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西湖大学3大科研成果转化案例:生命科学院高产出,细胞疗法与精准诊断双落地

作者:王婵 2021-04-07 08:00

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2018年,浙江西湖高等研究院获得教育部正式发函,改名为西湖大学,其前身为浙江西湖高等研究院,由施一公、陈十一、潘建伟、饶毅、钱颖一、张辉和王坚等七人发起创办,杭州市西湖教育基金会筹资成立,而该基金会背后的捐资人中,王健林、马化腾等赫然在列。

 

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西湖大学历史发展的关键节点

 

西湖大学成立后,召开了首届董事会,董事会名誉主席由诺贝尔物理学奖获得者、中国科学院院士杨振宁担任;董事会主席由清华大学经济管理学院第四任院长、文科资深教授钱颖一担任;董事会副主席则由牧原食品股份有限公司董事长秦英林担任。首届董事会确认了施一公当选西湖大学首任校长。


据悉,截至2021年,西湖大学还只招收研究生及以上学历的尖端学子,不过从教育部最新发布《2020年度普通高等学校本科专业备案和审批结果》来看,西湖大学将在未来增招5大定向专业的本科生,西湖大学官网也透露,预计到2026年,学校的在校学生将达到5000人左右,其中研究生3000人、本科生2000人。另外,西湖大学的助理教授、副教授、教授(含讲席教授)也将达到300人;研究人员、教学人员、技术支撑人员、行政服务人员达到600 人;博士后达到900人。

 

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西湖大学的招生规模

 

西湖大学的三大学院:生命科学学院、理学院、工学院

 

西湖大学不同于普通的高等院校,这是一家民办的专注高精尖研究的新型大学,借鉴了美国加州理工大学的模式和斯坦福大学的办学理念,以“高起点、小而精、研究型”为定位,聚焦生物医学工程、光学工程等方向的13门一级学科,建立起我国顶尖的人才培养院系——生命科学学院、理学院、工学院三大核心学院。

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西湖大学的13个一级学科

 

西湖大学的生命科学学院致力于研究生命现象和疾病机理,以及研发生物医药新技术和疾病诊治新方法,规划设置的重点实验室涵盖了结构生物学、细胞生物学、干细胞研究与细胞治疗、神经和行为生物学、植物学、微生物学等多个领域。其中结构生物学研究重点实验室由施一公教授担任主任。

 

此外,生命科学学院旗下还有另一核心实验室——基因组学与生物信息学核心实验室,该实验室主要通过基因组学和生物信息学的方法来推进人类对生命和疾病的理解,运用信息学和分子生物学的能力来研究生命科学的问题并将成果转化。该实验室由王曦博士担任主任。

 

2019年,西湖大学获得由浙江省科学技术厅认定,成立了浙江省生长调控及转化研究重点实验室,该实验室围绕“生物尺寸功能、调控和疾病”为中心,依托前期器官生长调控工作基础,用遗传学、细胞生物学、生物化学物理方法并结合人工智能、临床医学、神经心理学、 药物化学等交叉学科方法,进行基础理论研究和转化应用研究。该实验室由许田教授担任主任。

 

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西湖大学的重点实验室

 

西湖大学的另一大学院“理学院”致力于前瞻性和系统性的基础科学研究,下设数学、物理、化学等系,研究领域涵盖数论、分析、代数、几何、凝聚态物理、量子物理、原子分子与光物理、催化化学、化学生物学、材料化学、超快激光光谱学等。

 

理学院主要有“物质科学公共实验平台”和“分子科学公共实验平台”两大平台。其中,物质科学公共实验平台聚焦服务于物质科学前沿领域中量子、能源、环境、光电信息等材料及相关器件的研究,辅以大型共享设施与设备和资深专业人才,提供整体系统的表征分析技术支撑;分子科学公共实验平台正逐步建设以各类光谱、色质谱、磁共振波谱等为技术核心的原位、高分辨分子科学表征体系,瞄准分子科学领域关键的表征技术难题,开展基础性、前瞻性、多学科多技术交叉的分析测试新方法的研发。

 

理学院下设的重点实验室——浙江省功能分子精准合成重点实验室由西湖大学邓力教授担任实验室主任,实验室旨在通过合成方法学和合成策略创新的发展,实现生物活性功能分子库的建立和新型功能分子材料的合成,为药物和生物医学功能等分子的开发提供源头创新。

 

西湖大学的最后一大学院则为“工学院”,该学院下设四个学术分支——人工智能、电子科学与技术、环境与资源、材料科学与工程,对应未来本科和博士课程的4个一级学科:计算机科学与技术、电子科学与技术、环境科学与工程、材料科学与工程。

