實驗動物平臺基地科技創新能力建設情況研究

柏雨岑,王 衛,2,鄭筱光,胡小鹿,賈敬敦*

(1.中國農村技術開發中心,北京 100045; 2.中國醫學科學院醫學實驗動物研究所,北京 100021)

黨的“十九大”報告提出,要加快建設創新型國家,為強化基礎研究和應用基礎研究,實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破。 實驗動物作為遺傳背景明確和微生物質量控制的活體研究材料,是生命科學前沿和關鍵核心技術創新、生物醫藥和農業領域成果轉化及產業發展不可或缺的戰略資源,是相關行業領域創新發展的重大戰略性基礎支撐和條件保障[1-3]。 《“十三五”國家科技創新基地與條件保障能力建設專項規劃》中明確指出,加強包括實驗動物在內的科技創新基地與科技基礎條件保障能力建設是國家創新發展的重要基礎,是國家實施創新驅動發展戰略的必然選擇,是我國創新生態環境建設的重要組成;要面向為科學研究和創新創業提供高水平服務的需求,突破實驗動物資源和模型等一批關鍵技術,加強實驗動物資源研發與應用,包括實驗動物新品種(品系)、動物模型的研究,我國優勢和特色實驗動物資源的培育、開發與應用,圍繞人類重大疾病、新藥創制等重大民生健康需求開展相關動物模型資源研發,以及動物實驗替代方法研究等。 以上戰略目標的達成對實驗動物平臺基地創新能力建設提出了新的要求[4]。實驗動物創新能力建設具體包括創新團隊、體制機制、研究資源、科研經費及科研合作等方面。 為了進一步了解情況、部署工作,農村中心作為受科技部基礎司委托,承擔實驗動物相關過程管理工作的專業機構特組織本次調研,理清實驗動物科技發展思路,推動其整合資源、加強建設,從而進一步凝聚創新資源,提升創新能力,為國家的實驗動物科技創新工作以及有關部門的決策提供參考。

1 研究方案

為了解相關部委和地方對實驗動物平臺基地建設等重視程度,本文對全國省部級的重點實驗室和工程技術中心進行調查,系統性地篩選出了與實驗動物科技相關的重點實驗室和工程技術中心,并就管理制度、科技成果及資源建設等開展調研。

為更具體了解實驗動物平臺基地建設情況,本文選擇了中國醫學科學院、中國科學院等國家層面代表性研究機構所屬平臺基地,包括對衛健委人類疾病比較醫學重點實驗室、新發再發傳染病動物模型研究北京市重點實驗室、國家中醫藥管理局人類疾病動物模型三級實驗室、北京市人類重大疾病實驗動物模型工程技術研究中心以及中國科學院模式與特色動物實驗平臺,進行了現場調研和會議調研。

2 實驗動物科技創新能力建設現狀

為了推動實驗動物科技創新,以基礎前沿技術進步引領和帶動其他學科和產業發展,各相關部委和地方非常重視實驗動物科技創新能力建設[5-6]。截至目前,衛健委、教育部等部委已設立實驗動物相關重點實驗室5 個,北京、天津等省市已設立實驗動物相關重點實驗室10 個。 同時,為加強實驗動物技術創新體系、能力的建設,加強生物醫學科技成果轉化的中間環節,提高現有科技成果的成熟性、配套性和工程化水平,北京、貴州等各地方省市分別建立了實驗動物相關工程技術中心8 個。 這些設施在依托單位和國家科技計劃的支持下,不斷加強自身創新能力建設,獲得了良好的成效。

一是建立了健全的內部管理制度。 各設施根據自身特色及依托單位實際,制定了一系列的管理制度,包括《關于人才引進的實施辦法》、《關于科技經費管理的規定》、《科技成果轉化管理辦法》等,有力保障了研發設施的規范穩定運行。

二是取得了豐碩的科技成果。 在依托單位和國家科技計劃的支持下,各設施不斷實現實驗動物基礎研究和關鍵技術研發、轉化、推廣、科普等領域的創新突破,特別是在動物模型的研發和分析方面,包括動物克隆技術、基因編輯技術、人源化動物技術、模型分析技術等,取得了豐碩的科技成果[7],獲得了部門、地方以及行業的認可。

三是支撐了相關領域科技創新和行業發展。部分設施建立了一定規模的動物資源庫和數據信息庫[8-9],充分發揮了其公益性基礎作用,為相關領域科技創新提供了重要支撐,并帶動了實驗動物行業和市場的發展。

