丁香园“思享+”专访丨小小斑马鱼,何以掀起大健康产业创新发展的巨浪?

发布时间:2022-11-25

 

内容转载自丁香园高端对话栏目《思享+》

 

李春启博士

环特生物创始人、首席科学家;世界卫生组织(WHO)前专家、MIT研究员

李春启博士,有着超过 30 年国际国内临床消化病、癌症炎性疾病诊疗与实验室研究、工业界生物技术与新药研发经验,以及 20 多年斑马鱼生物技术研发与产业化经历。由他主导研发的消化道癌靶向创新药,目前已进入临床二期。1995 年,李博士出版了《胃癌的化学治疗》专著。他也是 2012 年 Willey 出版社《Zebrafish Methods for Assessing Drug Safety and Toxicity》专著的主要作者之一。至今发表的国际论文 100 余篇,已授权国内外发明专利 30 多项。

当前,在生物科学的发展历程中,模式生物发挥了极为重要的作用。其中,最为人所熟知的模式生物当属「小白鼠」。那么,你是否知道有一种被称为「水中小白鼠」的模式生物,在生物医药、保健食品和化妆品功效,以及环境科学等相关研究中做出了不可估量的贡献?

这种「默默奉献」的模式生物就是斑马鱼。斑马鱼作为模式生物的特点和优势有哪些?斑马鱼生物检测与安全研发技术的应用现状和未来前景如何?其对大健康产业的创新发展究竟有着怎样的助力?近日,丁香园对话杭州环特生物科技股份有限公司(以下简称「环特生物」)创始人、首席科学家李春启博士,为大家揭开斑马鱼技术的神秘面纱。

作为国内斑马鱼生物评价服务及技术解决方案提供商、斑马鱼技术应用领导者,环特生物不断深度挖掘、创新斑马鱼技术的应用场景,在包括「医-健-美-食」在内的大健康产业进行深入布局,极大地推动了我国斑马鱼技术应用的发展进程。

丁香园:斑马鱼是一种重要模式生物,环特生物创新性地开发出许多斑马鱼的应用场景,请问您在创办环特生物之初,是基于哪些因素选择将斑马鱼研发应用作为创业方向?

李春启博士:这要从环特生物创立时的背景说起,其一,当时中国从仿制药大国向创新药大国的号角开始吹响;其二,国家提出要大力推动中医药和大健康产业的发展;其三,国内大健康产品正进入品牌消费阶段,民众对产品质量的要求越来越高。此外,食品安全、环境污染治理等也正成为中国发展中的一个个亟需解决的问题。

在以上诸多背景下,环特希望打造出一种既能应用于药物、保健品、化妆品的研发,又能对食品安全、环境保护做出贡献的生物检测技术,来作为传统理化检测的补充,从而能够更好地从整体上评估相关产品的生物安全性并预测其功效。斑马鱼生物检测与安全研发技术正是这样一种符合国内产业的发展趋势,具备良好的商业和社会价值的技术。

另外,截至 2009 年,我曾在美国一家斑马鱼企业任职研发总监达十余年。同年,斑马鱼药物毒理学评价技术,首次通过 FDA(美国食品药品管理局)和 EMA(欧洲药品管理局)的 GLP 认证,标志着斑马鱼模型的安全药理学和毒理学评价结果,可以作为正式材料纳入临床试验申报资料。这意味着该新型技术已在全球范围内被证实是科学、可靠的,目前正进入广泛应用的阶段,我希望能把该技术带到国内,以此推动国内相关产业的发展。

当然,最根本的原因还是斑马鱼作为研究模型的特色和优势,包括:

高可靠性:作为一种与人类基因相似度高达 87% 的模式生物,其模型可以模拟人体病理生理过程;

高效率:斑马鱼生长发育速快块,用于药物评价检测,大部分可在 72 小时内完成实验;

直观:斑马鱼通体透明,实验结果能够直观地观测;