 

目前,工学院已建成多个实验室,涵盖人工智能、机器人、数据科学、先进制造、纳米、新能源、海洋、环境与资源综合利用、生物工程、微电子学等领域。

 

2019年,工学院正式获批成立了浙江省3D微纳加工和表征研究重点实验室,实验室结合微电子集成技术和微纳加工的未来发展方向,在利用现有平面加工工艺研制微纳结构和器件的同时,重点研究和开发3D微纳米加工与表征技术,并通过这些技术在相关学科研究应用中探索学科交叉领域,开拓新的应用和研究方向。该实验室由仇旻教授担任主任。

 

2021年,工学院又获得浙江省科技厅批准成立了浙江省海岸带环境与资源研究重点实验室,致力于研究海岸带陆-海-气多界面、跨圈层的耦合作用机理及其预报预测,以便更好认识海岸带问题的成因,并研发解决这些问题的新方法、新技术和新装备。

 

西湖大学生命科学院率先完成科研成果转化

 

虽为民办,但西湖大学的非盈利性质主要体现在将研究成果贡献给社会,为国家和社会服务。例如在2020年新冠疫情全民防控期间,西湖大学周强实验室利用冷冻电镜技术,成功解析此次新冠病毒的受体ACE2(Angiotensin-converting enzyme 2,血管紧张素转化酶2)的全长结构。这是世界上首次解析的新冠病毒受体结构,也是西湖大学攻关新型冠状病毒肺炎防治应急工作的重要成果。

 

回顾过去,西湖大学自成立以来相继已经有三个自主科研成果产业项目转化落地,分别出自生命科学学院的高晓飞实验室、郭天南实验室,以及工学院周南嘉实验室。落地孵化的项目对应了西湖生物医药、西湖欧米和西湖未来智造。

 

在这三家公司中,西湖生物医药和西湖欧米都是由西湖大学生命科学学院孵化,皆涉足医疗领域。其中西湖生物医药聚焦于热门的细胞治疗赛道,西湖欧米深耕在AI+精准医学领域;最后一家由西湖大学理学院孵化的公司——西湖未来智造则关注于科技领域,以3D打印技术展开微波通讯等高精准系统设备开发。

 

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西湖大学孵化的三家科技公司

 

西湖大学首个转化成果:红细胞疗法是什么?未来前景在哪里?

 

2011年,哈佛大学著名药物递送领域专家Samir Mitragotri教授尝试使用红细胞模拟物递送目标药物,以抵达到传统药物递送方式难以深入的人体区域。这次尝试让人们看到了红细胞作为药物载体所具备的巨大潜力——生物相容性好、高通量的负载、低免疫原性、消除机制安全、循环周期长、来源丰富,炸面圈形状的红细胞又极具柔性,通过血流输送能够挤过小于它们直径的血管,诸多优势让红细胞成为药物载体的又一佳选。

 

除了科研上的进展,历史上真正将红细胞作为载体实现产业化则是到了2014年——Rubius Therapeutics成立。Rubius Therapeutics是位于英国剑桥的一家生物技术公司,公司利用骨髓干细胞和基因编辑技术改造红细胞,使其具备特定的运载功能。例如红细胞内部表达代谢酶,则用于治疗罕见病;红细胞表面表达免疫激活信号或肿瘤杀伤物质,则用于肿瘤免疫治疗;红细胞表面表达免疫耐受或中和性物质,则用于治疗自身免疫性疾病。

 

目前,Rubius Therapeutics在抗癌方面的管线进展最快,已经有3条管线完成IND,并于当地时间2021年3月15日公布了其管线RTX-240在1/2期临床试验的数据,初步验证了红细胞可以被改造成临床药物,用于刺激人体免疫系统产生足够的免疫反应。Rubius的股价也应声大涨,最高涨幅达到132%。


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而回头来看西湖生物医药的项目,该公司关注的正是红细胞疗法,这也是国内首家主攻红细胞治疗的企业。西湖生物医药科技(杭州)有限公司(简称:西湖生物医药)成立于2019年,落地于杭州市西湖区,这是西湖大学成立后第一个自主科技成果产业转化落地项目,专注于红细胞创新治疗产品的研发,成功打造了工程化红细胞药物技术平台REDx,即获得患者血液后,在体外改造成大量可携带药物的工程化红细胞,回输人体后治疗各类重大疾病。

 