2.1 案例1:新發再發傳染病動物模型研究北京市重點實驗室

該實驗室儲備有多物種的模型動物資源、基因工程動物模型資源、遺傳復雜性(GD)小鼠資源,豐富的物種儲備為研究個體間基因差異和疾病易感性、靶向藥物療效提供動物模型資源,從而為“精準醫療計劃”的實施奠定研究基礎。 同時,實驗室在易感實驗動物培育及創制、動物模型建立、表型分析以及應用研究等方面不斷創新,取得了基因組編輯技術體系建立和基因編輯大鼠模型資源建設、疾病易感實驗動物資源庫的建立、重大傳染病動物模型資源庫的建立及應用等一系列標志性成果。 此外,還建立了動物模型創制、分析、評價技術指標規范、標準,并在國內首次建立了在體動物生物安全保障體系和應對新發突發疫情的藥物快速篩選系統,為重大傳染病的常規儲備及新發突發傳染病應急反應能力的提升提供了強有力的支撐[10]。 2011-2016 年間以第一單位共發表SCI 論文98 篇,影響因子累計342。 該重點實驗室提供的資源和技術服務,支撐了200 余篇SCI 發表, 包括Science,Immunity, Nature Medicine 等頂級期刊。 實驗室成立以來榮獲多項省部級獎項,其中包括教育部獎、北京市獎勵、中國實驗動物學會獎等共計15 項。

2.2 案例2:北京市人類重大疾病動物模型工程技術研究中心

該工程中心以生物醫藥研究和產業化需要的疾病動物模型資源和技術為導向,以人類心腦血管疾病、神經系統疾病、代謝性疾病、免疫系統疾病、惡性腫瘤、皮膚病、重大傳染病等重大疾病動物模型的創制、分析和評價為核心技術體系,建成了以疾病動物模型研制和分析、物種和品系保存和供應、動物實驗和藥物臨床前評價為主要任務的資源和技術輸出基地。 主要研究方向為疾病動物模型研制技術、疾病動物模型分析技術、臨床前藥效學評價技術。 近三年,該工程中心圍繞實驗動物基因工程動物研發、疾病動物模型分析、基因組編輯技術開發、實驗動物標準化等進行研究,獨立或參與發表論文100 多篇,其中SCI 論文70 余篇,含Nature Communication, Cell Research, Blood,Hypertension 等頂尖雜志。 圍繞疾病動物模型資源研制技術、疾病模型分析技術和質量保障技術,共獲得授權國家專利9 項。 該工程中心是國家科技重大專項“重大新藥創制”專項的三個基因工程技術平臺之一,在基因工程大鼠方面處于國際先進水平[11],同時是我國第一個人類重大疾病動物模型資源合作研制、統一保存、技術高度集成和共享的支撐中心,為國內的醫學研究、生物醫藥成果轉化提供疾病動物模型資源、分析技術、藥效學臨床前評價、產業化資源和技術驅動保障。

2.3 案例3:中國科學院模式與特色動物實驗平臺

在國家專項經費支持下,中國科學院從2006 年起整合了中國科學院現有的人才與資源的優勢,遴選了具備一定硬件設施及研究隊伍的單位組建了中國科學院模式與特色動物實驗平臺。 通過10 年的建設,中國科學院模式與特色動物實驗平臺以“整合資源、服務科研、服務社會”為目標,為院內外成員提供模式與特色動物的實驗動物品系和實驗動物技術設備等交流共享平臺,促進中國科學院生物醫藥研究的發展。 經過各方努力,中國科學院動物平臺工作取得豐碩成果。 以2016 年為例,中國科學院動物平臺建立了中國科學院模式與特色動物利用聯盟資源共享與交流平臺;支撐一些重大原創性成果產出,包括2016 年度中國科學十大進展中的四項[12];進一步加強中科院實驗動物子平臺信息化網站建設;對各方提供多層次多種類技術服務;有效提升中科院實驗動物模型的研發和支撐能力;并積極推動國家實驗動物支撐體系建設。 中科院特色與模式動物實驗平臺已經為“知識創新工程”、“十二五”規劃等目標的全面實現提供特色與模式動物支撐,并繼續為“十三五”規劃貢獻力量。

3 存在問題

3.1 分級分類管理松散,學科覆蓋面較窄

我國科技創新機構主要按照管理權限、研究階段以及學科領域進行分級分類管理。 目前,實驗動物科技創新機構分屬不同部門(如衛健委、教育部、中科院)和地方(如北京市、江蘇省),并按照研究階段劃分為注重基礎研究的重點實驗室和注重產業共性技術轉化的工程(技術)研究中心,缺乏協調統一的管理規范和機制;且學科特征明顯,如實驗動物、模式動物、比較醫學等,學科覆蓋面較窄。 管理和學科設置上的松散分割導致了創新資源和創新鏈(科學研究、技術轉化、產業發展)的碎片化,嚴重影響了資源利用效率和學科交叉融合發展。