高性价比:因为饲养成本相对低,实验周期短,资源消耗小,因此成本仅为传统方式的 1/10,甚至更低。

此外,斑马鱼高度的敏感性使得其不仅能在科学研究中的作用突出,还能在生物检测领域大放异彩,尤其适用于对多成分、多靶点、弱功效、慢功能的中药保健功能食品、化妆品和食品的检测。

 

斑马鱼成长周期

丁香园:除了在斑马鱼技术和应用方面追求创新外,环特生物近年来在标准制定方面投入颇多。比如公司在去年联合数十位专家推出了《斑马鱼技术应用专家共识》。请问公司在标准建设方面付出如此多心力的初衷是什么?高水平的标准建设对于推动行业发展有哪些益处?

李春启博士:从技术应用历史讲,斑马鱼与小鼠大鼠相比,仍然是一个比较年轻的研究工具。在产业应用领域,它的比较优势,依然需要被更多人了解和接受。环特生物作为国内最早的从事斑马鱼技术应用的企业,既有责任也有能力,同相关部门、行业专家和头部企业来推动这项新技术平台的发展。因此,我们去年有幸邀请到张伯礼院士、相关部门领导和行业专家联合发布了《共识》。这给包括我们在内所有从事斑马鱼技术研究的企业和机构,很强的底气和信心,说明它的应用价值是得到充分认可的。

除了《共识》,我们参与起草发布 11 项相关标准。其中参与国家标准 1 项,牵头制定团体标准 7 项,参与 3 项。覆盖实验鱼质量控制、保健食品、化妆品、食品等多个领域。另有 8 项牵头的标准,正在起草中,横跨中药、乳制品、化妆品和斑马鱼实验室建设规范等相关应用领域。环特生物的标准化,代表了国内斑马鱼技术应用的标准化进程。围绕斑马鱼技术的产业应用,环特生物在各领域开展标准化制订工作,在树立行业标杆的同时,规范产业的健康发展,提升环特生物在行业内的话语权和影响力。

通过这些工作,目前我们正在推动斑马鱼技术产业获得业内专家、政府主管部门以及整个行业的更多认可,带动了大健康产业的持续升级。简单来说,将斑马鱼生物检测技术与传统理化检测技术结合是一种「双优筛选」,我们不仅能够在研发阶段发现更优质的原料、打造更安全优质的产品,还能够对产品进行更好的营销和品牌打造,最终实现整个行业产品和服务的升级。

丁香园:创新药是我国大力支持发展的行业之一,但创新药研发的高失败率和高成本是行业面临的重大挑战。在这方面斑马鱼能够发挥怎样的作用?环特生物在斑马鱼领域的深耕在推动我国新药创制方面取得了哪些成果?

李春启博士:以中药为例,中药现代化和国际化的最大难点就是质量控制,而斑马鱼技术则有助于解决这一难题。比如浙麦冬和川麦冬,我们可以通过斑马鱼来评价不同产地麦冬在药效学方面的差异。这对于中药企业原料选择,都是一个比较有价值的参考。

另外,不同的炮制工艺对药物的安全性也会产生影响,我们用斑马鱼验证了这一点。结合药物的功效和安全,我们就可以将斑马鱼技术引入药物的质量控制体系中来,作为一个生物学质控的有力工具。

再比如新药的研发,面对成百上千个化合物,利用斑马鱼来做化合物筛选,将是非常明智选择,它的效率高、速度快一定让人印象深刻。同时,与其他工具相比,斑马鱼的成本优势将会被最大程度的放大,对于控制药企的研发成本,降低失败率大有裨益。

目前为止,环特生物在药物研发领域的应用,已经取得了相当乐观的成效。在我们合作的客户当中,以环特斑马鱼实验数据为研究材料,有 7 个新药使用该数据用于其新药的 NMPA(国家药监局)临床申报。

 

丁香园:据了解,环特生物近期完成了对专注于斑马鱼基因编辑的南京歆佳医药的收购。请问这一收购完成后,对完善公司技术布局及拓展业务将起到哪些助力?