红细胞药物开发是一项极具创新性和挑战性的前沿技术,西湖生物医药是国内首家主攻红细胞治疗的企业。利用红细胞可大通量负载药物、生物相容性好、免疫原性低、完全的生物可降解性,以及近120天的长效循环周期等这些天然的特点与优势,公司开发了针对罕见病、癌症、免疫与代谢等领域的多个创新治疗方案。同时,治疗型红细胞不仅被证明可以作用于抗原呈递细胞来调控免疫系统,还可以通过递送单个或多个药物的方式进行多策略组合型搭配,以面向单个或多种疾病进行治疗,具有可替代性强、安全性高的特点。

 

目前,西湖生物医药针对痛风开发的创新疗法已经搭建了数条在研管线,公司利用红细胞携带尿酸氧化酶进入体内代谢尿酸,从而达到治疗痛风的效果。西湖生物医药该项目已经与浙医二院开展临床合作。

 

此外,西湖生物医药在今年三月已经完成近亿元人民币的pre-A+轮融资,背后投资方包括有辰德资本、红杉资本、斯道资本等。

 

除了获得资金层面的支持,西湖生物医药团队还获得了国家政策层面的鼓励。“十四五”规划和2035年远景目标建议中明确提出,坚持创新驱动发展,全面塑造发展新优势。其中包括强化国家战略科技力量、提升企业技术创新能力、激发人才创新活力、完善科技创新体制机制。高晓飞表示,这很符合他们的想法,西湖生物医药未来的研究,就是希望针对中国疾病谱上的高发疾病进行治疗方案的“定向突破”,开发针对性地创新药物。

 

未来智造:3D打印助力微波通讯等高精准系统设备开发

 

西湖大学孵化的另一种子选手——“西湖未来智造”同样表现不俗。

 

2020年6月,西湖未来智造(杭州)科技发展有限公司(简称:西湖未来智造)在中国杭州落成,这是由西湖大学孵化的第二家科技公司,也是国内电子3D打印领域首个专注于微米级精度的三维精密制造技术公司。


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与传统的3D打印技术不同,西湖未来智造的技术为目前国内最高精度的电子3D打印,以新材料作为突破3D打印精度极限的核心,设计全新的3D打印功能材料,可以实现了百纳米至微米级别电子3D打印,主要聚焦应用于微波通讯、光电互联、高精度三维封装等系统高端领域。

 

西湖未来智造创始人周南嘉曾表示,公司做的最小尺度的3D打印,就是直接在芯片上用3D打印进行加工!通过实现超高精度,周南嘉团队将3D多材料打印技术引入到芯片级高端制造领域,利用3D打印技术进行三维高精度光电封装、制造高频无源器件,并依托西湖大学工学院精密智造实验室,应用3D打印满足微电子加工领域高精度、定制化等需求。

 

而随着眼下通讯电子产业升级,未来会涌现出越来越多的新需求。新一代电子产品中的柔性电子、可穿戴设备、嵌入式小型化电子设备,以传统加工方式已经难以满足,而3D电子打印则带来了一种新的生产方式。常见的例如助听器、胶囊内窥镜等类似产品,它们对小型集成一体化加工需求非常高,所以3D打印技术会更适合生产这类小型电子产品。

 

“西湖未来智造拥有自研3D打印功能电子材料开发与多材料工艺融合3D打印技术,处于世界领先地位。公司技术变革了现有高端制造方式,大幅提升高端元器件制备速率,突破了我国微电子加工关键技术的‘卡脖子’问题。”英诺天使基金方面认可道,“英诺团队十分看好以首席科学家周南嘉教授代表的西湖未来智造团队,在3D打印技术与材料开发领域造诣积累深厚,实现纳米级精准打印,应用领域广泛,包括PCB、三维电路、毫米波器件、光电芯片封装等多个方向。”

 

据悉,西湖未来智造已完成数千万元天使轮融资,由英诺天使基金领投,中科创星跟投。公司目前也正在与上市公司京东方、深南电路开展合作。

 

聚焦甲状腺精准诊断,西湖大学第3大成果转化再落地

 

2020年5月,西湖大学生命科学学院郭天南实验室联合工学院李子青实验室以及多位临床合作者在MedRxiv发布了一篇论文,利用蛋白质组大数据和AI手段,发现一组可以帮助医生区分甲状腺结节良恶性的蛋白质分子标记物,有望大幅提高结节良恶性判断的准确度。


而这项科研成果也在9个月后迎来了真正的产业转化——西湖欧米(杭州)生物科技有限公司(简称:西湖欧米)的成立。公司致力于将蛋白质组大数据与人工智能相结合,基于质谱的生物样本数字化技术,开发基于蛋白质组和其他分子组学的辅助临床诊断新方法,助力实现肿瘤等人类重大疾病的精准辅助诊断。

 

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在临床上,约有60%的甲状腺结节是良性,10%为恶性,剩余约30%的结节则难以判断其良性亦或是恶性。无法精准判断甲状腺结节的性质就导致了部分患者在经历一次次痛苦复查后,最终选择直接切掉甲状腺结节,代价却是不得不终身服药补充甲状腺素,以维持体内的激素水平。但相关数据披露,在切除甲状腺结节的患者中,约有70-80%都为良性无须医疗干预!

