隨著航天技術(shù)與生物技術(shù)的發(fā)展，太空生物制藥正得到越來越多的重視和運用。在《2021中國的航天》白皮書中，太空生物制藥被列為需要培育發(fā)展的太空經(jīng)濟新業(yè)態(tài)之一。它不僅在科學研究上具有獨特優(yōu)勢，也蘊藏著巨大的經(jīng)濟價值，成為全球太空科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域。
生物制藥是指以生物體為原料或借助生物過程，生產(chǎn)出藥用天然活性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成人體的許多物質(zhì)也是很好的藥物。比如，廣為人知的胰島素和各種抗體就屬于蛋白質(zhì)藥，此外還有核酸、維生素、多肽等各類生物藥。2020年全球醫(yī)藥市場規(guī)模約為1.3萬億美元，其中生物類制劑和藥物超過3300億美元。2021年國際十大生物技術(shù)藥物的全球銷售額達到711億美元。由于具有微量、高效、智能等優(yōu)點，生物制藥正成為醫(yī)藥行業(yè)的熱門分支。
那么太空生物制藥有什么不一樣呢?研制智能高效的生物質(zhì)藥，離不開對生物材料的分子結(jié)構(gòu)和相互作用原理的洞察。然而，蛋白質(zhì)等生物材料分子量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分子易變性失活，加上外部環(huán)境重力或浮力的干擾，提純過程變得格外困難，體外溶液中分子相互作用的模式與體內(nèi)實際情況也相去甚遠。以胰島素分子為例，它包含了784個原子，而水分子僅有3個原子，生物材料的復(fù)雜性可見一斑。而在太空環(huán)境中，失重、空間輻射、晝夜節(jié)律變換等特點，正在創(chuàng)造人們認知事物的特殊環(huán)境。
在太空，由于生物大分子的姿態(tài)和分布不再受浮力對流和重力沉降的影響，生物大分子可以更加舒展，更充分地結(jié)合。在失重的環(huán)境下，生物分子“同類相聚”，雜質(zhì)能被更充分地過濾，形成純度更高、排列更整齊的高質(zhì)量晶體。太空中出現(xiàn)的分子結(jié)合方式也可能產(chǎn)生有別于地面的新晶體，有助于新藥的研發(fā)。納米大小的均勻晶體還可以做成口服膠囊，使人們免受注射之苦。
太空輻射通常被認為會損傷生物的DNA。不過換個角度來看，DNA的改變有時相當于產(chǎn)生了新物種，往往具有新特性和新能力。因此，對于借助微生物以及動植物細胞、組織或個體來制備藥物的體系，利用太空輻射誘發(fā)特定基因的損傷或突變，可能會獲得更健壯的生物生產(chǎn)體系，進而提高藥物產(chǎn)量，甚至得到地面難以制備的候選藥物。
太空生物制藥技術(shù)對于太空生活同樣不可或缺。長期輻射會加速藥物失效，因此為人類太空活動篩選出耐輻射的生產(chǎn)體系，開發(fā)可靠的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備，以實時需求制備藥物，就成為太空生物制藥的又一個新方向。
目前在國際空間站中，太空生物制藥已經(jīng)取得初步的研究成果。我國科研人員在神舟七號上開展了制藥微生物育種搭載試驗，在神舟三號和神舟八號上開展了蛋白質(zhì)結(jié)晶實驗等。還有一些生物制藥公司進行了治療探索和藥物研究開發(fā)，在治療骨質(zhì)疏松、乳腺癌等方面取得了突破。未來，太空生物制藥的成果及經(jīng)濟社會效益令人期待。
(作者為中國科學院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員)
《 人民日報 》( 2022年07月27日 15 版)
