2024重组胶原蛋白行业白皮书：从美业革新先锋到精准医疗动力源
从来源上看，胶原蛋白主要分为动物源胶原蛋白和重组胶原蛋白两大类。重组胶原蛋白相较于传统动物来源的胶原蛋白在生物活性、生物相容性、低免疫原性、降低漏检病原体风险、水溶性、无细胞毒性等方面表现出诸多优越性。随着胶原蛋白的来源和生产方式不断演变，重组胶原蛋白凭借其优势，正逐步成为医疗、美容等高要求领域的主流选择。
市场前瞻：需求持续攀升，应用领域全面扩张
1、商业产品：市场跃升，功效护肤先行
功效性护肤品异军突起，行业集中度较高，核心成分成为追逐热点
成分党和功效党的崛起，消费者的护肤观念正从基础保养向精准功效转型。在此背景下，功效性护肤品市场景气度高，其增长势头远超化妆品行业的整体水平。与一般护肤品相比，功效性护肤品背后所依托的是更为复杂的技术体系和独特的成分组合，这些要素构筑了较高的行业准入门槛，促使市场向少数具备强大研发实力、丰富销售与生产资源的企业集中。
热门成分所处生命周期图
数据来源：公开资料，蛋壳研究院
我国功能性护肤品的活性成分以透明质酸和植物活性成分为主流，胶原蛋白的渗透率尚处于较低水平。其中重组胶原蛋白凭借其卓越的生物活性和生物相容性，以及更为灵活的加工性能在护肤品中崭露头角。
鉴于护肤成分市场的周期性特征，透明质酸作为曾经的热门成分，现已步入成熟期，市场增长动力逐渐减弱。而重组胶原蛋白作为新兴力量，正处于概念普及与认知深化的关键阶段，其多元复合功效的潜力尚未被充分挖掘，为品牌商提供了丰富的创新空间与营销机遇。在巨子生物旗下的可复美和可丽金为代表的品牌成功将重组胶原蛋白作为核心成分，打造出一系列修复和抗老的畅销产品之后，已经有越来越多的国内国外主流品牌察觉到胶原蛋白的发展潜力，纷纷自研或与上游厂家合作，推出相关产品。大品牌的入局进一步强化了重组胶原的消费者心智，带动重组胶原蛋白成分在化妆品领域的应用，实现市场扩容，未来品牌端的竞争将更加激烈。
医用敷料领域市场较为分散，品牌心智已建立，后来者居上较为困难
近年来，我国医用敷料市场呈现出强劲增长态势，主要得益于医美市场的迅速崛起以及敏感肌护理需求的不断增加。胶原蛋白和透明质酸是目前敷料的主要原料，其应用场景主要涵盖三大方面：一是针对痤疮、皮炎、过敏等皮肤问题的治疗，二是为医美手术后的皮肤提供快速修复，三是满足日常功能性护肤的需求。这一市场机遇吸引了众多护肤品公司和生物医药背景企业的关注，并陆续推出以重组胶原蛋白为核心成分的械字号敷料产品。
2017版《医疗器械分类目录》首次对医用敷料详细界定，但并未提及以重组胶原蛋白或透明质酸为核心成分的敷料的监管细则。2021年《重组胶原蛋白类医疗产品分类界定原则》的出台，产品的界定逐渐明晰，重组胶原蛋白敷料和透明质酸敷料相继获得明确的二类监管许可，胶原蛋白的注册证数量在相应的政策发布后激增。
胶原蛋白和透明质酸近几年获批数量/年（个）
数据来源：国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心，蛋壳研究院
由于早期监管不明确，获批产品数量较少，这为先发企业建立资质壁垒创造了机会。如今，随着功效性敷料赛道的新玩家不断涌入，产品同质化现象加剧，许多新进入的厂商或品牌通过OEM（代工厂）生产胶原类二类器械产品，以较低的终端售价抢占市场，导致重组胶原蛋白在医用辅料领域的竞争愈发激烈。然而，随着行业监管力度的加强和市场教育的深入，未来那些不符合规范的产品将逐步被清理出市场，为合规的二类和三类产品腾出空间。这一趋势将促使市场向更集中、更专业的方向发展，同时推动需求向这些高端产品倾斜。
