破题前列腺癌“命题作文”，碧泰医疗打造水凝胶放疗防护产品

据美国癌症研究协会（AACR）《2023年抗癌进展报告》（AACR Cancer Progress Report 2023），2022年10月1日至2023年7月31日，FDA共批准了14种新型抗癌疗法、2种新的光学成像剂上市，并批准了12种“老”抗癌疗法的新用途。伴随着生物医药产业的飞速发展，癌症治疗似乎走上了新的台阶。

但作为传统三大治疗方式之一的放疗，仍然以当仁不让之势牢牢把握多种癌症的一线治疗方案。从用途来看，放疗以无痛、无创、过程安全、损伤小、适用范围广的优势贯穿癌症治疗的全周期，除了可以作为部分晚期癌症的姑息疗法外，还可以作为鼻咽癌等癌症的首选治疗方式以及不同种类癌症手术前后的辅助治疗方法，发挥出“1+1＞2”的效果。

前列腺癌是男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤之一，伴随着发病率的逐年升高，已经成为影响老年男性健康的主要杀手之一。而最令人费解的是，公开数据显示，中国的前列腺癌五年生存率不足七成，而在欧美地区，特别是美国的五年生存率则接近100%。

“全球医疗水平无限接近的今天，为什么前列腺癌的生存率仍然存在着如此大的差异？”这是医院向研究者们提出的研究话题之一，也被浙江工业大学材料科学与工程学院教授、博士生导师陈思称为“医院留的命题作文”。

自创办以来，浙江工业大学便彰显着“以浙江精神办学，与区域发展互动”的办学特色，“我们实验室的项目大多数都非常‘接地气’，以能够直接解决现实产业中存在的问题为目标。”陈思说。

2015年，陈思带领博士、硕士研究生正式成立项目组，以高分子材料为基础解决临床需求。但实际在2015年以前，陈思及所在团队便开始尝试利用高分子材料弥补产业与学术的鸿沟，让先进的研究成果能够为产业所用。在这个为产业服务的过程中也常常会得到一些意外之喜——“做给A项目的材料也许会为B项目所用。”

在多个与“地方产业需求”紧密结合的课题研究中，陈思逐渐以“从结构的改性来改变材料的特性、从而实现创新应用”为总体研究思路，尝试打通基础研究到产业化应用全链条。“与产业链深度接触后发现，理论和实际应用仍然存在鸿沟。一些非常热门的领域发表了相当多的论文、研究成果和专利，但在实际的产业应用中，还是有瓶颈问题没有解决。”陈思说。

水凝胶就是这样一个典型的方向。截至目前（2024年4月20日），在Google Scholar数据库以“水凝胶（Gel）”为关键词进行检索，自2020年以来，共发表了 415000 篇相关论文；2024年开年以来，相关论文已发表28900篇，足见水凝胶研究发展之迅速。不过，这些成果要转化应用到产业中仍然面临诸多挑战。

从功能特性上看，水凝胶具有生物相容性、亲水性、药物受控释放和智能给药等特点，是多种应用的理想载体，能够被应用到工业、农业及医疗保健等多领域。目前，水凝胶主要有两个发展方向——高性能化和多功能化，起决定性作用的便是其中的凝胶因子。

“水凝胶的安全性和稳定性是产业应用的关键。但水凝胶的可设计性又往往牵涉到物理或化学的变化，这种变化对外界环境条件格外敏感，稍有不慎便会影响水凝胶的可重复性，从而直接影响水凝胶在生物医用领域的安全性。”陈思说。基于此，陈思及团队将开发标准和目标定位于三类医疗器械，“我们必须以最严格的标准进行产品开发。”

2019年起，浙江工业大学材料科学与工程学院与浙江大学医学院附属医院、中国科学院杭州医学研究所、浙江省人民医院等多家医院、科研院所正式签订战略合作协议，通过科研立项、合作研究、联培研究生等形式推动学科交叉，以医工交叉创新为重点，聚焦临床应用研究及医用新材料、数字医疗、生物医药等领域的医工交叉新技术和新产品的研发。至此，陈思及团队在医工交叉创新的路上越走越远，于2022年成立碧泰医疗。

为了解决“医院留的命题作文”，碧泰医疗的创始团队还包括其首席科学家王旭教授。他是浙江工业大学材料科学与工程学院院长、中国轻工业绿色塑料助剂及应用重点实验室主任，浙江省塑料加工技术重点实验室副主任及浙江省塑料行业协会理事长，主持和参加了省重大科技攻关项目等20多项国家级、省级科研项目和30余项企业委托项目，发表150多篇学术论文和参编2本专著，获授权发明专利50项和国家、部（省）级科技成果奖8项。

此外，碧泰医疗核心团队包含两大方向的人才，一是以创新突破为目标的材料专家，二是专注于临床前沿的生物专家及临床医生。

世界范围内，前列腺癌是男性最常见的癌症之一。国家癌症中心发布的2022年数据显示，我国2016年前列腺癌发病率已超过肾肿瘤和膀胱肿瘤，成为男性泌尿生殖系统肿瘤的第一位，新发人数为7.3万人，死亡人数为3.4万人。从2000年到2016年，我国前列腺癌的发病率平均增长了7.1%、死亡率平均增长4.6%，平均5年生存率为69.2%。

与此同时，根据发布在CA：A Cancer Journal for Clinicians上的《美国2024年癌症统计报告》显示，美国癌症死亡率呈现出逐年下降的趋势，其中前列腺癌死亡率自1993年峰值以来下降53%，平均5年生存率达到97.4%。

