心脏组织工程领域全球专利竞争态势分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.3019

中国组织工程研究 ›› 2021, Vol. 25 ›› Issue (5): 807-812.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.3019

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心脏组织工程领域全球专利竞争态势分析

徐东紫，张婷，欧阳昭连

中国医学科学院/北京协和医学院医学信息研究所/图书馆，北京市 100020

收稿日期:2020-01-16 修回日期:2020-01-18 接受日期:2020-03-20 出版日期:2021-02-18 发布日期:2020-12-01
作者简介:徐东紫，女，1991年生，山东省临沂市人，汉族，2014年北京交通大学毕业，硕士，研究实习员，主要从事医疗器械情报咨询研究。
基金资助:
国家重点研究发展计划项目(2016YFC0104805)

The global competitive situation of cardiac tissue engineering based on patent analysis

Xu Dongzi, Zhang Ting, Ouyang Zhaolian

Institute of Medical Information/Medical Library, CAMS & PUMC, Beijing 100020, China

Received:2020-01-16 Revised:2020-01-18 Accepted:2020-03-20 Online:2021-02-18 Published:2020-12-01
About author:Xu Dongzi, Master, Research assistant, Institute of Medical Information/Medical Library, CAMS & PUMC, Beijing 100020, China
Supported by:
the National Key Research and Development Program of China, No. 2016YFC0104805

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
心脏组织工程：是通过将生物学、材料学、工程学等方法相结合用以修复及再造心脏的组织工程方法。心脏组织工程针对心血管疾病的治疗做了很多探索，如人工心脏、心脏补片、人工瓣膜、可注射化材料等。
专利分析：是研究某技术领域发展情况和态势最有效且最准确的方法。通过对全球范围内的专利数据进行科学统计和深入分析，来反映该领域技术发展的趋势特点、发展态势和重要的研发力量，从而为各机构提供决策参考。

背景：组织工程是修复或替代器官功能衰竭或组织缺损的最佳途径，且发展非常迅速。随着心血管疾病已成为危害人类健康的最危险因素之一，心脏组织工程的研究亦取得了巨大进展。
目的：对心脏组织工程领域的全球专利进行分析，揭示全球技术竞争态势，为中国心脏组织工程的发展与创新提供借鉴和参考。
方法：对心脏组织工程领域近20年的全球专利申请与授权趋势、专利技术发源地、专利受理国家/地区分布、申请机构、发明人和热点技术领域进行定性分析和定量分析，并用数据可视化的方式呈现全球心脏组织工程的技术开发现状与趋势和中国的发展现状。
结果与结论：①全球心脏组织工程领域的技术发展较快，创新性强，发明专利占比93.91%；②中国心脏组织工程领域技术开发规模不及美国，但增速远超美国，并积累了一定数量的高质量技术成果，成为全球第二大技术发源地；③美国是心脏组织工程领域最受关注的目标市场，中国市场目前排名第4位，且中国心脏组织工程近几年来发展迅速，增速远超美国；④中国有3家机构的技术开发规模跻身世界前列，但缺乏潜在市场价值较高的技术成果，与美国还有一定差距；⑤中国发明人在该领域已取得一定成果，主要分布在企业；⑥该领域科技创新的主要领域为心脏瓣膜被覆材料和细胞支架；⑦通过对心脏组织工程领域专利进行深入全面分析，可以发现全球心脏组织工程领域开发活跃，创新性强，但普遍缺乏高质量成果，美国为该领域最受关注的目标市场和最主要的技术发源地。中国在该领域处于快速发展的阶段，企业和高校还应加强合作，聚焦研究热点，提高技术竞争力。
https://orcid.org/0000-0001-5611-6238 (徐东紫)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 心脏组织工程, 竞争态势, 专利分析, 专利计量