注射剂随着价格劣势弱化，市场潜力将得到充分释放
胶原蛋白植入剂在市场中面临的主要挑战在于其高昂的价格和相对较短的维持时间。由于市场上获批的胶原蛋白品牌和产品种类有限，加之产能不足，胶原蛋白植入剂的成本较高。此外，现有的交联技术尚未在提升胶原蛋白的稳定性和持久性方面取得突破，导致单次注射的效果通常只能维持3至12个月。
玻尿酸和胶原蛋白在注射领域的对比
数据来源：蛋壳研究院
我国胶原蛋白针剂市场目前尚处于起步阶段，竞争尚未达到白热化，尤其是重组胶原蛋白针剂被视为一片蓝海。作为三类医疗器械，重组胶原蛋白针剂的审批周期较长，监管严格，市场集中度极高。目前，国内市场上仅有少数几家公司获得批准，产品主要以动物胶原为基础。相较而言，重组胶原蛋白三类器械的研发门槛更高，至今仅有锦波生物旗下的薇旖美在2021年成功获得三类器械的批准。随着市场参与者持续扩容，胶原蛋白针剂的供应量将显著提升，为消费者提供更多选择的同时，也将推动价格向更加亲民的方向发展，从而逐渐缩小与玻尿酸针剂之间的价格差距，提升其市场接受度。
千亿市场的新星，医美护肤双轮驱动
近年从市场空间看，重组胶原蛋白已成为具有强成长性的赛道，未来也有望复制透明质酸产业的发展路径，从供给端技术突破到需求端普及和应用场景拓展，实现良性循环，最终推动市场规模从百亿级跨越至千亿级。
重组胶原蛋白各领域竞争分析
数据来源：蛋壳研究院
重组胶原蛋白在功效性护肤品和医美针剂的想象空间更大，而医美注射剂领域主要依赖于原料技术的突破和审批能力，市场空间相对有限。目前胶原蛋白在医美注射剂领域的渗透率虽然较低，却增长迅速，未来有望部分替代透明质酸针剂的市场份额。凭借其成分差异化，重组胶原蛋白注射剂或将率先成为本土医疗美容产品进军国际市场的先锋。而功效性护肤品则更多取决于下游品牌的塑造和渠道运营能力，具备从原料到渠道再到品牌纵向一体化能力的公司更具竞争优势。
2、严肃医疗：量产突围，抢占医疗高地
重组胶原蛋白具备的高拉伸强度、生物降解性能、低抗原活性、低刺激性等特征，不仅是护肤品、医美产品、保健品的理想生物活性成分，还在严肃医疗领域有着关键性的应用。
重组胶原蛋白严肃医疗应用
数据来源：蛋壳研究院
尽管重组胶原蛋白在生物医用材料领域展现出巨大的潜力，但尚未大规模应用于严肃医疗领域的主要原因在于产量跟不上需求。首先，重组胶原蛋白的生产依赖生物工程技术，如基因编辑和蛋白质表达系统，这些工艺不仅需要高精度的操作，还需要大量的时间和资源投入。虽然实验室小规模生产能够满足研究和部分高端产品的需求，但要达到大规模商业化生产，还需要在工艺优化、生产线建设和质量控制上取得突破。尤其是在一致性控制方面，需要确保每一批次的产品都能达到严格的质量标准，这对企业的技术能力和管理水平提出了极高的要求。此外，重组胶原蛋白的生产过程需要采用严格的纯化和改性技术，而这些技术目前尚未完全成熟。最后，胶原蛋白作为生物材料，其降解速度需要与人体组织的修复和再生速度相匹配，而要在量产条件下稳定控制这一特性，也是一项艰巨的挑战。
