华高莱斯丨产业观察:国家生命安全的航空母舰

先后主持或参与海淀区上庄镇镇域发展战略研究、眉山天府新区区域产业策划、广饶县全域旅游策划编制、北京宋庄镇总体定位与产业发展研究、重庆合川产业新城战略规划及河南新郑市战略策划等项目,研究视野涉足城市战略、区域振兴、前沿产业及创意文旅等领域。将解决客户问题作为职业信条,相信城市的发展皆有其因果,用脚步丈量城市,用数据揭开真相,用科学论证来解决问题。热情不止,研究不息!

2019年爆发的新冠肺炎让COVID-19病毒走入人们视野。从最初在中国的爆发到如今震中转移美国,这个小小的病毒已席卷了199个国家和地区,感染了72万人次,其中不乏英国皇室成员查尔斯王子、英国首相鲍里斯约翰逊、好莱坞巨星汤姆汉克斯夫妇以及NBA顶级球星杜兰特等知名人士,使得美股一个月内熔断4次,更使全世界为之停摆(数据截至2020年3月30日)。

回顾过去20年,不仅是COVID-19,炭疽病毒、SARS、HINI流感、埃博拉病毒、中东呼吸综合症向人类掀起了一波又一波进攻。此外,像人们已经熟知或已基本控制的病毒如:鼠疫、霍乱、血吸虫病、狂犬病、结核病等近几年又有死灰复燃的迹象。据统计,全球每年死于传染病人数达1700万之多。

可以说,病毒已经一次次向人类证明了自己的威力。正如诺贝尔文学奖得主阿尔贝加缪在代表作《鼠疫》里说:一个人能在鼠疫和生活的赌博中所赢得的全部东西,就是知识和记忆。

尽管自然界现存在4000余种病毒,而其中能被人类真正攻克的少之又少。但在无数次与病毒斗争的过程中,人类也在不断地增加自己的经验值与防护武器。如在根据真实故事改编的《血疫》一书中,美国的科研人员便是在P4实验室阻止了一场传染病的大规模爆发。可以说,P4实验室如同给科研人员戴上了盔甲,成为了能暂时压制或攻克烈性病毒的救命稻草,也被誉为在这场无硝烟的战争中保护国家生命安全的“航空母舰”。

P4实验室实际上是生物安全实验室的一种。生物安全实验室是通过防护屏障和管理措施,能够避免或控制被操作的有害生物因子危害,达到生物安全要求的生物实验室和动物实验室。只不过生物安全实验室根据防护级别分为四种,而P4则是其中最高防护等级的生物安全实验室。

不仅如此,各个国家对生物安全实验室的叫法不尽相同,但划分等级及标准类似。因此,在本文中,将P1 P2 P3 P4与BSL-1 BSL-2 BSL-3 BSL-4划为等号,进行统一考虑。

值得注意的是,相比于其他等级生物安全实验室,P4实验室往往关押着的是“病毒猛兽”,诸如埃博拉、马尔堡、拉萨热、克里米亚-刚果出血热、天花等。这些病毒对人体具有高度危险性,通过气溶胶途径传播或传播途径不明、尚无有效疫苗或治疗方法。而这些病毒一旦泄漏,将造成不可挽回的损失。因此,为了处理这些病毒,P4实验室可以说是人类工程设计与制造水平的巅峰之一,设置重重关卡,确保不会让任何病毒可以逃跑。

具体工程结构不是本文重点,将不进行一一阐释。但在具体细节上便可知道其对制造工艺的严苛要求。

比如说:对于支撑起整个实验室的维护结构来说,其不仅要稳定坚固、抵御强烈地震的可能性,同时还要求极度光滑无死角,并兼顾抗腐蚀,方便实施消毒处理。此外,整个实验室采用单向气流,能够从低风险区流向高风险区流入,整个实验室负压范围在-50 ~ -180之间,对实验室门、墙板的拼接缝等施工工艺也提出超高要求;像实验室中的气密门不仅有抗冲击、耐酸碱、阻燃、耐高温、耐寒、耐老化等功能,还要求实现互锁,即在有一扇门未关闭的情况下该房间其他所有门均处于锁闭状态。互锁的设计确保每一次开门,仅能允许两个房间互通,确保气流始终从低风险区流向高风险区;部分核心设备往往采用一用一备或二用一备的状态,充分考虑到实验室的安全与稳定。

可以说,P4实验室不仅仅是最高级别的生物安全实验室,更是一个国家科技水平与制造工艺的集中体现,是国之重器,是真正的大科学装置。世界上,英国和美国最早建设P4实验室,随后前苏联、澳大利亚、南非、日本、加拿大、法国、德国、荷兰、加蓬以及我国台湾地区等均先后建设P4实验室。

尤其是美国“911”恐怖袭击之后,更是掀起一波建设P4实验室的小高潮,使美国成为拥有P4实验室数量最多的国家。中国武汉P4实验室是在法国的大力帮助下,由法国提供概念设计,中国企业施工建设,于2015年竣工完成。

据统计,目前全球已知有22个国家和地区的60个机构拥有P4实验室。还有不少国家如比利时等已实际拥有P4实验室却对外宣称为P3防护等级。还有类似朝鲜、伊朗等国家大量进口生物安全型双扉高温灭菌器,是建设P4实验室的核心设备。P4实验室是各国争相建设的重点工程,对于国家的生物安全来说至关重要。