Abstract: BACKGROUND: Tissue engineering is the best way to repair or replace organ failure or tissue defects. From the theoretical point of view to the research in many fields, tissue engineering has developed very rapidly. As cardiovascular disease has become one of the most dangerous factors that endanger human health, research on cardiac tissue engineering has made tremendous progress.
OBJECTIVE: To provide advices and references for the development and innovation of cardiac tissue engineering based on patent analysis in the field of cardiac tissue engineering that reveals the global competitive situation of cardiac tissue engineering.
METHODS: We qualitatively and quantitatively analyze the number and development tendency, technology birthplaces, target markets, applicants, inventors and technical fields of patents in the field of liver tissue engineering in nearly 20 years. The data visualization method is used to present the current status and tendency of global cardiac tissue engineering technology development and China's development status.
RESULTS AND CONCLUSION: The technology for cardiac tissue engineering has been evolved rapidly and highly innovative, with invention patents accounting for 93.91%. The scale of technological development in the field of cardiac tissue engineering in China is not expanded as large as that in the United States, but the growth rate is far faster than that in the United States, and it has accumulated a certain number of high-quality technological achievements, becoming the second largest source of technology in the world. The United States is the most concerned target market in the field of cardiac tissue engineering, and the Chinese market currently ranks fourth. Chinese cardiac tissue engineering has developed rapidly in recent years, growing much faster than that in the United States. There are three institutions in China that has mounted to the front of the world in terms of technology development. Due to a lack of technological achievements with high potential market value, there is still a certain gap between China and the United States. Chinese inventors have achieved certain results in this field, mainly in enterprises. The main fields of technological innovation in this field are heart valve covering materials and cell scaffolds. Through an in-depth and comprehensive analysis of patents in the field of cardiac tissue engineering, it can be found that the global development of cardiac tissue engineering is active and innovative, but generally lacks high-quality results. The United States is the most concerned target market in this field and the most important technology birthplace, whereas China is at a stage of rapid development in this field. In order to improve technological competitiveness, enterprises and universities should strengthen cooperation and focus on research hot spots.

Key words: cardiac tissue engineering, competitive situation, patent analysis, patentometrics

中图分类号:

徐东紫, 张婷, 欧阳昭连. 心脏组织工程领域全球专利竞争态势分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(5): 807-812.

Xu Dongzi, Zhang Ting, Ouyang Zhaolian. The global competitive situation of cardiac tissue engineering based on patent analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2021, 25(5): 807-812.

图/表（结果） 11

2.1 全球专利申请与授权趋势
2.1.1 全球专利申请量心脏组织工程领域全球共有专利申请4 683件，有1 675组简单同族。简单同族专利是基于同一优先权文件，在不同国家/地区多次申请、公布或授权的一组专利文献[19]。一般来说，一项专利的技术含量越高，国际市场前景越大，申请人除了倾向于在除本国申请专利保护外，也会在国外或其他地区同时递交专利申请，因此发展成一定专利数量的同族专利[20]，因此简单同族专利数侧重反应该专利技术质量，也从一定程度上反映该专利技术的地域保护范围大小[21]。
全球近20年的专利数量年度分布如图1所示，近20年心脏组织工程领域专利申请呈现逐年增长的趋势，1999年专利申请13组，2015年达到峰值141组，近10年复合增长率为2.14%。从总体趋势看，从1999至2008年该领域专利技术申请呈快速增长态势，说明该领域在这一时期处于发展期，而从2009年开始出现了一个明显的回落，直到2013年才开始逐渐回升。

2.1.2 全球三方专利申请量三方专利是经济合作与发展组织关于创新与技术指标中的重要统计指标，是指来自于欧洲专利局、日本专利局、美国专利与商标局保护同一发明的一组专利[22]。心脏组织工程领域共有三方专利52组，仅为该领域全球专利申请量的3.10%。全球近20年的三方专利数量年度分布如图2所示，近20年心脏组织工程领域三方专利数量都在10组以下。三方专利申请呈现断续状态，说明该领域高市场价值的专利数量较少。

2.1.3 全球发明专利申请量心脏组织工程领域全球共有发明专利申请3 712件，有1 573组简单同族，为该领域全球专利申请量的93.91%。全球近20年的专利数量年度分布如图3所示，近20年心脏组织工程领域发明专利申请与所有专利申请的趋势基本相同，总体呈增长趋势，近10年复合增长率为2.71%。

2.1.4 全球发明专利授权量心脏组织工程领域全球共有授权发明专利975件，有500组简单同族专利。全球近20年的专利数量年度分布如图4所示，近20年心脏组织工程领域授权发明专利数量基本呈稳步增长趋势。从授权发明趋势可以发现，从2010年开始，授权发明数量开始较大幅增长，说明该领域的技术突破已经开始，各个方面的突破技术在逐渐出现，后期可以对该领域进行持续关注。

2.2 专利技术发源地心脏组织工程领域专利数量排名前10位的技术发源地如图5所示。美国排名第一，专利数量844组，是心脏组织工程领域最主要的技术发源地。中国位于第二位，专利数量有275组。其他国家的专利数量均不足50组。由此可见，心脏组织工程领域最主要的技术发源地是美国和中国。