目前，国内仅有少数企业掌握了重组胶原蛋白的规模化量产工艺，而海外尚未出现同等水平的竞争者。美琉生物基于自研AIGC合成生物学模型，以胶原蛋白N端结构域表面电荷为主要参数，通过机器学习策略，优化了分泌信号肽和胶原蛋白的密码子，显著提升了细胞的合成效率。借此，重组胶原蛋白在毕赤酵母中的产量提高了4至9倍，并在保持高产量的同时，按药典标准将产品含量纯度提升至99%以上。美琉生物始终强调通过足量添加胶原蛋白以实现真正修复力，此项技术进展不仅有效降低了生产成本，还遏制了市场上“概念性添加”的乱象。产量的突破是胶原蛋白在严肃医疗应用中的关键前提，只有解决这一瓶颈，才能真正满足市场需求，从而推动行业良性循环的形成。
技术纵览：突破传统桎梏，产业进程提速推进
1、技术障碍：供需共振，技术强势突围
目的基因设计：精准设计，提升稳定性与生物活性
在重组胶原蛋白的制备过程中，目的基因设计是至关重要的环节。其核心是在不同层次上优化胶原蛋白的结构与性能，以满足其在医疗健康、生物制造等领域中的需求。
目的基因设计的核心需求
数据来源：蛋壳研究院
在基因设计过程中，为确保重组胶原蛋白既能在外部环境的挑战下保持稳定性，又能保留必要的生物活性以实现预期功能，需要对目标基因的序列、蛋白质的折叠及修饰等方面进行精细优化。这种平衡的实现不仅有助于在生产过程中维持蛋白质的结构和功能，还能有效降低因降解或失活引发的废品率。此外，具备高生物活性的蛋白质能够在较低剂量下达到预期效果，从而降低生产与使用成本。
多维策略优化胶原蛋白稳定性与力学性能：从分子改造到纳米增强
优化分子内部相互作用是增强胶原蛋白稳定性的基础。通过分子动力学模拟和序列分析，能够识别出影响胶原蛋白内部氢键、盐桥、疏水作用等关键相互作用的残基。利用定点突变技术，可以在这些关键位点引入更有利于形成稳定相互作用的氨基酸。这样可以增强分子内部的构象稳定性，提高整体的机械强度。根据余建军和赵铧于2022年发表的学术论文，美尚洁与瑞士的一家专业研究机构合作，开发出一种独特的微囊模式。他们从人体胶原蛋白基因组中截取了I型胶原蛋白的有效片段（COL1A1部分，截取I型胶原蛋白498-788基因序列），并将其与纤连蛋白（Fn）的氨基酸序列片段融合。这种融合技术不仅充分发挥了两者的优势表达效果，同时还确保了胶原蛋白的生物活性，显著提升了其在皮肤中的渗透性和稳定性。随着后续的公司研发升级，已经把I型胶原蛋白片段替换为Ⅲ型胶原蛋白片段。
除了依赖天然氨基酸间的非共价相互作用外，还可以在特定位点引入人工交联剂，如糖基化试剂或环氧化合物，形成稳定的共价交联结构。通过计算模拟技术，可以预测最佳的交联位点和交联度，从而在增强机械强度的同时保持适当的柔性。常用的交联方法包括物理交联、化学交联和酶促交联。物理交联操作简便，但可能影响胶原蛋白的生物活性和结构完整性。化学交联效率高、力学性能优异，但需要控制化学试剂的残留，以防毒性风险。酶促交联具有良好的生物相容性和温和的反应条件，但酶的成本和反应时间可能成为限制因素。
不同交联方式对比
数据来源：《蛋白质交联用酶的作用机制及研究进展》，蛋壳研究院
此外，设计新型交联区域也是增强胶原蛋白力学性能的一种有效策略。通过在分子端部或其他合适位置引入具备自组装能力的功能性结构域，如病毒衣壳蛋白的缠绕区，可以在胶原蛋白分子间形成额外的交联点。这些功能性结构域通过自组装形成稳定的分子结构，进一步加强了胶原分子间的力学耦合。同时，通过调控自组装行为，可以优化胶原蛋白三股螺旋结构之间的排布方式。不同的排列模式，如平行或反向平行排列，对机械稳定性有着不同的影响。借助计算模拟技术，可以预测出最佳的自组装构象和路径，从而找到最稳定的排列方式，提升胶原蛋白的机械强度和结构稳定性。
