近日,国务院印发的《生物产业发展规划》明确指出,要大力开展生物技术药物创新和产业化,发展细胞治疗等新技术与装备。生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等新技术。这些技术之间并非各自独立,它们之间相互联系、相互渗透。
细胞工程
细胞工程是以细胞为对象,应用生命科学理论,借助工程学原理与技术,有目的地利用或改造生物遗传性状,以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。
对于我国细胞工程研究现状,细胞产品国家工程研究中心副主任张磊说:“一方面,文章发表量和专利申请量增幅很大,基础研究成果显著;而另一方面,应用研究缺乏监管和规范,基础平台和研究项目总体处在跟随欧美国家的状况,缺少有导向性的重大创新性技术。”
据介绍,作为细胞工程的重要组成部分,细胞治疗技术存在的问题较为典型。细胞治疗技术,一类是免疫细胞治疗,另一类是干细胞治疗。
张磊说,免疫细胞治疗已列入国家第三类医疗技术,医疗机构陆续开展相关方面应用,但都处在小规模、不规范的状态。干细胞治疗中,只有造血干细胞技术相对成熟,但需突破其扩增技术,其他干细胞产品尚未建立起明确的质量标准和规范的技术评价体系。
对于细胞工程的发展前沿,张磊表示,一是3D人体细胞打印,将人体细胞作为“生物打印机”的原料,将事先提取好的活体细胞进行组合排列,“打印”出所需要的组织和器官;二是利用合成生物技术,开发标准的“生物元件”,装配成各种功能的“生物装置”,并构建出新的“生物系统”,对细胞进行有目的的改造,合成出需要的药物和其他材料。
基因工程
相对于酶工程、发酵工程等生物技术,基因工程相关内容对公众而言也许不是那么陌生。转基因、克隆等基因工程研究进展,也经常出现在大众媒体上。
中科院北京基因组研究所技术研发中心常务副主任任鲁风表示,基因工程从基础研究到现在,已经走到了应用市场的十字路口。
“10年前,基因工程研究方向是发散式的,经过这些年的发展,基础已打得相当深厚,方向也逐渐集中在一些重点领域,特别是在生物信息服务方面。”他说。
近日出台的《生物产业发展规划》明确了“生物信息服务行动计划”。
该计划指出:“构建大规模和高通量基因组测序技术和装备、海量生物信息处理与分析技术”,“加强对基因信息的深度发掘,带动新型测序仪的发展。对个体化诊疗、生物资源发掘、动植物分子育种、工业微生物的菌种改造等研发提供生物信息技术服务”。
任鲁风指出,通过基因测序等手段获得生物信息,就会面临如何保存、分析和深度挖掘这些信息的问题,这就意味着交叉学科将会占据主导地位。
“例如,在基因测序技术及其仪器方面,第一代测序仪仅仅是提供一个电泳和电泳后分析的平台;第二代测序仪则利用微加工处理和光电子成像技术实现边反应边测序;第三代测序仪则将反应体系进一步缩小到了微纳米量级的尺度,同时利用物理原理实现了单分子识别;而目前正进行概念研究的第四代测序技术几乎完全抛弃了生化反应,通过力学、电学等对DNA分子中的碱基直接判读。”任鲁风说。
据他估计,未来的测序技术发展将主要依靠微纳加工技术来实现测序微环境的结构形成,依靠物理学手段来进行识别,生物学范畴的内容也许还会存在,但只能起到辅助功能,而技术革命必将来源于其他学科在这一领域的应用。