基本信息
- 项目名称：
- 针对多种创面修复的新型FGF给药形态及相关作用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 成纤维细胞生长因子（FGF）可促进各种组织损伤的修复，改善伤口的愈合。但FGF作为蛋白质类药物，存在稳定性差、体内半衰期短等缺点，严重制约了相关药物的临床推广和应用价值。本课题组提出了采用PEG定点修饰技术来提高FGF稳定性的新思路。并且，本课题组进一步用胶原蛋白作为载体来开发生长因子复合的生物海绵材料，极大丰富了临床使用范围，同时还很好地发挥胶原蛋白止血和生长因子主动修复协同效应的特征。
- 详细介绍：
- 由于城市化进程的加快、生活压力的加大以及环境、生态的恶化，各种创伤病人如口腔溃疡、宫颈糜烂和糖尿病溃疡的患者人数在不断增加。创面的存在轻则增加病人痛苦，影响正常工作和生活，重则影响机体的代谢、营养和免疫功能，甚至招来致命性的全身性感染危及生命，对患者本人、家庭、社会都构成很大压力。因此促进创面愈合尽快地封闭创面，是临床治疗中的重要课题。基础研究、动物实验和临床验证表明，重组人成纤维细胞生长因子FGF作为调控机体创面愈合的细胞因子，可促进各种组织损伤的修复，改善伤口的愈合。在创面治疗上，包括大面积烧伤创面和一些慢性难愈合创面（如糖尿病病人的慢性创面、褥疮及各种慢性溃疡等），疗效显著。因此将人成纤维细胞生长因子应用于各种急、慢性体表溃疡、外科创伤及烧烫伤患者，使他们获得更好的医治并康复，以健康的身心重新投入社会劳动，为社会创造新的财富，减少社会和患者家庭因此而支付的医疗费用和护理费用，将具有极其重要的现实意义。 然而，大量的研究及临床实践表明，FGF与其他大部分蛋白质类药物一样，也存在稳定性差、体内半衰期短、给药方式单一等缺点，严重制约了相关药物的临床推广和应用价值。 针对上述成纤维细胞生长因子的不足，本课题组在前期研究工作的基础上提出了采用PEG定点修饰技术来提高FGF稳定性的新思路。另外，针对目前产业化的生长因子类药物仅有冻干粉制剂，在临床使用过程中往往只能用于体表创面，给药方式极为单一的缺陷，本课题组进一步考虑采用胶原蛋白作为载体来开发生长因子复合的生物海绵材料，这一固态的给药形态极大的丰富了临床使用范围和方式，同时还具备了蛋白活性保存好、运输方便、很好的发挥胶原蛋白止血和生长因子主动修复协同效应的特征。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：旨在原有药物的基础上改进，发明出更好的蛋白，治疗各种创伤病人如口腔溃疡、宫颈糜烂和糖尿病溃疡。 基本思路：本课题组采用PEG定点修饰技术来提高FGF稳定性。并且，本课题组进一步用胶原蛋白作为载体来开发生长因子复合的生物海绵材料，极大丰富了临床使用范围和方式，同时还很好地发挥胶原蛋白止血和生长因子主动修复协同效应的特征。 技术关键：第一个关键是获得稳定高效的FGF定点PEG修饰工艺。本课题组创新性将PEG修饰剂经过丁醛活化，利用醛羰基的亲电性来直接进攻FGF的N末端α氨基，实现了对FGF的定点修饰。根据修饰前后FGF对肝素的结合能力的微小变化，实现了修饰后产物的高效分离，简化了分离纯化的步骤。第二个关键是获得蛋白剂量可控、均一分布的生物海绵材料。本课题组采用肝素与胶原蛋白相结合，进而基于FGF能与肝素按照剂量比例特异性结合的特性，创造性的利用化学键合的方法得到复合PEG-FGF的胶原蛋白缓释材料。 创新点：本课题通过经丁醛活化的PEG直接进攻FGF的N-末端，成功实现了对FGF的定点修饰。并且利用最接近自然状态的生物材料胶原蛋白作为FGF的缓释载体，该材料不引起急性毒性反应,无刺激性、致敏性和溶血性，且成功的延长FGF促创伤修复的生物学功效。 技术指标：活性保存率达超过50%，且修饰后蛋白相对野生型FGF稳定性显著提高、体内半衰期延长，修饰蛋白对糖尿病溃疡的愈合作用显著提高；胶原蛋白中生长因子的活性较高。
科学性、先进性
- 通过长期试验获得FGF的最佳修饰条件和分离条件。在该条件下，获得的FGF修饰产物的稳定性提高4倍以上，活性保存率超过50%。且在后期的半衰期，耐酶稳定性，耐热稳定性等实验中，我们都得到了可观的实验结果。 新型FGF生物海绵材料是通过具有生物海绵与修饰后的FGF复合而得到。首先，其将生物海绵所具有的止血作用和FGF促进创伤愈合作用想结合，可在临床上有广泛的应用。在前期工作基础上和后期实验的结果中，本课题组发明的经PEG定点化学修饰FGF能有效的提高FGF在体内的稳定性，延长半衰期，可明显促进创伤的愈合，因此将修饰后的FGF制成喷雾剂作用于动物溃疡表面，得到了预想的效果。课题组进一步采用胶原蛋白作为缓释载体，开发固态的生长因子生物海绵材料，在保持FGF活性的基础上丰富了给药形态。 试验表明，这种新型PEG-FGF生物海绵材料缓释方法不引起急性毒性反应，对人体无刺激性、致敏性和溶血性，说明改进后的FGF具有良好的生物相容性，是可以安全使用的生物材料和药品。
