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科技大观:研制尖端药物的新天地

来源:人民日报 时间:2022-07-27 23:04:19 热度:1568

仓怀兴 

 

  随着航天技术与生物技术的发展,太空生物制药正得到越来越多的重视和运用。在《2021中国的航天》白皮书中,太空生物制药被列为需要培育发展的太空经济新业态之一。它不仅在科学研究上具有独特优势,也蕴藏着巨大的经济价值,成为全球太空科技发展的前沿领域。


  生物制药是指以生物体为原料或借助生物过程,生产出药用天然活性物质。研究发现,构成人体的许多物质也是很好的药物。比如,广为人知的胰岛素和各种抗体就属于蛋白质药,此外还有核酸、维生素、多肽等各类生物药。2020年全球医药市场规模约为1.3万亿美元,其中生物类制剂和药物超过3300亿美元。2021年国际十大生物技术药物的全球销售额达到711亿美元。由于具有微量、高效、智能等优点,生物制药正成为医药行业的热门分支。


  那么太空生物制药有什么不一样呢?研制智能高效的生物质药,离不开对生物材料的分子结构和相互作用原理的洞察。然而,蛋白质等生物材料分子量大、结构复杂、分子易变性失活,加上外部环境重力或浮力的干扰,提纯过程变得格外困难,体外溶液中分子相互作用的模式与体内实际情况也相去甚远。以胰岛素分子为例,它包含了784个原子,而水分子仅有3个原子,生物材料的复杂性可见一斑。而在太空环境中,失重、空间辐射、昼夜节律变换等特点,正在创造人们认知事物的特殊环境。


  在太空,由于生物大分子的姿态和分布不再受浮力对流和重力沉降的影响,生物大分子可以更加舒展,更充分地结合。在失重的环境下,生物分子“同类相聚”,杂质能被更充分地过滤,形成纯度更高、排列更整齐的高质量晶体。太空中出现的分子结合方式也可能产生有别于地面的新晶体,有助于新药的研发。纳米大小的均匀晶体还可以做成口服胶囊,使人们免受注射之苦。


  太空辐射通常被认为会损伤生物的DNA。不过换个角度来看,DNA的改变有时相当于产生了新物种,往往具有新特性和新能力。因此,对于借助微生物以及动植物细胞、组织或个体来制备药物的体系,利用太空辐射诱发特定基因的损伤或突变,可能会获得更健壮的生物生产体系,进而提高药物产量,甚至得到地面难以制备的候选药物。


  太空生物制药技术对于太空生活同样不可或缺。长期辐射会加速药物失效,因此为人类太空活动筛选出耐辐射的生产体系,开发可靠的生产工艺和生产设备,以实时需求制备药物,就成为太空生物制药的又一个新方向。


  目前在国际空间站中,太空生物制药已经取得初步的研究成果。我国科研人员在神舟七号上开展了制药微生物育种搭载试验,在神舟三号和神舟八号上开展了蛋白质结晶实验等。还有一些生物制药公司进行了治疗探索和药物研究开发,在治疗骨质疏松、乳腺癌等方面取得了突破。未来,太空生物制药的成果及经济社会效益令人期待。


  (作者为中国科学院空间应用工程与技术中心研究员)


(责任编辑:秋彤)

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