另外，胶原蛋白的力学性能在很大程度上来源于其特有的三股螺旋结构。通过优化二级结构参数，调整α－螺旋的螺距、螺角等参数，使其更接近理论最优值，可以减小扭曲应变，提高整个螺旋的热动力学稳定性。利用分子动力学模拟来优化螺旋参数，可以找到最适合的螺距和螺角组合，从而最大程度地减少螺旋内部的应力和变形。借鉴天然骨骼的设计理念，可以在胶原蛋白中引入无机纳米增强体，如羟基磷灰石等，形成类似骨的复合材料。这种生物无机杂化策略极大地提高了胶原蛋白的力学强度，显著提高其在生物医学应用中的机械性能。
提升重组胶原蛋白生物活性：从活性位点优化到多功能模块设计
在保证总体稳定性和机械强度的基础上，增强其生物活性是重组胶原蛋白的另一个目标。高生物活性的胶原蛋白能够更好地与细胞相互作用，促进细胞的黏附、增殖和分化，这对于伤口愈合、组织修复和再生至关重要。
重组胶原蛋白生物活性增强策略
数据来源：蛋壳研究院
首先，优化活性位点的空间可及性。通过分子动力学模拟和结构分析，可以确定胶原蛋白分子中天然存在的生物活性序列，例如细胞黏附序列RGD和整合素结合位点。优化这些活性位点的空间构象和暴露程度，使其更易被细胞受体或其他生物分子靶标识别和结合，从而增强生物活性。
其次，可以通过植入新的生物活性肽段赋予重组胶原蛋白新的生物学功能。分子设计可以在胶原蛋白的合适位置植入已知的生物活性肽段，如细胞调节因子结合序列和酶切位点。在设计植入位置和方向时，需要避免破坏原有结构，同时确保新植入的肽段能够发挥预期功能。此外，利用分子对接和虚拟筛选技术，可以优化活性序列及其周围氨基酸环境，增强其与细胞受体或其他生物靶标的亲和力和特异性。例如，引入更多的氢键供体或受体、调整疏水性等措施，都有助于增强相互作用，从而提高生物活性。
最后，还可以设计并植入全新的功能性结构域，例如生物矿化诱导模块和酶活性中心等，使重组胶原蛋白具备诱导生物矿化和催化反应等新的生物活性。通过组合不同的功能模块，可以实现多功能的生物材料设计，进一步提升其应用价值。
优化发酵保量，提升纯化保质
优化发酵条件可以提高微生物或细胞的生长速度和蛋白质的表达量，从而缩短生产周期，提升生产效率。而分离纯化的有效性直接关系到最终产品的纯度和活性，该过程能够去除杂质，确保产品符合医药和化妆品等高标准行业的质量要求。
重组胶原蛋白发酵和纯化工艺流程
数据来源：蛋壳研究院
发酵过程涉及多个参数的综合调控，这些参数不仅相互影响，还与微生物或细胞的生长状态密切相关。在实验室小规模生产中，优化这些条件相对容易，但在工业化大规模生产中，精准控制这些参数会变得异常困难。且不同的微生物或细胞表达系统对发酵条件的需求不同，也增加了发酵的复杂性。此外，实验室条件下优化的发酵工艺在放大到工业规模时，常常会出现效率下降或不稳定的情况。这是由于在大规模反应器中，物理参数（如混合、传质等）难以与小规模反应器保持一致，导致细胞或微生物的生长和代谢发生变化，从而影响目标蛋白的表达。
紧随其后的纯化过程往往会产生多种杂质，如宿主蛋白、核酸和内毒素等。这些杂质不仅影响产品的纯度，还可能对最终产品的安全性和功能产生不良影响。此外，纯化过程中常常面临纯度与回收率之间的矛盾。提高纯度通常会导致回收率下降，增加产品损失；而提高回收率又可能无法完全去除杂质，从而影响产品的纯度。现有许多高效的纯化技术，如层析和膜分离技术，虽然能够有效提高纯度，但成本较高，而纯化工艺的成本直接影响最终产品的市场竞争力。此外，实验室规模的纯化工艺在放大至工业规模时，常常会遇到技术瓶颈，如层析柱的尺寸放大、流速控制和压力管理等问题，这些因素都会对纯化效果产生影响。