可以说,拥有硬件上的P4只是万里长征的第一步。在我国正举全国之力建设大科学装置的关键阶段,在中国各大大科学装置向世界发出邀请函的同时,如果不能找到此类装置的正确打开方式,那么我们便无法充分发挥其价值。

通过对世界众多P4实验室的观察发现,诚然绝大部分实验室还是由政府核心部门或军方严格把控,但确实也有少量实验室秉持合作开放共享的态度,合理利用兑现了更多的价值。这类实验室往往是由大学机构或企业等主导,而对于中国来说,这也是未来建设P4实验室的主力。因此,本文将重点选择两个案例进行说明,希望对更好地利用P4实验室带来更多地启发。

借用美国政府问责局(Government Accountability Office,GAO)的话,如今大学都急于建立 P3、P4 实验室,因为高等级实验室将带来巨额的资金和巨大的声望。这也是波士顿大学克服万难争取P4实验室建设的核心目的。

波士顿NEILD实验室是在美国发生炭疽邮件袭击事件后,向政府积极争取的P4实验室建设项目。该项目不仅能进一步提高美国的生物安全实力,同时也是波士顿巩固自身在世界生物医药地位的重要手段,被视为继Genetown成功之后,未来能够再次拉动波士顿经济增长的新兴锚点。

而对于大学来说,则更为纯粹,即联合自身基础研发的优势,利用P4实验室平台,吸纳世界级顶尖科学家,提升学校学术水平,提高世界排名。而这应该也是很多中国城市以及大学,如中国的杭州与浙大等的共同目标。

为此波士顿大学采用“开源创新”(opensource)的理念,核心观点便是平台化发展思维,用大装置吸引大人才。

首先波士顿大学是幸运的,历经20余年的发展,在它周边已天然聚集着世界级高密度的产业及创新资源。就以其区位为例,波士顿NEILD实验室可以快速对接周边的哈佛、麻省理工等名校,可以快速获取全球医药产业的“华尔街”——肯德尔广场的一手资源,可以迅捷对接波士顿南湾聚集着的200余个创新企业,更可以高效到达聚集着19家医院及相关学术机构的长木医学区。可以说,波士顿NEILD实验室是站在巨人肩膀上的幸运儿。

其次,整个实验室非常主张开放合作,给很多人才提供可以接触的机会。他们可以是来自不同学院、不同年级、不同项目甚至是不同国家。诸如,你可以是医学院、牙科学院、工程学院甚至是文理学院的学生,你可以是研究生甚至是本科生,你也可以是微生物学、分子细胞生物学、生物工程、解剖与神经系统科学、再生医学、光学、工程学或化学专业的学生。

总而言之,NEILD会尽可能地将大门向有需要的学生或团体开放。真正让学生有接触世界顶级实验设施的机会,为培养下一代科学明星奠定基础。

而波士顿大学NEILD实验室能够吸引顶级科学家的最不可替代的优势,在于可以低成本组建高质量多学科背景的研究团队。而这在全世界微生物研究领域来说,属于首创之举,是除硬件条件外,吸引头雁人才聚集的核心要素。

正如NEILD执行官Ronald B. Corley所说,“NEIDL是唯一一个深处在像波士顿大学这样高度知识密集的研究型大学中的实验室,也是唯一一个深处在世界生物学者心中的麦加(波士顿)的实验室。”

举例来说,世界顶尖微生物学家Elke Mühlberger,致力于进行埃博拉病毒对细胞损害研究。此前,其曾在德国进行专业实验,后由于波士顿大学NEIL实验室的建立2008年而远渡重洋来美国发展。其在此等候9年,2017年实验室正式开放,成为首批进驻研究的团队。

她表示,“埃博拉病毒擅于攻击人体肝脏细胞,但极少危害除人以外的其他动物,导致很难进行动物实验。而波士顿大学聚集着众多干细胞、再生医学及组织工程学等学术背景人才,可帮助细胞繁殖,加速实验进程。能够和这么多元背景的人合作进行埃博拉病毒研究,这在以前是无法想象的,在世界也尚属首例。”这种打通科研壁垒的能力是波士顿大学的核心财富。

如今,经过3年的投入运营,NEILD实验室确实为波士顿大学带来众多改变。吸引了近20个世界顶级微生物领域学者与研究团队,近2年内发表专业学术研究论文共计60余篇,正式成为美国大学联盟成员(AUU),并在全美“最具创新力”大学排名中名列28位,十年内在全美大学排名上升20余名。据估计,实验室的建立还会每年为波士顿带来近1亿每年的经济影响。

波士顿大学NEILD实验室的案例对于一些致力于发展P3乃至P4的科研型大学还是有一定借鉴意义的。对提高大学排名和吸纳世界人才有立竿见影的效果。

可以看出,P4实验室只是发展科研的必备物理条件,但能结合本地丰富坚实的生物医药产业基础和人才才是大学更不可替代的优势。依托P4实验室平台组建更多元的团队是推进研究的加速器。这样的话,对于杭州、上海、北京、广州这样本身产业基础和人才有一定积累的城市,在保证安全的前提下,再大力发展P4实验室其实是更能起到事半功倍的效果。

1.《四级重器 武汉国家生物安全实验室(P4)》2.《生物安全4级实验室建设关键问题及发展策略研究》3.巴斯德研究所官网4.梅里埃基金会官网5.波士顿大学官网6.里昂经济署官网7.lyonpole产业园官网

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