生物相容性、非遷移性，并且很少或不會引起組織炎癥。已經(jīng)開發(fā)了許多用于尿道膨脹的藥物，但沒有一種是理想的。許多藥物已經(jīng)被引入市場，并且由于臨床考慮或市場原因而被去除。
常見的填充劑包括膠原蛋白和含有各種試劑的水基凝膠。通過膀胱鏡或特殊設計的注射器將膨脹劑注射到膀胱頸正下方的尿道周圍。這種手術不需要在陰道或腹部進行切口、切割或縫合。
骨科植入物
Tecnoss成立于1998年，總部位于意大利Giaveno。OsteoBiol®是Tecnoss®為牙科和頜面外科醫(yī)生專門提供來自于豬的骨科生物材料品牌。在每個OsteoBiol® 顆粒中，除了其礦物相外，Tecnoss®工藝還保留了具有寶貴生物學特性的異種膠原相，使其具有生物相容性，是移植和增強目的的理想選擇。OsteoBiol®膠原蛋白骨基質(zhì)避免了高溫工藝，避免了陶瓷化，保持了與自體骨極其相似的化學成分，因此可以逐漸被新形成的骨骼吸收和替換。
自體骨逐漸被新形成的骨所取代：同樣，OsteoBiol®骨基質(zhì)允許進行性破骨細胞吸收，同時新骨沉積。細胞從新形成的血管中獲取營養(yǎng)，這些血管能夠充分地在移植部位定植。新骨在 OsteoBiol® 顆粒內(nèi)部和周圍生長，在重新進入時，這些新骨部分但顯著地被重要的骨骼取代。
膠原蛋白有利于MSC分化并增強成骨細胞增殖：它被認為是骨形成細胞的理想基質(zhì)。OsteoBiol®雙相顆粒骨代用品含有約22%的膠原蛋白。
OsteoBiol®不僅是一種膠原化骨基質(zhì)：它是一個完整的生物材料家族，專為牙科領域的骨和軟組織增強而設計。針對每一種臨床適應癥，都開發(fā)了專用產(chǎn)品，目標是提供最佳處理、理想的粒度和一致性，并最終在足夠的再進入時間內(nèi)獲得最佳的再生結(jié)果。
目前美國新澤西的Regenity Biosciences（原Collagen Matrix）也是一家異種再生材料公司，其產(chǎn)品也包括含有膠原蛋白的骨傳導骨礦物質(zhì) 牙周、口腔和頜面外科骨移植用復合材料。具體是由來自豬松質(zhì)骨的無機骨礦物質(zhì)顆粒組成壓縮、甲醛交聯(lián)、以及預成型的豬跟腱膠原蛋白混合，已經(jīng)FDA獲批。
膠原半月板植入物
Ivy Sports Medicine成立于2011年，專注于研發(fā)微創(chuàng)半月板修復假體，擁有市場上唯一獲得FDA認證的膠原半月板植入物Collagen Meniscus Implant-CMI®。其是由I類膠原組成的基于吸收性高純度膠原的外科網(wǎng)片，旨在促進半月板的自愈過程，多用于半月板內(nèi)側(cè)撕裂或組織受損的患者。
當患者的半月板受損嚴重以致無法縫合時，通常會被認定為無法修復，不得不進行手術切除。研究表明，半月板切除會增加軟骨受力，導致退行性病變。這會導致患者在運動時受到極大疼痛，最終只得置換人工膝關節(jié)。而CMI®的開發(fā)就是為了防止或緩解半月板切除導致的長期不良后果。在臨床層面，CMI®已被證實為安全可行的半月板治療方案。通過植入CMI®這種三維生物相容性結(jié)構，半月板受損部位將會依靠人體自身組織再生進行修復。
2016年9月，全球著名骨科企業(yè)史賽克Styker宣布收購Ivy Sports Medicine公司，此次收購使得史賽克能夠為客戶提供全面的半月板修復技術，更好的為患者服務。
“收購Ivy Sports Medicine加強了本部門的綜合實力，并且符合公司當前的投資戰(zhàn)略。其全面的半月板修復技術有著豐富的臨床經(jīng)驗，能夠為我們的客戶提供多種解決方案。” 史賽克運動醫(yī)學部門總經(jīng)理Matt Moreau評價此次收購，“半月板修復是一個非常有潛力的運動醫(yī)學領域，Ivy Sports medicine提供了一個獨有的技術，使我們能更加深入地研究關于半月板修復的治療方案。”
肌腱/肩袖損傷
Embody成立于2015年，總部位于弗吉尼亞，是一家專注于修復肌腱、韌帶和肩袖撕裂的膠原蛋白植入物開發(fā)商。2023年1月，Zimmer Biomet宣布將收購Embody來構建其運動醫(yī)學產(chǎn)品組合。這筆骨科交易包括1.55億美元的預付款，如果 Embody 的產(chǎn)品在收購后的三年內(nèi)獲得新的監(jiān)管批準并明確具體的銷售里程碑，則額外支付高達1.2 億美元。