巨子生物通过高密度发酵及高效分离纯化技术，在全球首先解决了之前阻碍重组胶原蛋白生产的效率问题。该项突破使得重组大肠杆菌靶蛋白在经过一轮的加工后回收率达到90%（为领先行业的纯化及回收率水平），重组胶原蛋白纯度达99.9%，细菌内毒素浓度低于0.1E/mg，显著优于医疗级材料的行业标准。公司在高效生产优质产品的同时扩大生产规模，成为全球范围内拥有最大重组胶原蛋白产能的公司之一。高效和高质是重组胶原蛋白能否产业化及应用于严肃医疗的关键所在，核心技术的突破将有效拓展其应用纵深，推动行业整体发展。
2、临床转化：攻坚克难，探索商业路径
近年来，胶原蛋白的临床研究呈现出活跃态势。在临床研究的版图中，面部皮肤改善、皮肤老化和伤口愈合等领域备受关注，成为当前研究的热点领域。在生物技术迅猛发展的背景下，尽管科学家们在设计和生产具备天然或胶原衍生结构的重组胶原蛋白方面取得了显著进展，但在临床道路上仍然困难重重，问题的核心在于表达系统和生产体系尚未得到统一。
虽然国家药监局在2021年4月发布了针对含重组胶原蛋白类医疗产品的《重组胶原蛋白类医疗产品分类界定原则》，但实际审评过程中该类产品的分类仍然有许多难点。如原则中要求的“不可吸收性”如何证明，企业应当提交哪些资料，若提供试验资料，企业如何进行试验，选择何种试验样本，创面类型，以及不同分子量、时间等因素对重组胶原蛋白透皮性能的影响等问题都需要进一步规范和探索。此外，生产系统涵盖不同生物体，每种系统都有其独特的优势和局限性，而负责批准临床的监管机构尚未对可用于大规模生产的体系达成明确共识。
重组胶原蛋白临床注册趋势
数据来源：中国临床试验注册中心，蛋壳研究院
同样，市场需求的多样性也加剧了这一问题的复杂性。一方面，研究热点集中在追求类天然胶原蛋白的完整性和功能性；另一方面，合成线性肽、三螺旋片段以及基因工程改造的胶原蛋白变体也展示了广阔的应用前景。特别是在选择使用全长胶原蛋白还是特定片段方面，仍然存在争议，这直接影响到产品的最终性能和市场接受度。
重组胶原蛋白的潜在应用极为广泛，涵盖药物递送、组织修复与再生、伤口愈合以及蛋白质替代疗法等多个医学前沿领域。然而，由于不同组织和器官对胶原蛋白类型的特异性需求，以及缺乏明确的主导产品引领市场，该领域的商业化进程步履维艰。此外，动物源性胶原蛋白由于成本低廉、易于获取且长期使用的安全性记录，仍在制药、化妆品和食品工业中占据重要地位，对重组胶原蛋白的市场推广构成了直接竞争。
尽管多家企业早已布局重组胶原蛋白的生产与供应，但市场上仍未出现广泛认可的医用产品，这反映出市场需求与企业预期之间的错位。例如组织工程领域，作为重组胶原蛋白技术的重要受益者之一，尽管其临床前研究展现出巨大潜力，但实际临床转化成功案例有限，也未能有效激发行业对新型重组材料的迫切需求。重组胶原蛋白作为研究胶原蛋白家族及细胞外基质的重要工具，其科学价值不容忽视，未来有望在基础研究领域发挥更大作用，为临床应用奠定坚实基础。
前景展望：回应精准医疗，行业前景广阔可期
1、应用拓荒：突破同质，承接下游需求
随着国家和行业对重组胶原蛋白产品的规范和标准逐步完善，企业需要遵循统一的生产、检测和质量控制标准。这在一定程度上促进了产品的规范化，但同时也限制了企业在产品性能上的创新空间，导致产品同质化现象日益加剧。然而，随着重组胶原蛋白制备链中各环节研究的深入，更多类型的胶原蛋白及其功效正不断被发掘，围绕其开发的终端应用场景和产品矩阵也不断扩展，为市场带来了新的机遇和挑战。