3.2 學科領域定位尷尬,發展受限

實驗動物學科和行業自身特點決定了其科技創新的公益性和基礎性,其核心任務是實驗動物種子資源的開發與保藏[13],與現有科學與工程研究類、技術創新與成果轉化類國家科技創新基地不相適宜,又未納入基礎支撐與條件保障類國家科技創新基地。 且目前國家科技創新設施是按照領域,以及基礎研究、應用基礎研究、工程技術開發、產業化示范等不同研究階段定位劃分的,而實驗動物是眾多學科領域共享的基礎支撐學科,沒有明確所屬。這些問題,客觀制約了省部級科技創新設施躍升至國家級科技創新設施,從而獲得支持和發展機會。

3.3 團隊規模不足,缺乏高級領軍人才

目前省部級科技創新設施的發展規模普遍偏小,比如國家衛生健康委人類疾病比較醫學重點實驗室共有中級以上科技人員55 人,包括高級職稱21 名,中級職稱34 名;北京市人類重大疾病動物模型工程技術研究中心固定人員為37 人,其中依托單位固定人員30 人,高級職稱7 人,副高職稱7 人,中級職稱11 人,中級以上人員25 人,如此規模尤其是高級人才規模與國家級重點實驗室存在差距。 如醫學分子生物學國家重點實驗室現有中國科學院、中國工程院院士5 人,國家杰出青年科學基金獲得者10 人,教育部長江學者獎勵計劃獲得者5 人,萬人計劃2 人,青年千人計劃5 人,百千萬人才工程獲得者7 人,總共固定人員95 人,正高級職稱30 人,副高級職稱23 人,中級職稱42 人;干細胞與生殖生物學國家重點實驗室現有院士2 位,“萬人計劃”2位、“萬人計劃”青年拔尖人才1 位、“百人計劃”14位、“青年千人”3 位、“杰青”7 位、“優青”3 位,共計固定成員76 人,研究員23 人,副研究員9 人,助理研究員21 人,高級工程師和實驗師4 人。 較小的發展規模也導致了資源的利用率不高、學科單一、產學研分離,不符合當前創新設施整合資源,融合發展的大趨勢,也難以適應新時期科技創新、產業發展與人才培養的新要求。

3.4 缺乏長期穩定支持,動物資源損失嚴重

“十二五”期間,國家在實驗動物領域啟動實施了9 個國家科技支撐計劃重大項目,累計投入科研經費3.35 億元,對實驗動物科技創新發揮了重大作用。 但“十三五”以來,改革后的國家科技計劃中尚未設立針對實驗動物科技創新的重點專項,導致科技工作無法延續和領域內科技人才持續流失,嚴重影響實驗動物自主創新能力的提升。

此外,在實驗動物科技創新能力的建設不是一個階段性工作任務,而是一項長期、復雜的公益性系統工程,需要國家經費支持。 由于實驗動物活體資源維持成本較高,以往在科技管理、科研立項、資金投入等諸多方面的間斷性和不穩定性,嚴重影響了科研設施的穩定運行,導致了大量動物模型資源損失。

3.5 各機構研究內容雷同,研究不夠深入

由于實驗動物對生命科學、醫藥研發及農業發展的重要性和必需性,各地各部門大力開展實驗動物研究,幾乎每個領域相關高等院校、科研院所、醫療機構、企事業單位都建立實驗動物中心(學部)。但由于各單位科技支撐的需要及地方、部門間的條塊分割,各中心(學部)普遍存在研究內容雷同,缺乏明確的研究特色和亮點,導致各機構低水平重復,同質化競爭,未能形成科技創新的合力,不能高效地支撐我國科技創新戰略。

4 對策建議

4.1 強化頂層設計,明確發展思路

實驗動物創新能力建設需從國家層面作出長遠規劃和整體設計。 要堅持國家實驗動物科技發展目標,根據科技創新能力建設和發展需要,制定出適合我國國情和實驗動物自身特點、有利于實驗動物科技發展的長遠規劃,提出實驗動物創新能力建設的整體設計和建設框架,有計劃、分階段、穩步推進實驗動物創新能力的建設工作。