获奖情况及鉴定结果
- 1、学术论文：《Acceleration of diabetic wound healing with PEGlyated rhaFGF in healing-impaired STZ diabetic rats》, Biol. Pharm. Bull. Under revising （课题组成员为第一作者）。 2、发明专利之一：《促口腔额面部多种创伤修复的复合生长因子的胶原蛋白缓释载体材料及其制备方法》，专利申请号：201110053558.2（课题组成员为第一申请人）。 3、发明专利之二：《一种治疗糖尿病溃疡的喷雾剂的开发》申请书已交，利申请号：201110096270.3（课题组成员为第一申请人）。
作品所处阶段
- 实验室阶段。
技术转让方式
- 本课题组已经和浙江格鲁斯特生物科技有限公司达成了意向性合作协议。
作品可展示的形式
- 图片、实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：本课题组先将PEG经过丁醛的活化，使其带有羰基而显示出亲电性。在蛋白质或多肽骨架中，末端氨基酸残基的α-NH2的 pKa 值通常低于赖氨酸的ε-NH2的 pKa 值，在弱酸性环境中，PEG-醛更易与末端氨基酸残基的α-NH2发生还原烷化反应，从而实现了N-末端氨基的定点修饰。 技术性说明：FGF具有很强的肝素亲和力，本课题组就是利用这个特性先将肝素与胶原蛋白嵌合，再加入PEG-FGF进行化学交联，且FGF与肝素的高亲和性还可应用与修饰产物的分离纯化。利用PEG-FGF和FGF与肝素微小的亲和力的差别，实现了修饰后产物的高效分离，简化分离纯化的步骤。 新型FGF给药形态的市场分析和经济效益的预测：我国对创伤、创面溃疡治疗药物的需求量是巨大的。按每年800万人应用FGF，每人平均用药5支计算，其市场需求量至少为4000万支，以一支100元计算，则可以产生40亿元的经济产值。应该说，市场应用前景是广阔的。
同类课题研究水平概述
- 蛋白质的化学修饰技术及修饰产物的分离纯化技术是近年来科学研究的热点。而PEG类修饰剂的卓越特性，目前应用最为广泛。化学修饰的另一个关键点即选择合适的修饰位点，目前针对特异位点的定点修饰成为研究热点。国内外PEG修饰技术已经被应用于近100种不同酶类、蛋白、多肽和其它化合物。PEG修饰蛋白质药物己广泛应用于临床。国外已有超过10种PEG修饰蛋白上市，如：干扰素α-2b、干扰素α-2α、粒细胞集落刺激因子、生长抑制素、水凝胶和天冬酰胺酶等，并且最近五年平均每年都有一个该类新药上市；我们国家虽然有部分科研院和高校如中国药科大学、中国科学院、上海生化所开展相关的研究，但起步晚，而且仅限于实验室阶段，差距非常明显，这无疑对我们提出了严峻的考验。 胶原蛋白由于其独特的理化性质、有两的生物相容性以及材料间的兼容性，在医学方面，胶原蛋白海绵应用于外科止血，伤口愈合，口腔牙周腱膜的再生和骨科组织再生填料等方面广泛应用。我国在胶原蛋白海绵方面的研究也有前瞻性的进展。20世纪末，上海同济大学及其生物技术研究所对其进行了深入的研究，并将其投放入市场。到目前为止，胶原蛋白在国内的应用已基本成熟。在以后的生产中，用化学或无力方法对胶原蛋白进行交联或修饰，提高、改善其性能，充分实现其价值已成为现研究的主流。 针对胶原蛋白具有良好的组织吸收性，可与药物相互作用，且交联后的胶原蛋白有更低的抗原性和致敏性等优越的生物功能。因此在本校李校堃教授科研团队带领下，在其内填充FGF开发出生物海绵材料。本课题组通过前期的研究摸索并在指导老师的带领下，创新性地将PEG定点化学修饰后的FGF通过肝素与胶原蛋白进行化学性键合，得到了稳定性高，半衰期长，给药剂量容易控制，PEG-FGF分布均匀的良好生物海绵产品，目前尚未见有这方面的报道。从世界范围来看，除中国已批准暨南大学研制的FGF作为新药上市之外，尚无第二个国家批准FGF为新药上市，这样使得生长因子FGF生物海绵材料在国内外均具有领先水平，同时它在口腔及面部多组织方面的应用也适用于解决临床对面部损伤修复的瓶颈难题，使我们的更具创新性及广泛的应用价值和意义。