重组XVII型胶原蛋白蓄势待发，脱发育发市场应用可期
从结构角度来看，XVII型胶原蛋白（COL17）是一种独特的跨膜胶原，其N端位于细胞质中、C端延伸至细胞外基质，通过辅助形成半桥粒将基底膜和基底细胞牢牢锁在一起，确保皮肤结构的完整性与紧密性，进而维护皮肤的健康状态。此外，COL17在调节脱发相关的干细胞群体中起着关键作用。它通过调控细胞的静息状态、激活和自我更新，维持毛发再生。
重组COL17制备难度较大，对厂商技术的成熟度要求极高。相较于产业化最为成熟的重组I和III型人源化胶原，XVII型胶原蛋白的表达量通常较低。即使通过优化表达条件或使用更先进的表达系统，仍然难以实现与其他胶原蛋白类型相当的高效生产。目前，国内仅几家企业掌握重组COL17量产技术。从专利看，巨子生物、未名拾光、锦波生物、聚源生物、创健医疗等企业已完整掌握COL17工业化生产制备技术。
COL17未来在毛发领域的价值已初现光芒，但如何更好地发挥其作用目前尚未形成定论。随着患者群体扩大加之防脱意识的增强，国内防脱育发市场规模有望迎来高速增长。尽管目前市面上暂无成熟的商业化产品，但通过深度挖掘XVII型胶原蛋白在毛发领域的价值，未来重组胶原蛋白将开启新的增长曲线。
私密健康关注度提升，重组III型胶原需求充足
女性阴道黏膜中富含胶原蛋白，其总量占胶原蛋白比例超过60%。随着年龄增长，以及激素分泌失调、炎症、物理和化学损伤等因素的影响，胶原蛋白会大量流失，导致阴道松弛、压力性尿失禁、阴道黏膜萎缩等症状出现。《绝经生殖泌尿综合征临床诊疗专家共识》指出，人源III型胶原蛋白在改善这些症状方面具有显著作用。它能够增加阴道黏膜的细胞外基质，促进细胞和血管的生长，同时降低炎症反应，从而增强阴道黏膜的厚度和弹性，有效改善萎缩症状。由于这些特性，人源III型胶原蛋白在女性私处护理领域展现出广阔的应用前景。
妇科用重组胶原蛋白II类械获批数量/年（个）
数据来源：国家药监局，蛋壳研究院
截至2024年8月，国家药监局官网披露的信息显示，市场上已有25款用于妇科症状的重组胶原蛋白II类产品获得批准。这些产品主要以凝胶和敷料形式存在，主要用于阴道卫生防护、阴道炎症、宫颈炎/阴道炎引起的浅表和非慢性创面护理。然而，以重组胶原蛋白为核心成分的妇科III类械产品尚未出现，现有产品仍然集中在II类械的外用范畴。目前，锦波生物的两款妇科III类械产品正在研发阶段，其中一款自主研发的妇科用重组III型人源化胶原蛋白冻干纤维已提交产品注册，主要用于治疗阴道松弛症。因非手术类私密医美具有低风险和快速恢复等优势，需求将稳健增长，重组胶原蛋白类产品有望在此领域大展身手。
2、蝶变之路：精益求精，引领产业升级
跨界融合：重组胶原蛋白与新材料的协同进化
重组胶原蛋白与现有市场材料之间的关系并非单纯的竞争，相反，通过与其他材料或项目的联合，重组胶原蛋白的本质效果能够得到进一步放大。重组胶原蛋白作为一种生物相容性优异的材料，其单独使用时虽具潜力，但在生物医用场景下常显性能不足。
联合材料的应用罗列及对比
数据来源：蛋壳研究院
