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植物干细胞与中医药现代化
(发布时间:2024年8月20日)

01 中医药现代化面临的三大瓶颈

中医药作为世界上保存最完整、影响力最大、使用人口最多的传统医药体系,在临床疗效、用药安全、服务方式、费用等诸多方面都有明显的优势。

但其现代化发展却存在以下若干瓶颈:

1.药材来源有限

有方无药,或者药材稀缺,无法普及

药材种植面积有限,或者目前尚未掌握人工种植方法

2.确认有效物质/成分难度较高

现有药材多为人工种植,其有效成分与天然药材存在差异

3.高标准批量稳定生产难度较高

由于药材来源主要是动植物而非化工合成,所以其生产很难在较高 的质量标准下完成,各批次间差异较大

中医药的现代化还需要从根本上解决 “高产能”、“高效能” 、“高标准” 这三大瓶颈。



02 现有主要解决方案

目前,为了解决中医药发展的上述问题,业界主要采用的方法有:

1.按照GAP标准进行大面积种植

2.使用植物愈伤组织/脱分化细胞Callus进行组织培养

但是,这两种方法目前尚无法从根本上解决上述三大瓶颈:



03 植物干细胞研究领域的最新进展

2010年11月号的《自然·生物科技》杂志,以封面论文的形式,刊登了由陈荣雨先生的研究团队和英国爱丁堡大学共同研究撰写的题为《植物干细胞可用作植物天然物质来源》的论文。


《自然·生物科技》的影响力因子 (Thomson Reuters Journal Citation Reports impact factor)为31.1,是生物科技研究领域世界最高水准的学术刊物。

该论文从基因学、细胞学、培养学等多个视角验证了陈荣雨先生研发团队所分离、培养的植物干细胞的身份属性,并介绍了该项技术的特点及可能的应用领域。

在《自然 ·生物科技》2010年11月号 的News and Views(新闻与观点;针对每月开发的论文,由相同领域的著名科学家撰写的评论栏目)栏目中,植物细胞培养领域世界最高权威,美国马萨诸塞州大学的Susan Robert教授,针对植物干细胞的论文,撰写了《通过培养多能分化细胞得到植物天然物质》的文章,对陈荣雨先生研发团队在植物干细胞研究领域的最新进展给予了很高的评价:

“传统的植物细胞培养在实现大量生产 时具有不确定性,从而一直未能实现商业化,但该技术解决了这样的瓶颈,从而提供了经济的、环保的、可持续的天然物质生产新平台 。”

相关专家纷纷发表了自己的观点:

美国FDA的植物药评估团队以及GMP相关国际专家都认为植物干细胞CMC 技术可以从根本上解决长期以来作为植物药发展瓶颈的原料的标准化、量产化的问题。

相关专家普遍认为,长期以来,受困于无法实现稳定的大量生产因素,而无法发扬光大的天然物来源的相关产业,将因为此项技术突破,可以使用经济的、环保的、可持续的天然物质生产方法,从而得到突破式的发展。


04 植物干细胞的定义

“植物干细胞存在于被称为分生组织的特殊构造内,具有非常惊人的再生能力。这些使得植物可以在数百年间不断成长,并生成全新的器官。”

-《自然》 415, 751-754 (2002)

  • 干细胞(stem cell)是生命体所有组织与器官的起源,是未分化状态的细胞。与动物一样,植物中也存在干细胞,使其能够生长和再生数百年、数千年。

  • 植物干细胞(plant stem cell) 是包含有关于植物发育和生长的所有程序的拥有永恒生命力的细胞(immortal cell) ,是植物生命力的根源(origin)。


但是由于植物干细胞独特的构造,尽管有了160年的努力,但因为其研究方向一直集中于愈伤组织(Wound Healing Tissue,Callus)的研究,所以从来没有成功地只将植物干细胞 (meristematic stem cell)纯粹地分离出来并培养的先例。
  • 形成层(植物干细胞)是由具有很薄且微小的细胞壁的微小的细胞层构成,在分离的过程中极易受损。
Life Science (1999) 322:633-650
  • 形成层是由狭窄地沿轴方向很细地分布的,具有很薄的细胞壁和很多液泡的细胞构成,夹在由很厚的细胞壁的维管束组织中间,有着在提取时极易受损的技术性难点。
‘Journal of Microscopy’ (1997) 187:77-84
陈荣雨先生研发团队首次成功地在没有遗传学损伤、没有损失干细胞特性的情况下成功分离并培养了植物干细胞(cambial meristematic cells, CMCs)。



05 植物干细胞对中医药现代化的意义
陈荣雨先生研发团队所掌握的植物干细胞平台性技术,充分利用了植物干细胞CMC的特征,可以从根本上解决中医药现代化、产业化、国际化过程中遇到的“高产能”、“高效能 ”、 “高标准”这三大瓶颈以及其他相关技术难题,让中医药宝库中的经方验方发挥更大的能量,让珍稀中医药资源服务于全世界人民。
保护珍稀植物: 全程无变异,只需操作一次,不需重复多次采摘;
扩大原料产量:可以不受种植面积、技术等限制,大规模生产;
增加有效成分:利用干细胞特点对培养条件进行最优化处理;
保证质量控制:全程高标准监控,确保各批次间的高度一致性;
确保安全可靠:全程实验室标准生产,隔离重金属、农药、细菌;
符合国际标准:可制造符合欧美药品审核标准的大批量标准均质样品。
对于中医药现代化的相关基础研究,可以提供研究模型和解决方案。
  • 提供研究“从基因到二次代谢产物”全部生物合成过程的研究模型;

  • 提供研究各类植物有效成分及组分构成的、可重现的标准化模型;

  • 基于上述两类基础研究,定向优化某特定有效成分的合成路径。



06 植物干细胞技术应用方向