人类生存离不开植物合成的营养物(如多糖、蛋白质、维生素等)和药源分子(如青蒿素、紫杉醇、喜树碱等)。药用植物不仅是中医临床用药的主体,也是新药发现的重要源泉、基于食、药、妆等多种路径在生命健康体系中发挥重要支撑作用。
然而,大多数药用植物面临着来源保障脆弱、功效物质形成机制不明、品质退化趋势难以遏制等共性问题。珍稀药用植物更是因生长缓慢、资源稀缺,长期面临着供应短缺问题。关键在于,产业链上游链接种植业,具有鲜明的周期性、区域性和季节性特征,原料种植、培育直接影响产品均一性、生产成本、有效成分含量等。
为破局珍稀药用植物的量产难题,龙藏生物与中国科学院植物研究所合作,基于植物干细胞创新技术路径,推出药用植物资源合成生物学方案。
近日,龙藏生物自主研发的植物干细胞规模化培养技术平台在500升生物反应器中试阶段取得成功,已打通从植物干细胞分离、代谢调控到GMP生产的全链条技术,红豆杉、积雪草、人参等多个高价值药用植物品种已实现稳定增殖与活性成分高效合成。据测算,该技术可使珍稀药用成分成本下降70%。
借此机会,动脉网采访到龙藏生物董事长、首席科学家万成,解读这一新型方案的破局路径。
应用植物干细胞规模化培养技术收获的人参干细胞
1成本下降70%,合成周期从数年压缩到60天
作为中国科学院植物所在读博士,万成联合中国科学院植物所团队,聚焦胚细胞再生体系应用研究,以改良药用植物种子资源,解决药材有形无实、药性缺失等质量问题。随着研发深入,团队发现——种子资源改良只能解决一小部分问题,影响药性的关键在于其整体培育环境的调控。
“从生长逻辑来看,植物在自然环境中遭遇虫害、干旱等外界胁迫时,会主动生成次生代谢产物作为防御手段,而这些次生代谢产物正是99%以上药用成分的来源。”万成表示,“再继续追溯到底层逻辑,我们应用的是植物在无法移动情况下,仍可对抗外界胁迫的一种能力。这种能力或能量被储存在以次生代谢产物为主的整体成分中。”
因此,在技术创新上,龙藏生物延续胚细胞再生体系研究,进行高阶价值植物细胞系的构建,进而实现植物天然活性化合物的工业化生产。一方面,“从零到一”构建母本植物干细胞系,打通植物细胞诱导、分析、改造、工业化培养路径。另一方面,探索规模化培养平台对气候、环境等影响因子的调控,寻找不同品种药用植物的最佳培育参数(如光照、温度、pH值),提升功效成分产物。
万成指出,药用植物的贡献成分通常是由多种成分组成的混合物,其化学成分非常复杂,且不同成分之间可能存在相互作用。基础科学视角上,确定每种成分的药效学作用、成分间相互作用如何影响药效和毒性,可以说是非常困难,甚至目前理解甚少。因此,回归植物干细胞系,即从“真正的源头”开始,充分尊重细胞到代谢产物的整体性功效。
这一思路不仅规避了微生物合成的成本不可控、副产物多等问题,更适用于分子结构复杂、微生物难以合成的高价值成分。事实上,这一方案的难度完全前置至干细胞系的构建。而目前,龙藏生物已完成核心技术攻关,实现了56个品种的细胞系构建,储备丰富的平台拓展方向。
通过精密环境调控,龙藏生物植物干细胞规模化培养技术平台已在500升罐体内实现植物干细胞活性的持续保持,关键次生代谢产物(紫杉醇、人参皂苷、积雪草苷等)合成效率较实验室规模提升一倍,周期从自然生长的数十年压缩至45~60天,使生产效率提升超百倍。
据测算,该技术可使珍稀药用成分成本下降70%。
