医用高分子载体材料是医用材料的一大类,主要用于药物和生物活性物质(如多肽、蛋白质和生长因子、核酸、细胞等)的控释/传递系统,其研究内容主要包括:(1)新型医用高分子载体材料的拓展及研发。目前高分子载体材料主要分为天然高分子及衍生物和人工合成高分子材料。天然高分子材料以多糖类及蛋白质类为主,合成高分子材料包括聚酸酐、以聚乳酸为代表的脂肪族聚酯、聚磷酸酯、聚原酸脂等,此外还包括聚乙二醇及其衍生物、聚氨基酸等,探索、开发新的高分子载体材料是医用高分子载体材料领域的主要研究内容。(2)生物活性物质从组织工程支架的控释。包括可缓/控释活性成分的载药支架的构建方法研究和材料研究;仿生组织工程中药物、生长因子或核酸的控释体系等。(3)高分子载体的构建及其用于疾病治疗和诊断。对生物分子、环境pH、温度、力、光、电、磁等具有快速响应功能的高分子材料;对特定组织和细胞进行高效药物输送的高分子载体材料及载体制备;感染性疾病、肿瘤等重大疾病诊断和显影的高分子载体材料。(4)载体材料的生物学效应及安全性评价。高分子材料的毒性、毒理学研究;高分子载体的特性(尺度、电荷、表面修饰等)与体内命运关系的研究;高分子材料界面与组织、细胞的相互作用关系。
2004-2013年,中国医用高分子载体材料的研究蓬勃发展,进入了一个崭新的阶段,基础研究水平显著提升,具有较强的国际影响力。
从医用高分子载体材料领域论文相关数据看,2004年,中国医用高分子载体材料发表SCI论文154篇,占世界同领域发表论文总数的7.6%,约为美国的1/4;2013年,中国在该领域发表的SCI论文总数增长到2 050篇,相较2004年增长了12倍,占世界该领域论文总数的25.6%,超过美国(1 609篇)位居世界第1位。2004年,中国该领域论文总被引频次(6 020次)的世界占比为5.5%,而美国的世界份额为40.8%,中国落后于德国、日本、英国和加拿大等国,位居世界第6;2013年,中国论文被引频次所占世界份额较2004年增长了5倍,上升到30.9%,超越美国位居第1位。2004年,中国该领域论文的篇均被引频次为39.1次/篇,远低于该领域同期的世界平均水平(53.5次/篇),仅为美国(73.8次/篇)的52.9%;2013年,中国论文的篇均被引频次为5.8次/篇,超过同期世界均值(4.8次/篇),与美国(6.0次/篇)接近。上述数据从一个侧面反映了中国在该领域总体研究水平的提升。
近10年,中国医用高分子载体材料领域在高影响力论文上取得长足进步。2004年,中国在医用高分子载体材料领域发表的Top1%高被引论文仅1篇,同期,美国为10篇(占世界总量的一半);2013年,中国在该领域的Top1%高被引论文数增长至35篇,占同期世界该领域相应论文总量的40%左右,超越美国的世界份额(约30%)而排名第1位,更远高于英国、德国、法国等国。这显示我国在这一领域产出的高影响力论文规模已居世界领先地位,国际影响力提升十分显著(附表)。
需要指出的是,虽然中国在这一领域的研究取得了较大进步,但和传统科技强国相比,我国的原始创新能力仍显薄弱,尚缺乏引领整个医用高分子载体材料领域发展的开创性成果;另一方面,医用高分子载体材料的产业转化严重滞后,这可能和中国前期的积累较为薄弱相关。
过去10年,中国科学家在医用高分子载体材料领域取得了一批原创性成果,受到国际同行的广泛关注,在新型功能医用高分子材料、高分子和无机纳米载体的复合材料等方面较为突出。中国较早研究了敏感化学键桥联的高分子药物载体,包括首次报道了二硫键、二硒键桥联的高分子载体材料,揭示其对细胞内还原响应性导致的积极生物学意义和应用前景。又如,中国研究人员提出了对肿瘤微环境响应的高分子纳米药物载体的新体系,以及“电荷反转”、“脱壳”载体的研究思路,进而提出了提高药物输送效率的“逐级”响应载体材料研究思想。此外,中国学者在核酸类药物递送载体方面开展了大量基础研究,具有较高的研究水平和国际影响力。如较早发展阳离子型自组装高分子胶束制备Micelleplex作为siRNA高分子纳米载体,在国际上最早报道高分子载体同步输送(共输送)抗肿瘤siRNA及化疗药物的协同增效作用,多篇相关论文为Top1%高被引论文。在高分子载体材料和无机纳米载体的复合纳米载体方面,中国研究人员取得了重要的研究成果,如利用高分子载体材料修饰无机纳米颗粒,实现了体内的光热疗法、光动力学疗法以及与其他治疗方法的联用。中国研究人员还关注到药物载体的纳米特性影响其在体内的生物学效应,研究了纳米载体的粒径、电势等对其体内包括循环、富集、摄取以及药效等生物学效应的影响,受到广泛关注。
然而,中国医用高分子载体材料基础研究成果的应用和转化仍然十分薄弱,与美国、日本等发达国家相比有较大差距,而且这种差距还有扩大的趋势。尽管用于药物输送载体的药用高分子敷料引起了中国学者的关注,并进行了相关开发和转化,但基于自主研究和知识产权的高分子载体材料的应用和转化研究亟待引起更高程度的重视。
随着材料科学、医学以及生物学的发展及交叉融合,医用高分子材料的研究和应用正经历着快速发展。一方面这一领域的基础研究十分活跃,另一方面该领域的部分产品已经应用或即将临床应用。未来10~20年将是医用高分子载体材料从基础到转化应用的关键发展阶段。
(1)医用高分子载体材料质量的高可控性和应用性能有望大幅提升。高分子载体材料体内外生物学效应研究已经具备很好的积累,对载体命运等特定规律的探索具备扎实的基础,结合高分子合成理论和方法学的发展,研究人员可望实现高分子载体材料质量的高可控性和应用性能的大幅度提升。同时,结合分子生物学上对疾病认识的增强,有望研发更具“广泛性”或“个性化”的不同特征的高分子载体材料,用于疾病诊断和治疗。
(2)医用高分子载体材料在增强小分子候选药物、生物活性大分子药物(如核酸类药物、多肽、蛋白质药物、疫苗等)的成药性方面具有独特的优势和重要应用前景,特别是有望解决生物活性大分子药物体内应用关键瓶颈问题。除了可有效缩短药物的研发周期,促进转化外,将医用高分子载体材料的研发与生物活性大分子药物在分子水平的特异性相结合,可实现更精准、高效的疾病治疗手段。同时,高分子药物载体的研发平台将更有效服务于重大和突发性疾病的药物研发,实现更快速的临床诊断以及药物的临床转化。
(3)医用高分子载体材料有助于疾病的精准诊断和治疗,从而有助于实现“精准医学”理念。一方面通过医用高分子载体可望实现对疾病发展的实时诊断和精确判断,帮助制定最精准的临床治疗方案,提升疗效,另一方面,通过医用高分子载体可协助界定病灶(如肿瘤组织)边界,提高手术治疗精准度。