李春启博士:基因编辑技术,将为斑马鱼技术在产业应用领域插上翅膀。环特生物战略性并购歆佳医药正是基于此番考量。

先来看斑马鱼基因编辑技术的优势,主要有以下四点:

功能研究周期短:以基因敲降为例,通过多种方法瞬时下调基因表达方法,可在胚胎期就可以观察表型。

表型直观:通过直接观察或利用特异性荧光标记品系即可获得敲除品系和野生型差异图,无需解剖和后续组织染色;易于检测特定表型:幼鱼整体观察,便于检测特定组织器官异常表型;可以动态活体观察,连续观察同一条鱼的表型变化。

活体分子机制快速验证:利用活体斑马鱼幼鱼进行分子机制的快速验证(瞬时表达调控)。

产卵量大、阳性表型个体多:品系构建过程中,子代中获得阳性表型个体的成功率更高;稳定品系可产生大量阳性表型后代用于化合物活性和机制高通量筛选(每对产卵约 200 枚)。

 

图为Cre诱导kdrl敲除影响斑马鱼的血管生成(参考文献:Shanye Gu等,Journal of Molecular Cell Biology,2020)

环特斑马鱼基因编辑技术,包含了基因敲除、敲入、敲降、转基因制备和科研服务五大内容,已将建立了超过 180 种转基因斑马鱼品系。我们举个例子来看其应用价值:比如,sj315Tg 转基因斑马鱼,是一个老年痴呆症模型(AD)。它利用斑马鱼 appb 基因的启动子驱老年痴呆人源的 APP 突变基因(APPsw)和绿色荧光蛋白的共同 16 症模型表达。在斑马鱼的大脑、心脏、眼睛和血管系统中都成(AD)功表达。利用该品系可以研究 AD 的发病机制和抗 AD 药物的筛选,对 AD 的发生发展有重要作用,可以大大降低在常规斑马鱼品系中造模的过程,再一次将斑马鱼技术的效率大大提升。

由于南京歆佳医药的斑马鱼基因编辑技术实力强、底蕴深厚,而环特生物拥有丰富的应用斑马鱼技术的客户资源(750+)和项目经验(7000+),因此,对南京歆佳医药的收购是环特生物正进行的全国布局的一部分,两者的强强联合能够推动基因编辑的特色斑马鱼的商业化快速实现,从而更好地服务于国内生物医药和大健康产业。另一方面,南京歆佳医药的加入,能够通过技术服务上的互补和协同作用,大大提升环特生物的学术研究、创新药研发等方面的服务能力。

丁香园:环特生物创办以来,围绕斑马鱼发表了大量论文并获得了诸多专利,而且还在持续关注包括基因编辑、zPDX 和类器官在内的新技术,请您介绍一下这方面的详情?

李春启博士:作为一家生物科技公司,对技术的深入研究和不断创新是企业保持活力和持续经营的根本所在。在创立之初,环特生物就非常重视技术壁垒的打造和专利的布局。此外,当前生物科学的发展日新月异,新的技术方法层出不穷,一家科技企业只靠吃老本是很难活下去的。因此,环特一方面不断优化和丰富已有的技术体系,另一方面也不断探索和学习新技术。

基因编辑技术已经成为生命科学的基础技术和核心技术,在基础科研、精准医疗和生物育种领域带来了翻天覆地的变化。就像刚才提到的,斑马鱼发育快、繁殖能力强、便于观察,是非常适合基因编辑技术的实验对象。因此,我们也一直在开发和跟踪最新的基因编辑技术,希望能够让斑马鱼在基因编辑技术的应用上发挥更大的作用。

斑马鱼人源性肿瘤组织异种移植模型,也就是 zPDX 模型,是我们为肿瘤精准用药专门开发的技术。这项技术在国内外都已经研究了一段时间,我们是从 2017 年就开始初步进行相关研究的。今年我们组建了一个由 3 名博士牵头的技术团队在进行斑马鱼 PDX 技术的研发工作。目前实体瘤的靶向治疗和免疫治疗效果还不如非实体瘤,国内大概有 60% 的实体瘤患者还是要依靠传统化疗方案。虽然目前已经有了临床病理诊断、基因测序等技术来协助医生做诊断,但化疗方案的有效性平均不超过 50%,所以,很需要预测性好的化疗方案药敏测试方法。