应用植物干细胞规模化培养技术收获的红豆杉干细胞
2药、食、妆三线并进,已具备植物外干细胞及外泌体量产能力
500升中试验证的成功,意味着药用植物资源开发从实验室研究推入工业化量产的新纪元。此次中试验证的品种,覆盖疾病治疗、高端护肤、组织修复三大领域。目前三条产品线中试成功,即将推进量产,已合作多家企业启动“药”“食”“妆”产品研发、临床与落地。
广谱抗癌紫杉醇
其原料红豆杉需自然生长20年以上,因而野生资源供应长期不足。年内平台运行后,紫杉醇年产能可满足20万份抗癌制剂需求,将大幅缓解野生资源压力。
稀有人参皂苷
无论野生培养还是种植培育,名贵中药人参的有效成分积累也长达数十年。而龙藏生物数据显示,其合成的人参干细胞中稀有人参皂苷占比突破80%,抗肿瘤活性达传统提取物10倍,单罐年产量相当于2000亩种植园。
积雪草
积雪草细胞靶向修复因子使重度烧伤模型皮肤再生效率提升85%,为组织再生提供新路径。目前已与广东省人民医院等多家机构单位合作开发基于植物干细胞的Ⅲ类新药;与多家头部化妆品品牌开展深度合作,共同开发新一代植物干细胞源护肤产品。
500升中试罐内细胞发酵放大过程操作
“500升中试成功是‘细胞工厂’替代‘大田种植’的关键转折点,尤其是生产逻辑的根本变革。”万成提到,“摆在我们面前的,这套颠覆性的工艺体系需要得到监管、审批的认可。比如我们正在与中国保健协会共同推进人参干细胞的备案和市场转化,积雪草新原料备案也已启动。”
在万成的观察中,已达成合作与洽谈中的药企均非常认可这套全新的方法论——“因为他们非常清楚,植物干细胞逻辑下的合成迭代,解决的是原料供应短缺这一根本矛盾,并且有效成分和制造成本上均有升级。”
中国生物制药总裁徐晓阳表示,植物干细胞规模化培养技术的成功应用,有效突破珍稀药用植物资源枯竭的瓶颈,为中医药传承创新发展注入新动能的同时,也为高端生物医药、化妆品产业升级以及再生医学领域提供了强大的科技支撑。
万成强调:“创新药、中医药应用一定是植物干细胞未来最关键的发展方向,比如植物外泌体。”作为细胞外囊泡的一种主要类型,外泌体不仅能够渗透到组织,还能扩散到血液、穿过血脑屏障。因此外泌体被研发作为药物载体、单药治疗,也可应用于医美递送与修复。当前市场上植物外泌体多为直接从植物中提取,存在批次差异大、标准化难等问题。该植物干细胞规模化培养平台可从同一母本细胞库中稳定获取,解决了均一性、标准化难题,突破了植物外泌体量产的关键技术瓶颈。
人参干细胞分泌的外泌体
与此同时,龙藏生物加速产能建设,已打通从植物干细胞分离、代谢调控到GMP生产的全链条技术,实现百公斤级活性成分年产能。除原有围绕中国科学院植物研究所的三大实验室(北京、昆明、西双版纳)外,年内将落地吨级生产基地建设,支持未来创新药、高端护肤品、医美产品、再生医学产品、保健品原料等的规模化供应。
战略逻辑上,万成认为,接下来的3到5年内,“食”“妆”“药”将会多线推进、逐点突破,用扎实的数据、临床验证与审批审评,将这一方案推向市场化,真正走到临床一线、到达消费者的手里。
颠覆性平台型技术的实验室突破、中试成功、到吨级量产,是一种“将稀缺性工业化”的通用能力。当有效成分不再受限于气候、物种与产地,而落脚于可复现、可放大、可优化的母本细胞库,细胞工厂取代大田耕作,则“道地性”不再是药用植物发展的限制。这一天已经到来了。
暂无评论