 

对蛋白质组学的研究让人们看到了精准诊断甲状腺结节的机会。蛋白质组学是以蛋白质组为研究对象,研究细胞、组织或生物体蛋白质组成及其变化规律的科学。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础,也能为众多种疾病机理的阐明及攻克提供理论根据和解决途径。通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析,可以找到某些“疾病特异性的蛋白质分子”,成为新药物设计的分子靶点,或者疾病早期诊断的分子标志物。

 

西湖大学生命科学学院郭天南实验室汇总了来自中国、新加坡6家临床医院的1104个甲状腺结节患者的2013个甲状腺组织样品,从中发现了3700多种蛋白质,生成了2622个蛋白质组学数据。收集到全面的数据只是第一步,再对这些数据进行精准的“辨别”——机器学习不断优化模型,对2622个蛋白质组学数输入模型,进行大约2*1019次运算,找出能够帮助医生辨别患者结节良恶性的20个关键蛋白。通过一套复杂的计算,最后对20个蛋白的总体情况给出综合分值,以此精准判断出患者的甲状腺结节属性。临床试验显示,这种检测方法的综合准确率可以达到90%。当然,除了将研究成果用于精准辅助诊断之外,西湖欧米的科研服务技术平台,还将为疾病的诊疗和药物开发提供基础研究服务。

 

2020年3月,西湖欧米宣布完成数千万元种子轮融资,由辰德资本、高榕资本联合领投,高瓴创投跟投。该轮融资将主要用于团队扩张、原创技术突破、临床检验所落地、研发合作拓展等,开拓技术新应用的同时,也对产品在更大范围进行验证。

 

高榕资本项目负责人表示:“高榕资本长期看好多组学领域在临床的转化应用,相信数据由量变到质变的巨大潜力,并坚信中国本土丰富的临床资源一定会催生出世界级的中国多组学企业。蛋白质组学是继基因组学、转录组学后人类对自身遗传奥秘探索推开的一扇新的大门,其中蕴含的未知可能会给临床诊疗、药物开发、疾病预防、预后管理带来全新理念。

 

西湖欧米团队深耕蛋白质组学多年,在技术领域做出了革新性的成果,解决了一些困扰行业的底层技术难题,并且已经初步串联起国内优质的临床资源网络。我们期待西湖欧米团队能孜孜不倦地在蛋白质组学的高峰继续向上求索,同时也为中国的多组学临床应用发展贡献一份力量。”

 

关于未来:西湖大学科研硕果累累,但转化落地仍需过五关斩六将

 

从西湖大学目前已经交出的三份答卷来看,医学科研成果转化他们已经经历了“提出原始概念”和“出现初级成果”两个阶段,对其后“拥有成熟技术”“实现初级产品”甚至“达到市场化产品”这都还是一条漫长的道路,转化的过程充满未知与挑战,任何环节出问题,都可能让之前的心血付之东流。

 

而西湖大学目前披露的学术成果来看,西湖大学的各大实验室一直专精于前沿的研究,仅在2021年今年刚过去的4个月内,西湖大学就陆续披露了10项学术研究成果,从新冠病毒S蛋白抗体抑制机制到揭示首个人源次要剪接体的电镜结构,西湖大学前沿的学术成果一直源源不断,究竟哪一个成果会转化为下一个落地实现产业化的项目,值得拭目以待。

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西湖大学近期的学术研究成果

 

不过,中国科技成果转化率低仍备受诟病,我国发明专利申请量和授权量分别居世界首位和第二位,但成果却并不乐观。我国的论文发表总数已经跃居世界第二,但科技的转化率却不高,发达国家科技成果产业化率为25%,而我国却只有5%。以西湖大学为代表孵化的三家企业,在医学科研成果转化中做出表率。虽然困困重重,但是未来可期,相信未来有了国家和社会的大力支持,创新企业在医疗孵化的过程中必将乘风破浪,执起长戟过五关斩六将。

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