 

图为利用人源肺癌细胞系构建斑马鱼肺癌移植瘤模型研究长链非编码RNA在肺癌进展中的功能

小鼠 PDX 模型在抗肿瘤药物研发方面已经得到了广泛的应用和认可,但因为实验周期长、费用高,在临床精准用药方案一直没有得到推广。我们从小鼠 PDX 模型得到启发,觉得用斑马鱼 PDX 模型进行临床药敏测试应该有很大的推广前景。我们经过前期的研究发现,斑马鱼 PDX 模型大概 10 天左右就能出结果,综合下来的成本也比小鼠 PDX 低很多,应该说完全满足临床药敏测试的需求。我们一期计划完成 300 例肿瘤组织样本移植和药敏测试,做好技术流程和质控方案,这项工作正在和多家三甲医院合作。希望用不了多久,斑马鱼 PDX 模型就能服务于肿瘤临床精准治疗。

类器官技术,是我们在研发斑马鱼 PDX 模型的时候关注到的一项比较新的技术,它是一种体外细胞 3D 培养技术,能够在体外培养出在形态和功能上部分类似人体器官的体外细胞组织。类器官技术目前还在快速发展阶段,技术在不断迭代,距离在体外完全模拟人体组织器官还有很长的路要走。但类器官是一项代表生物科技未来发展方向的技术,即便目前还不成熟,也已经能够解决目前依靠传统细胞 2D 培养无法解决的问题。另外,类器官技术和斑马鱼技术有很好的互补性和协同性。所以,我们今年决定布局类器官技术,与类器官技术共同成长和发展。

 

丁香园:环特生物目前已在北上广及波士顿等拥有 6 家全资/控股子公司,业务范围辐射海内外,最后请您分享一下公司的行业布局情况及未来发展规划?

 

李春启博士:目前,我们以斑马鱼技术平台为核心,逐步构建了包括人体、微生物和哺乳动物(筹建中)的一站式功效与安全性研究,可以将环特生物的产品对应到以下七个场景:研发检测、备案检测、实验室建设、生产质控、品质背书、基因编辑和 PDX 模型,覆盖药物、保健食品、化妆品和食品等四大行业的产品体系。

七个场景,高度匹配了产品的全生命周期,从研发阶段、备案阶段、生产质控、营销阶段。这里单独可以说下「智鱼优检(Verified by Zebrafish)」,是针对「原料-配方-成品」全品质链路的生物检测评价服务。在经过斑马鱼验证后的优质产品,授予「智鱼优检 Verified by Zebrafish」标识,以高辨识度的符号,强化其高品质,为优质产品的品质加亮。

至于未来发展规划,环特的目标是成为一家伟大的生物科技公司,因此,我们要不断拓展我们的技术能力,除了我们特色的斑马鱼技术和前面提到的类器官技术之外,我们已经建立了细胞实验平台、化妆品人体功效实验室,同时,我们也计划筹建特色的哺乳动物实验平台。希望能够不断给我们的合作伙伴提供更优质、更系统的服务。

除技术服务之外,环特也在积极布局智能化实验室解决方案。我们在跟合作方一起开发自动化实验设备、人工智能图像分析软件和数字化实验室管理系统,希望将我们的实验技能和实验室管理经验通过软硬件输出给更多的同行,共同推动行业的智能化、信息化发展。

以上所讲都属于「内生性成长」的范畴,是通过技术的创新和迭代,以及市场的全国性布局来把自身已有资源发挥到极致。而对南京歆佳医药的收购,则是我们迈出的「外延性成长」的重要一步。我们正在寻求更多的并购和整合的目标,通过这种方式来补齐我们的服务能力、完善技术平台功能,更好地推动生物医药和大健康产业的发展!