4.2 推行管理改革,整合資源,提升管理規范性和靈活性

根據科學技術和產業發展的實際,應重新審視創新能力建設過程中限定性定位發展的問題,限制了科學研究和產業技術的協同創新,也導致忽略了實驗動物這一類的基礎性公益性平臺。 應當推進相關管理體制改革,一是進一步整合資源,擴大創新能力建設的內涵,弱化基于分類和學科特征的劃分管理,強化聚焦于科學問題的基于實際貢獻和發展實效的綜合績效管理,形成適度規模和體系,實現多學科融合發展,貫通科技進步與產業發展的創新鏈,更好地服務于科技創新、人才培養和產業發展;二是加強規范化管理,制定統一規范的符合實驗動物自身特點的科技創新設施管理辦法和配套管理細則,建立協調共享管理機制,為實驗動物科技創新提供制度保障;三是提升管理的靈活性,賦予各機構自身理事會更多管理決策職責,緊密圍繞國家戰略需求的同時,適時根據科技發展趨勢調整和制定符合自身特定的單位發展策略和管理機制。

4.3 加強創新能力建設,提升支撐服務和條件保障水平

圍繞國家重大戰略需求,將實驗動物納入基礎支撐與條件保障類國家科技創新基地管理,加強實驗動物優質資源有機集成,提升實驗動物資源使用效率,為科學研究、技術進步和社會發展提供網絡化、社會化的科技資源共享服務。 加強實驗動物創新能力建設,形成完備的關鍵技術和創新服務體系,為相關領域科技創新提供高水平基礎支撐和條件保障。 重點加強實驗動物新品種(品系)、動物模型的研究和我國優勢實驗動物資源的開發與應用,建立實驗動物、動物模型的評價體系和質量追溯體系,開展動物實驗替代方法研究,保障實驗動物福利;圍繞人類重大疾病、新藥創制等重大民生健康需求,通過基因修飾、遺傳篩選和遺傳培育等手段,研發相關動物模型資源;加強具有中國特色實驗動物資源培育,重點開展靈長類、小型豬、樹鼩等實驗動物資源研究,加快建立大型實驗動物遺傳修飾技術和模型分析技術體系。

4.4 培養和引進高層次人才,組建高水平創新團隊

實驗動物作為科技創新的基礎性學科,其入門門檻低、團隊規模小以及學科歸屬性差,導致無法有效的引進、培養及保有高水平人才,不利于支撐實驗動物的科技進步及國家的科技創新。 應當設立專門科技及人才項目,推進高層次培養和引進計劃的實施,加快培養引進一批在國際前沿領域具有較高影響力的領軍人才。 瞄準世界科學研究前沿,培養和支持一批中青年科學家。 發揮重點實驗室等創新機構與設施的凝集作用,穩定支持一批優秀創新團隊。

4.5 加大經費投入,長期穩定支持

實驗動物作為生物醫藥等科技發展的戰略資源和重要支撐,事關全民健康和國家生物安全[14]。隨著《“健康中國2030”規劃綱要》的發布實施,以及我國生命科學、生物醫藥、環境、農業等產業的快速發展,對實驗動物信息、新資源、新模型和新技術的需求日益增長,迫切需要提高我國實驗動物科技創新水平。 因此,需要國家加大對于實驗動物資源積累與維持,以及前沿核心技術研發方面的投入,繼續推動“實驗動物科技創新”研發任務,列入2018年國家重點研發計劃予以支持,并建立多元化、多渠道、多層次的投入機制,完善項目、基地、人才的統籌協調機制,進一步優化支持結構和方式,加強支持力度。

同時,目前的國家科技計劃體系是任務導向型的,保證了公平擇優的競爭性,但延續性和穩定性不足。 建議針對實驗動物等基礎公益性學科的特點,設立較為長期穩定的支持計劃,并建立相應的檢查考評制度,對設施運行情況和管理水平作出評估,業績作為國家是否予以投入的主要依據,推動和保障實驗動物資源保藏和科技創新。

4.6 促進各機構間交流合作,形成科技創新合力

為減少各科研機構的無謂內耗和惡性競爭,可通過科研項目等方式引導各機構聚焦于各自擅長的科研方向和領域,按照實驗動物產業鏈環節、研究環節、動物種類、模型類型、應用方向等不同層次進行行業細分,領域細化,形成差異化和特色化的研究網格,并進行有效的科研合作和協同創新,相互促進,相互提高,協同發展,共同支撐國家相關學科和行業的創新發展。

建立統一的實驗動物資源信息數據庫和種質庫,進一步提高開放共享水平,形成統一、規范、高效的服務平臺,從而提高實驗動物資源利用效率,全方位支撐相關領域科技創新,并將進一步促進自身產業發展。