材料的联合研发并非一蹴而就，尽管重组胶原蛋白具有良好的生物相容性，但在与其他材料结合时，仍可能引发免疫或炎症反应。这些反应不仅影响材料的生物安全性，还可能对宿主细胞产生不良影响。材料之间在化学和物理属性上的差异，如亲水性、表面电荷、分子结构等，可能导致结合不牢固，或在体内使用时出现分离和不均匀降解的问题，从而削弱最终产品的性能。此外，材料间降解速率的不匹配可能导致复合材料失效，例如在组织工程支架中，如果胶原蛋白降解较快而支架材料降解较慢，支架结构可能会坍塌。长期相互作用还可能引发化学反应、相互渗透或形态变化，进一步削弱机械性能和使用寿命。如果复合材料在体内无法完全降解，残留物可能会引发炎症或其他不良反应。再加上新型材料的法规遵从、安全性和有效性验证通常需要经历漫长的临床试验，这些因素进一步增加了研发的难度和成本。
联合材料的前景及挑战
数据来源：蛋壳研究院
通过在材料设计、生产工艺和临床验证等环节进行全方位优化，可以有效克服联合材料应用中的固有限制。这不仅催生出更具市场吸引力和竞争力的创新产品，还显著提升了生物医用材料产业的整体价值，成为企业构筑技术壁垒和推动市场扩张的强劲动力。联合材料的应用不仅拓宽了生物材料科学的内涵与外延，也成为了医学和工业领域的创新发展的推手。从伤口护理到智能医疗设备，从定制化植入物到精准药物递送系统，每一项创新都精准对接了现代医疗对个性化和高效能的需求，推动生物材料科学迅速发展。
智能设计：AI驱动重组胶原蛋白的定制化
基因设计是重组胶原蛋白生产的第一步，AI的引入将极大程度优化重组胶原蛋白的分子设计。通过运用学习算法，AI能够快速处理和分析大量的蛋白质结构数据，识别出最优序列。这一过程不仅提高了胶原蛋白的功能性和稳定性，也使得开发人员能够更精准地控制蛋白质的性质。此外，AI还能够模拟蛋白质的折叠过程，预测其三维结构。并在短时间内生成多种胶原蛋白变体，极大地缩短了研发周期。
其次，AI可以实时监控并调节重组胶原蛋白的生产流程，包括发酵条件的控制、表达系统的优化选择以及纯化过程的精细调节。通过深度学习模型，可以对影响生产效率的关键因素进行分析和预测，从而优化生产工艺。这种智能化的生产管理不仅能提高产量和产品纯度，还能有效减少资源浪费，为企业带来更高的经济效益。
AI技术还赋予了重组胶原蛋白个性化定制的能力。通过提取用户的生物数据和皮肤状况等关键信息，分析用户的基因组数据或皮肤类型，设计出专属于个体的胶原蛋白产品，精准满足不同人群的需求。在产品效果评估中，AI的应用也可以为重组胶原蛋白产品的持续优化提供强力支持。通过对用户反馈、皮肤图像或生物标记物数据的分析，识别出使用过程中的细微变化。基于这些数据，及时调整产品的成分或使用方法，确保用户始终获得最理想的效果，从而不断提升产品的有效性和用户体验。
目前，部分企业已率先将AI技术应用于重组胶原蛋白的研制中。例如，美尚洁与途深智合开启了战略合作，携手研发了蛋白序列编辑优化平台，成功将AI与重组基因编辑技术相结合。途深智合凭借多年来在图神经网络、Transformer和生成式AI等前沿领域的深厚积累，为合成生物的研发提供了强有力的技术支持。在该平台的支持下，美尚洁成功攻克了重组人BMP-2蛋白、重组人GDF-11/BMP-11蛋白以及重组金属硫蛋白的研发难题。且平台能够根据人体不同部位的特定要求，高效精准地优化重组序列表达，从而增强蛋白的特定功能，满足日益增长的个性化医疗需求。通过与AI的深度融合，重组胶原蛋白技术不仅在设计开发、生产工艺、个性化定制和效果评估等环节得到显著的功能优化和提升。这不仅优化了整个研发生产流程，还推动了医疗领域向更精准化、个性化的方向发展。