四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心教授艾华：ECM材料应用场景广阔

在医疗领域，作为人类文明进步的重要标志和科学技术发展的必备元素，材料的每一次突破都带来了行业大变革，催生出新的医疗器械并让传统医疗器械焕发新生。生物再生材料也是目前再生医学领域临床进展更快、商业确定性更强、技术成果转化路径更清晰的板块，在骨科、创伤修复、医美等领域的应用日趋成熟。

2024年5月10日，在动脉网举办的VBEF未来医疗生态展会的生物再生材料论坛上，四川大学国家生物医学材料工程技术研究中心教授、国际生物材料科学与工程联合会Fellow艾华教授以“再生生物材料的机遇与挑战”为主题，结合该领域的前沿进展进行了精彩分享。

组织工程再生生物材料产业发展的驱动力来自临床的需求。当前，细胞外基质材料应用场景非常广阔，基因编辑动物来源器官带来了新的希望。但其中有两个技术难点，其一，人体组织的不均一性；其二，表面界面材料的性质。以上两点考量对组织工程至关重要。同时，贯穿产品的研发周期，定义标准、影像评价以及监管科学都非常重要。

临床需求，以中国为例，每年等待器官移植的有30万人，但实际能得到移植的只有2万人左右，即只有1/15。其中，肾脏移植的需求量是最大的，其他需求还包括肝脏、心脏、肺、胰腺的移植。

再生生物材料领域中，细胞外基质材料是以异体/异种组织为原料，通过理化或生物的方法去除组织中细胞成分而制备的生物材料支架，通常从猪、羊等都可以得到。如何在降低免疫原性、同时保持生物活性上找到平衡点，是这类材料成功应用临床的关键。

细胞外基质材料应用的方向包括肌腱、肌肉、软骨、心血管等，非常广泛。在海外，一些知名大学和企业专注于角膜移植、创面修复、神经修复等方向。国内方面，角膜移植、肌腱修复、神经缺损修复、腹腔外修复等均有企业布局。

在提到再生生物材料成果转化的生态环境现状时，艾华指出，产学研结合是一条优势互补的路径。

艾华以四川大学华西医院生物治疗全国重点实验室干细胞与组织工程研究中心为例。华西医院解慧琪教授团队专注ECM材料转化研发，并历时20多年，建立了安全有效的脱细胞技术、构形优化技术及复合构建技术等。其团队研发的ECM材料免疫原性物质含量明显低于国际主流产品，在力学强度和抗降解能力方面也有明显的提升，此外，也进行了深度的机理研究。由于具备扎实的基础研究，ECM材料的落地产品中，已有5项获批国家三类医疗器械注册证，另有5项进入多中心临床试验。

随后，艾华提到表面/界面材料性质的问题。他以贝朗集团膝关节软骨修复为例，指出这款产品是独特的生物制品-器械组合产品，用于修复膝关节软骨（股骨髁和滑车沟），并于2003年在欧盟获批，成功在临床应用。整个治疗过程需要3周，经历2次手术，据悉有超过8000名患者受益。

该产品植入包括四步临床方案，第一步是关节软骨活检，第二步是软骨细胞分离和扩增，第三步是人工关节软骨补片制备，最后一步就是手术植入。

在关节软骨活检到软骨细胞分离和扩增的环节之间，表面/界面材料性质中需要专业人员注意的问题随之凸显：补片的一面是多孔海绵状侧，有助于软骨细胞在支架中分散，另外一面是坚硬的胶原蛋白侧，需要有耐磨损的作用。在制造设备的时候，哪一面要面向受损创面的，要明确写出来，以确保手术植入的时候不会出错，可谓非常注重细节。

产品设计的第三个注意点是一定要考虑到人组织的不均一性，以椎间盘为例，可以看到髓核、纤维环、软骨终板中含的蛋白多糖、胶原蛋白、水分都是不一样的，如果要制备人工椎间盘，传统制备工艺无法满足要求。因此，无论用3D打印还是其他的先进制造技术，都要与人体组织组成成分、力学特征等进行匹配，才能达到更好的效果。

第四个注意点是关于基因编辑动物来源的器官。2022年1月7日，马里兰大学医学院Muhammad Mohiuddin医生团队首次将一颗经过基因编辑的猪心移植到患有充血性心力衰竭的57岁患者David Bennett体内。接受移植后，患者存活了两个月。猜测死因为异种移植猪心脏中可能存在猪巨细胞病毒/猪玫瑰疹病毒（PCMV/PRV）的潜伏病毒。其中，供体猪由United Therapeutics公司提供的，在敲除了猪的4个基因的同时，插入了6个来自人类的基因。

对比术前、术后的胸片，可以看到术后19天，患者各功能、指标正常；但术后49天，心脏功能就开始减退，长轴应变非正常，心室壁开始增厚。可见如何避免逆转病毒复合及跨物种传播，对于异种器官移植的成功至关重要。

第五个注意点为重视影像评价。作为动态无创的手段，影像学可以在术后长时间评价产品的疗效。

第六个注意点为监管科学。艾华认为监管科学非常重要，监管科学用于评价医疗器械产品的全生命周期，要运用新标准、新工具、新方法，目的是服务于创新转化，通过研究确保医疗器械产品安全有效的科学证据，为监管决策提供合理依据。

最后一个注意点为定义、标准的重要性。定义、标准应该先行。第一次国际通认的生物材料定义在1987年由欧美主导完成的，缺少亚洲国家的参与。三十多年后的2018年，作为国际生物材料科学与工程联合会主席的张兴栋院士召集了全球50余位专家，进行了第二次生物材料定义。该定义的中文、英文版已全球发行，是生物材料领域政府监管、检验评价、企业生产参考的权威依据。

最后，艾华介绍了2023年中国生物材料学会发布的团体标准，并提到企业出海很重要的一个发力点就是国际标准，并建议企业不仅要做好产品，还可以在国际标准制定方面有更多布局。