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P3实验室建设的背后:需求、成本和热潮

   日期:2020-07-06     来源:经济观察报    浏览:1122    
核心提示:2020年1月3日,上海市公共卫生临床中心(以下简称上海公卫)收到武汉市中心医院一名不明原因发热肺炎病人呼吸道样本。1月5日凌晨
 2020年1月3日,上海市公共卫生临床中心(以下简称“上海公卫”)收到武汉市中心医院一名不明原因发热肺炎病人呼吸道样本。1月5日凌晨,该病毒全基因组序列测出,病原学报告出炉。

上海公卫P3实验室主任宋志刚回忆,整个测序过程用时不到40个小时,当时,上海公卫的P2实验室正好在改造,P3空着,团队就用P3实验室做了当时还是未知病毒的病原学分析,“刚好歪打正着,在P2里面做的话,风险还是比较高的,因为新冠病毒的感染性很强”。

宋志刚说的P2、P3是指生物安全实验室的等级。国际上将生物安全实验室分为P1、P2、P3和P4四个等级,P是指防护级别(Protection level)。从P1到P4,防护级别从低到高,实验室所承担工作的安全等级也相应地从低到高。

P3实验室是防护实验室,适用于处理对人体、动植物或环境具有高度危害性,通过直接接触或气溶胶使人传染上严重疾病甚至致命的病毒,如SARS、H7N9、MERS等。

根据规定,新冠病毒的保存、研究都需要在P3实验室进行。经济观察报了解到,国内现有的P3实验室数量在40-60个,无法满足新冠病毒发病机制研究、新冠疫苗开发、新冠药物筛选等科研需求,许多科研项目都在排队。也因此,一批P3实验室项目正在上马的路上。

需求

南京大学生命科学学院院长、教授张辰宇的研究方向是微小RNA的抗病毒作用。他告诉经济观察报,疫情期间他有两项研究需要用到P3实验室,一个跟重症患者的指标相关,需要从患者的血清样本中提取RNA,另一个是直接抑制病毒的实验。

但南京大学没有P3实验室,张辰宇打电话给江苏省疾控中心P3实验室,这是江苏省两个P3实验室之一,得到的回复是排不上队。他又联系一位在抗疫一线的院士,院士让他联系自己的学生,但情况还是一样,排不上队。最后张辰宇找了武汉P4实验室的一个朋友,做了研究,不过这中间已经隔了一段时间,新冠病毒的科研应该紧急攻关,张辰宇感到遗憾和无奈。

事实上,张辰宇和他的团队对P3实验室早有需求,早在十几年前,南京大学要建仙林校区时,张辰宇就提出生命科学学院大楼里面应该有P3实验室,但没有得到各方的同意。2017年,他在接受采访时说,因为没有P3、P4,做不了实验,只能到外面的实验室去排队,一排就是两三年,非常受限。

国内另一所知名高校免疫研究人士也有类似的感受。感染免疫是这位专家的研究方向之一,在他看来,高校中微生物学、免疫学和感染病学都会有一些项目需要用到P3实验室,但国内高校中只有复旦大学、武汉大学、中山大学、华南农业大学等少数几所拥有P3实验室。他曾经接到一份禽流感样本,但是因为不具备实验条件,最后放弃了样本。

有些高校会选择借用医院、疾控的P3。上海公卫的P3实验室,长期对全国的科研单位开放,除了上海的医院、高校,曾有江苏、温州、西安等省市的科研团队来做过实验。

如果外部科研单位有需求,可以向上海公卫的生物安全委员会提出实验项目申请,委员会会对项目的活动风险进行评估,衡量实验室有没有能力来承担和规避这些风险的发生,同时兼顾已有的实验时间安排,如果评估通过就可以开展。

多位业内受访人士估计,中国目前的P3实验室数量在40-60家,基本上分属卫生系统、农业系统和海关系统管理。其中,疾控体系的P3实验室多数利用率不高,更多是用于应急而不是科研。而国内科研水平排在前列的高校,又因缺乏P3实验室而无法开展一些科研项目。

以新冠病毒为例,P2实验室只能检测新冠病毒的核酸片段,如果要分离、培养新冠病毒,需要有P3。具体来说,研究新冠病毒的致病机制、研发新冠疫苗、看一个药是否对新冠病毒有用、病毒溯源、病毒的毒力研究等,都需要用到P3,显然现有的P3实验室数量无法满足紧急的科研需求。

成本

2003年的SARS之后,国内新建了一批P3实验室,上海公卫的P3实验室就属于其中之一,2004年开始建设,1年后建成,2008年奥运会期间投入使用,面积有800多平方米。

P3实验室的建设成本和维护成本都很高。宋志刚说,当年的建设成本比现在低,大约2万-3万元/平方米。

关于运行和维护成本,他算了一笔账:实验室的全新风系统包括初效、中效和高效三套系统,每套系统都有几十个过滤器,高效两三年换一次过滤器,需要几十万;初效、中效半个月或一两个月更换一次,也得几十万。平均下来,光是全新风系统和自控系统的维修和维护一年需要花费近100万元。