中美前列腺癌平均5年生存率差异的原因被认为与早筛早诊及放疗手术防护相关。前列腺癌的治疗通常推荐前列腺根治手术或放疗，二者在临床上被认为同等有效，但其副作用各不相同。对于根治性手术而言，其副作用包括勃起障碍和尿失禁等；而放疗的主要副作用便是辐射暴露对直肠具有毒副作用。

“结合我们在临床的观察和医生的反馈来看，前列腺癌的放疗目前缺乏一种可以保护直肠等周围组织的装置或生物材料，这是我们与美国前列腺癌临床治疗的最大不同。”陈思说。多年前，放射肿瘤学家就已经考虑使用“间隔” （“Spacing”）技术来降低放疗期间周围组织受到辐射损伤的风险。

球囊、透明质酸和胶原注射是常用的“间隔”材料，已经被证明能够减少放射治疗对直肠的辐射量，但存在需要二次手术取出，或持续时间短、不够稳定或分布不均匀等缺陷。

2010年，一种基于聚乙二醇的水凝胶系统（SpaceOAR ™ System）获得CE认证，在美国、欧盟等多个国家和地区上市。SpaceOAR™水凝胶是一种无菌、一次性注射、可吸收的聚合物水凝胶，能够实现25%左右的射线衰减。将SpaceOAR™注射在前列腺和直肠之间，可使直肠从前列腺癌的放疗辐射中分离或移位，从而减少直肠受到的辐射损伤，明显改善患者放疗后的生存质量。遗憾的是，这种先进的生物材料2022年底才在中国启动了“先行先试”，尚未大规模在临床使用，国内也尚未出现获批的同类产品。

水凝胶材料因其结构可定制设计、生物相容性好、可注射、可降解等特性被认为是现阶段最为理想的间隔材料。在前列腺放疗的临床运用中，保证水凝胶的稳定性和可重复性至关重要。公开资料显示，SpaceOAR™利用的是一种PEG水凝胶材料，这种材料由于材料力学、生物学等特性要求在产量上具有一定的局限性。

“我们要做水凝胶，但必须要寻找到一个量大面广、已经证明安全性并且普遍易得的原材料。”陈思说。基于此，碧泰医疗通过对天然多糖进行改性得到水凝胶材料，并据此打造出“间隔保护-多模态显影-精准降解”的肿瘤放疗防护产品—前列腺癌放疗防护凝胶（水凝胶直肠间隔物）。据介绍，碧泰医疗天然多糖水凝胶能够在保证稳定性的同时，可控降解并实现间隔保护功能，“实验表明目前能够实现30%左右的射线衰减”。

碧泰医疗自主研发的第一款“间隔保护-多模态显影-精准降解”的肿瘤放疗防护产品—前列腺癌放疗防护凝胶（水凝胶直肠间隔物），采用了双重互锁网络调和设计、造影剂分子结构设计等核心技术，实破了当前间隔保护材料不具备个性化定制、“间隔保护—可控降解”矛盾突出和无生命周期长效显影的技术瓶颈。

具体来说，前列腺癌的放疗通常需要进行若干个周期，持续2-3个月。在1-2次放疗周期结束后，需要根据病人的治愈程度来调整放疗位置和剂量，重新定位以进行新一轮的放疗治疗。“在这个重新定位的过程中，我们通过加入长效显影剂和并利用造影剂分子结构设计等来实现多模态显影，以帮助临床快速便捷定位病灶，并实现药物缓释和监控的功能。”陈思介绍道。

同时，这种长效显影剂更被碧泰设计为覆盖放疗的全生命周期，“我们通过造影剂分子结构设计来实现材料全生命周期匹配，显影与材料的降解代谢完全同步，覆盖放疗的整个周期。”陈思补充。

据碧泰医疗介绍，目前改性材料已经在小动物和大动物中进行实验，数据表明其间隔稳定性和长效显影特性“十分理想”。“另外，我们还得到一些意外之喜——在大动物实验中，这种材料被证明具备多模态显影的功能——能够同时用于超声显影和CT显影。”

除了针对前列腺癌放疗开发的水凝胶产品外，碧泰医疗还正在开发用于乳腺癌靶区标记水凝胶产品。在临床上，早期乳腺癌患者通常会选择进行保乳手术，为降低术后局部复发和远处播散风险，患者在保乳手术后需要给予辅助放疗以预防复发。“术这种术后放疗通常是全乳腺放疗，重点放疗靶区，这就需要进行靶区标记。”陈思说。

目前临床上主要通过在术中植入金属夹以定位靶区，与患者终身伴随，不再进行二次手术以取出金属夹。基于这个考虑，碧泰医疗根据临床需求开发新型的靶区标记材料，将材料的代谢周期与治愈周期相匹配，在能够进行靶区标记的同时兼具全生命周期的可降解性。

此外，针对乳腺癌临床治疗，碧泰医疗还正在通过对材料改性以实现放疗增敏、脂肪填充等功能；并重点关注头面部癌症放疗防护方向。

精准定位、精准给药、精准控制降解时间是碧泰医疗间隔防护材料对精准的三重理解，满足未被满足的临床需求是碧泰医疗对材料设计的初衷和使命。“医工合作、协同创新，是助推科研成果转化的新通道，也是真正满足临床需求的‘捷径’。”陈思说。