Embody的兩大產(chǎn)品為TAPESTRY以及TAPESTRY RC。TAPESTRY是第一個FDA獲批的高度排列的基于膠原蛋白的肌腱修復植入物，可逐漸吸收，留下新的肌腱樣組織以增強現(xiàn)有肌腱，用于足部和踝關節(jié)肌腱手術、前交叉韌帶撕裂和髖關節(jié)臀中肌修復。其特點包括細胞友好的微結(jié)構、具有定制的纖維直徑和特定的孔隙率/空隙率。TAPESTRY的孔隙率經(jīng)過精心設計，可形成50至300μm之間的一致孔徑。體內(nèi)完全吸收的TAPESTRY植入物展示了在植入物周圍和代替植入物的致密膠原結(jié)締組織的形成。
2022年5月，Embody宣布其TAPESTRY®RC System已收到FDA的510k許可，用于治療肩袖損傷疾病。TAPESTRY®RC System專為關節(jié)鏡手術而設計，將生物整合性膠原蛋白TAPESTRY植入物的愈合優(yōu)勢、流線型輸送以及完全生物可吸收的固定錨結(jié)合起來，設計用于微創(chuàng)關節(jié)鏡手術以覆蓋部分和全部撕裂，生物可吸收貼片和錨固件將植入物固定在患者的肌腱和骨骼上，以幫助隨著時間的推移促進愈合，同時留下基于膠原蛋白的結(jié)締組織。TAPESTRY RC系統(tǒng)的新穎設計結(jié)合了預裝了TAPESTRY生物整合膠原蛋白植入物的關節(jié)鏡導入器和FDA批準的首個完全生物可吸收的固定錨，用于易于使用的預加載錨釘插入器中固定肌腱和骨骼。
“我們相信 TAPESTRY RC為關節(jié)鏡肩袖手術樹立了新標準，”Embody 首席執(zhí)行官Jeff Conroy告訴媒體。“基于TAPESTRY的臨床實用性，現(xiàn)在是一種用于關節(jié)鏡肩袖手術的簡化的一體化解決方案。”
Northwell Health骨科研究所高級副總裁兼執(zhí)行主任、Northwell Health骨科外科主席兼教授Nicholas Sgaglione醫(yī)學博士說：“臨床上仍然需要進一步提高肩袖疾病治療的治愈率。”“Embody的TAPESTRY RC系統(tǒng)允許在完全生物可吸收的解決方案中進行高效和多功能的輸送，以在關節(jié)鏡手術中對肩袖進行生物增強。”
“歷史上的重點是肌腱和韌帶的機械修復，而不是生物增強，”圣盧克康沃爾醫(yī)院運動醫(yī)學主任Wasik Ashraf博士說。“TAPESTRY使我能夠利用生物刺激性膠原蛋白的力量來改善患者的康復，現(xiàn)在是解決肩袖疾病的快速簡便的解決方案。”
另外一家骨科公司Smith and Nephew也開發(fā)了類似的膠原蛋白基植入物-REGENETEN™Bioinductive Implant，治療大面積嚴重的肩部撕裂。
REGENETEN生物誘導植入物是一種創(chuàng)新的微創(chuàng)解決方案，超越了傳統(tǒng)手術，通過誘導新的肌腱組織生長來幫助肌腱愈合。膠原蛋白材料取自高純度牛跟腱，后經(jīng)特殊加工制成具有高孔隙率低彈性模量的生物材料。
結(jié)語
中國幾十萬以及全世界幾百萬的器官移植等待人群已經(jīng)等不及自愿捐獻的少數(shù)器官供體，他們隨時都可能有生命的危險，而異種器官移植在當下來看已經(jīng)是最可行的解決方案。在解決異種組織排斥方面，目前大部分脫細胞的再生醫(yī)學材料已經(jīng)在臨床上獲批，也給少數(shù)病人帶來受益，但仍然還存在殘留異種抗原等問題造成未能進行大規(guī)模應用，而敲除異種排斥基因的豬則將成為最為合適的再生醫(yī)學材料工廠，并從根本上解決異種排斥問題，讓異種再生材料得以高安全性的大規(guī)模推廣應用。在器官移植方面，目前以Miromatrix為主的異種脫細胞后人源化器官路線走在臨床的最前面，已經(jīng)開始著手臨床試驗；另外以基因編輯路線的異種移植在2022年取得諸多進步和突破，在更多的亞臨床經(jīng)驗積累之下，應該在臨床進度方面將快速趕超脫細胞人源化器官路線，因為脫細胞的徹底性、人源化細胞的培養(yǎng)和分化以及多種人源細胞的再生分布與功能化都將存在技術上的挑戰(zhàn)。
