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郭学平:科研创新让透明质酸惠及普罗大众

2020-12-01 13:25:22 来源: 中国科技网 作者: 记者 陈小柒

提到“透明质酸”,可能很多人并不了解,但是如果提到它的另一个名字“玻尿酸”,大家肯定耳熟能详

透明质酸(又称玻尿酸)现今被广泛应用于骨科、眼科、医美等医疗领域以及各类化妆品之中,并于近年来开拓了肿瘤治疗、组织工程、口腔、胃肠、耳鼻喉、计生、洗护、消杀、宠物等多个应用领域

其中作为化妆品的原料之一,透明质酸因具有很好的保水、润肤、修复等功效而广为人知。1111日召开的第二十一届中国专利奖颁奖大会上,一项名为“酶切法制备寡聚透明质酸盐的方法及所得寡聚透明质酸盐和其应用”(以下简称酶切法)的发明专利一举摘获“中国专利金奖”。“酶切法”到底有什么作用?为此,记者采访了此项专利的第一发明人——华熙生物首席科学家郭学平博士。

华熙生物首席科学家郭学平作为“酶切技术”主要发明人领取“中国专利金奖”。

一次小意外成就“大发现”

提到“酶切法”的发明过程,郭学平会心地笑了:“大概2010年的时候,市场反映有低分子量透明质酸的需求,那时主要是日本在做,随着透明质酸价格越来越亲民,他们开始往化妆品里添加低分子量透明质酸。这时我突然想到大约20年前我的一次失败实验,正是这次‘失败’的实验,为我打开了‘酶切法’的大门。”

1990年,市场需求主要集中在高分子量的透明质酸,用于眼科和骨关节手术。郭学平当时也主要研究高分子透明质酸。在一次实验当中,郭学平将粘稠的玻尿酸提取液保存在容器中,第二天发现玻尿酸提取液变稀了。因为那时候的透明质酸还是从鸡冠中提取的,价格特别昂贵。郭学平为了这次失误心疼了好久。但这次“失误”也为“酶切法”的诞生埋下了种子。

随着发酵法制备透明质酸技术的推广普及,透明质酸的成本一路下降,其应用方向也不再是“高高在上”的医疗领域了,越来越多的化妆品公司开始计划把低分子量透明质酸添加到自己的产品当中去。

面对低分子量透明质酸的市场需求和技术瓶颈,郭学平突然想到了20年前那次“失败”的经验。直觉告诉郭学平,当年那瓶透明质酸粘度变低,肯定是某种微生物产生了酶把透明质酸降解了,何不利用酶来研制低分子量透明质酸。可是当年只是一次偶然的“失败”,并没有验证到底是哪种微生物。

于是,郭学平马上组织团队去“寻找”合适的酶。在郭学平的带领和团队的共同努力下,很快就确定了微生物种类并且成功分离出其中的透明质酸酶,而随着实验的深入郭学平及团队可以通过温度、pH环境等多维手段控制酶的活性,从而控制它们“断链”的速度,这也为后续郭学平团队准确制备各种不同分子量透明质酸打下了基础。

一群微生物成就“大产业”

其实“酶切法”并不是郭学平第一次与微生物打交道了,早在多年以前,郭学平与另一种微生物的“邂逅”,同样是创造出了不可估量的价值。谈到那次“邂逅”,郭学平回忆道:“我是跟着我的导师开始进行透明质酸研究的,那时的透明质酸,可以说是不折不扣的‘价超黄金’,因为大量的鸡冠才能提取出一点点透明质酸,甚至早期研究者还要从人的脐带中获取少量透明质酸用于研究实验,一克透明质酸的价格往往是黄金的数倍。这也是为什么我对那次‘失败’实验耿耿于怀的原因。”

郭学平举了个比较无奈的例子。那时候虽然透明质酸已经用于医疗领域,但其高昂的价格绝对不是普通百姓承受得起的。除了少数富贵人群可以接受透明质酸治疗以外,当时还应用在国外的赛马领域,因为赛马昂贵的身价和赛马比赛高额的奖金,很多马主乐于在赛前为赛马腿关节注射透明质酸,以延缓其关节磨损,让人感叹“人不如马”。

微生物发酵法制备透明质酸改变了这种情况。上世纪90年代,国外关于微生物发酵制备透明质酸的研究已经开展多年。郭学平注意到国外这一领域的研究进展,于1990年开始研究通过微生物发酵法制备透明质酸,并于1992年取得成功。此项技术于2004年荣获了国家科技进步二等奖,其本人荣获“吴阶平-保罗·杨森医药奖”。

在研究发酵法的过程中,郭学平只用了短短1年时间就筛选培养出了适合发酵生产透明质酸的菌株。对此,他觉得自己十分幸运。在发酵法诞生以前,透明质酸的生产原料是鸡冠,现在则是玉米、葡萄糖等,生产成本和生产效率实现了颠覆性提高,而且没有动物疾病等安全性问题。据郭学平介绍,现在一个30吨的发酵罐所制备出来的透明质酸,相当于过去100吨鸡冠的提取量,这大大降低了透明质酸的生产成本,透明质酸的价格也逐渐下降。

可以说微生物发酵制备透明质酸是让透明质酸走向产业化的开端,如果一直靠鸡冠提取,恐怕透明质酸这种物质永远是高高在上、可望不可及的。现在用于骨科治疗的透明质酸注射剂不仅价格低廉,还被纳入了国家医保,是真正人人都用得起的“百姓药”。

一个带头人成就“大发展”

谈到自己取得的这些成就,郭学平格外谦虚,“我最大的梦想就是如何能以更高的效率、更小的成本制造出更高质量的透明质酸产品,能让更多人用得上、用得起透明质酸产品。”

与郭学平的谦虚形成对比的是,他带领下的华熙生物的研发团队,凭借一系列科研突破,取得了十分亮眼的成就:发酵法生产透明质酸的产率从最初不足3g/L到如今12-14g/L,大幅度降低了透明质酸的市场价格。“酶切法”能够自由控制透明质酸分子量的大小,解决了过去用化学法(强酸强碱)容易破坏透明质酸分子结构,杂质高,能耗成本高,难以形成大规模生产寡聚透明质酸的难题,同时将寡聚透明质酸的降解周期由化学降解法的12-15天缩短至5-6小时,使得寡聚透明质酸生产效率大幅度提升。

作为一家企业的科研带头人,今天的郭学平也将更多精力放在了培养团队上面,例如此次获得“中国专利金奖”的项目,第二发明人石艳丽就是郭学平的“得意门生”。在培养后辈这件事上,郭学平有着自己的见解:“我该做的主要就是‘放权’,让年轻人充分发挥自己的创造性,现在华熙生物的研发团队已经成立了30多个‘工作室’,分别以研发团队的带头人命名。这其中有研究提高生产效率的,也有研发更多新应用产品的,有成功的,也有失败的。科研就是这样,要勇于失败才能成功,这些年来,这些工作室确实为我们带来了不少产品创新。”

谈及未来发展,郭学平谈到:“我的两次‘成绩’都是通过筛选找到天然菌株,现在‘微生物发酵’领域的发现方向是基因技术,未来产业可能不再是通过天然菌株发酵,而是通过基因改造、生物编辑技术人工‘创造’出的某种特定菌株。我们现在也在联合众多高校研究团队积极研发这一技术,只有跟上时代步伐,才能让产业获得持续发展的动力。”

责任编辑: 桂楷东