此外,电源两三年换一次五六十万元,摊下来一年30万左右。高压灭菌器、送排风HEPA、生物安全柜、实验室密闭性等校验费,每项都在1000元-3000元之间,实验室有十几台生物安全柜,几十个HEPA,再加上其他仪器,都需要年检,每年的校验费三四十万。防护服、N95口罩、帽子、手套、正压头盔一套算下来,一个人进去一次需要150-200元……

江苏省疾控中心P3实验室规模相比上海公卫小一些,面积大概180多平方米,核心区约25平方米。江苏省预防医学会会长、原江苏省疾控中心主任汪华回忆,江苏省疾控中心的P3在2004年建成,整个实验室的建设成本大概380多万元,每年的维持费用在50万-80万元。

2004年,江苏省疾控中心的P3实验室就进行了SARS病原的研究,后来国家规定所有的SARS标本必须送到北京,工作就停掉了。在这之后,实验室没有再遇到高致病性病原引起的病情,平时大部分时间空置,偶尔用于结核病病原、艾滋病病原的研究。

虽然大部分时间没有任务,但是如果长期不运行,仪器和通风系统会出问题,所以每天都要有人开关机。汪华说,“没有样品也要开要关,每天都要运转”,所以运转成本很高。

除了必要的维修维保,上海公卫P3实验室每年运行天数超过250天,这在国内的P3实验室中利用率很高。

宋志刚说,上海公卫的P3实验室有4个核心工作间,因为既要做科研,又要做应急,所以需要保证任何情况下有1个核心工作间可以应急,其他3个核心工作间则几乎每天都在运行。“本身我们中心内部每年就有2个亿经费的科研项目,再加上外单位的项目,科研任务非常多,要一个一个排队进去做实验,而且一个实验项目一旦进来,通常都需要几个月连续运行。相对来说是国内运行效率比较高的实验室,有些实验室可能一年也开不了两三次。”

热潮

5月20日,国家发改委、国家卫健委、国家中医药管理局联合发布《公共卫生防控救治能力建设方案》,提出全面改善疾控机构设施设备条件,实现每个省至少有一个达到生物安全三级(P3)水平的实验室,每个地级市至少有一个达到生物安全二级(P2)水平的实验室,具备传染病病原体、健康危害因素和国家卫生标准实施所需的检验检测能力。

四五月疫情向好,多地已经将P3的建设提上日程。

广东省科技厅原厅长、韶关市市长王瑞军在今年两会期间透露,广东省已在推进制定《广东省生物安全实验室体系建设方案(2020-2025)》,广东省要规划新建大约20个P3实验室,改扩建已有的8个P3实验室,“希望三年内我们能够解决基本的P3实验室的需求,在5年内至少建成一个P4实验室”。

王瑞军同时表示,美国有近1500个P3实验室,几乎只要是医疗机构或医学院都有设置。相比较而言,中国缺乏高等级生物安全实验室,短板突出。

也是在全国“两会”期间,全国人大代表、四川大学华西医院院长李为民说,四川将建两个P3实验室,有望在一年内建成并投入使用。

5月,北京市疫情防控新闻发布会上,北京市卫健委主任雷海潮表示,北京尚没有一所P3实验室,未来将加强P3实验室建设。

福建省福州市也在5月公布即将建设新的市疾控中心,因旧址仅设置P2实验室,无法满足国家公共卫生应急防控体系提升建设的要求,新的大楼将设P3实验室。

疫情的中心地武汉也在加快行动。4月,湖北省发改委官网批复了华中科技大学实施应急防控P3实验室及检测中心建设项目,算上A2及A3实验室、P2及P3实验室、应急生物样本库、传染病研究室、生化检测研究中心等建设内容,该项目估算总投资近17亿元。

跟美国拥有近1500个P3实验室比较,国内的P3实验室数量看上去有点“相形见绌”。

宋志刚的研究方向是病原微生物的鉴定,他认为中美P3实验室数量差别很大的一个原因是,中国P3实验室的建设标准比美国高很多,按照国内的标准,美国的P3只相当于中国的P2+,但就算是这样,国内的生物安全实验室跟美国比仍然有差距,“我们国家这么大,人口有这么多,传染病每年都或大或小发生,每个省一个P3实际上是有必要的。但是建设目的和建设地点要斟酌一下,不能想建哪就建哪。如果利用率很差,运行成本和维护成本又很高,不能够起到应有的作用,也是很大的浪费。”

汪华观察到,江苏省内最近想申请P3的机构很多,都想新建,或者在现有的基础上改建、扩建。他认为P3的建设不能单纯跟美国的数字比较,要看整体的工作水平和工作能力,现在也有很多地方提出来要建P4实验室,国家应该从整体上进行规划,各个省也要看自己的情况。比如江苏,药企多,开发生物制剂、诊断试剂的企业非常多,广东情况也同样,可以多建。

“P3也有分类,有的是细胞水平的,有的可以做小动物实验,要有完整的评估。”汪华说,就算地方政府愿意支持,但是现在一个P3的建造成本普遍达到1200万-1500万元,需要有统一的规划,“它不是赶时髦”。

张辰宇想要的P3实验室也有了着落,2019年1月,南京大学与江北新区合作共建南京大学人工智能生物医药技术研究院,研究院包含了P3实验室的大楼在今年5月动工。原本计划在2020年底竣工,疫情耽搁了时间,张宇辰说可能要到2021年完工。他还在等待。

 
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