中国和美国是心脏组织工程领域主要专利技术发源地，这两个国家近20年的专利申请量的年度分布情况如图6所示。美国是该领域全球第一大专利技术发源地，2014年的专利申请数量达到峰值63组，近10年复合增长率为-4.14%；中国是全球第二大专利技术发源地，2014年开始快速增长，于2016年达到峰值48组，近10年复合增长率为23.85%，与美国相比增速较快，具有很大的发展潜力。

2.3 专利受理国家/地区分布专利受理国家/地区为专利产品的销售地，专利受理国家/地区的布局可以反映出专利的技术保护全球专利策略和一个领域的目标市场的分布情况[21，23-24]。心脏组织工程领域排名前9位的专利技术目标市场如图7所示。美国受理专利1 003组，全球专利布局数量最多，排在第一位，是全球最受关注的目标市场。世界知识产权组织受理专利735组，排在第二位，说明各国都在争夺国际市场。欧洲专利局受理专利558组，排在第三位，也是主要目标市场。中国受理专利442组，排在第四位，也是全球重要的目标市场。其他目标市场的专利数量分别是：澳大利亚(229组)、加拿大(226组)、新加坡(98组)、印度(80组)、日本(63组)。心脏组织工程领域的主要目标市场以美国、国际市场为主，此外，欧洲市场和中国市场也是各国重点关注的目标市场。

美国是全球心脏组织工程领域最受关注的目标市场，中国市场目前排名第四。近20年的专利申请数量年度分布情况如图8所示。美国近10年复合增长率3.81%，在2014达到峰值104组，近几年每年的专利申请数量基本维持在80件左右，发展较为平稳。中国发展趋于平稳，近10年复合增长率12.27%，专利数量从2013年开始呈明显上升趋势，由2013年的15组，增长至2016年的68组，近3年复合增长率41.42%，发展较为迅速。

2.4 专利申请机构心脏组织工程领域专利申请数量排名前20位的专利权机构如图9所示，其中有9家企业，中国的企业和高校占了3家。专利数量排在前3位分别是：美敦力Medtronic(86组)、波士顿科学Boston Scientific(59组)和加州大学(36组)。中国的3家企业和高校分别是：上海纽脉医疗科技有限公司(16组)、清华大学(15组)和浙江大学(12组)，以高校为主。上海纽脉医疗科技有限公司主要研究方向为人工心脏瓣膜，清华大学主要研究方向为复合材料、组织工程和医疗器械领域，浙江大学主要研究方向为复合材料的组织工程支架。

2.5 发明人心脏组织工程领域专利申请数量排名前20位的发明人如表1所示。专利数量最多(31组)的3个发明人均是国外发明人。中国发明人为4位：上海纽脉医疗科技有限公司的虞奇峰(17组)、秦涛(15组)、王海山(12组)，中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所的王常勇(12组)。

2.6 热点技术领域国际专利分类(International Patent Classification，IPC)是现在国际上唯一通用的专利文献分类和检索工具，对全球海量的专利信息的管理和检索具有重要的作用[25-27]。通过 IPC 分类，可以清晰的看出心脏组织工程领域三方专利的技术分布情况，发现该领域科技创新的主要领域为心脏瓣膜被覆材料和细胞支架。
表2是心脏组织工程领域三方专利的重点IPC分类，有11个。其中专利数量最多的技术点是A61F2，专利数量27组，主要涉及皮肤相关的被覆材料，如一件公开号为US20050137688A1 的专利，标题为“可重新定位的心脏瓣膜和方法”，该专利研究了一种经皮置换患者心脏瓣膜的方法。排在第二位是A61L27，专利数量9组，主要涉及假体材料或假体被覆材料，如一件公开号为US20040126405A1 的专利，标题为“用于促进细胞生长的工程支架”，该专利提供了一种三维细胞支架，其包括由多个纤维形成的生物相容性聚合物，所述多个纤维构造形成具有预定形状，预定孔体积分数，预定孔形状和预定形状的非织造三维开孔基质。

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引言

心血管疾病已成为世界范围内死亡的首因。世界卫生组织2017年的数据显示，2016年全球约有1 790万人死于心血管疾病，占全球死亡总数的31%。在中国，随着中国经济的快速发展和人口老龄化及城镇化进程的加速，国民的生活方式发生了显著的变化，中国心血管病的发病人数持续增加，心血管病流行趋势明显[1]。国家心血管病中心组织编撰的《中国心血管病报告2018》指出，中国心血管病现患人数为2.9亿，心血管病造成的死亡率在农村为45.50%，在城市为43.16%，已经成为城乡居民总死亡原因的首位。且心血管病患病率及死亡率仍处于上升阶段，已成为中国重大的公共卫生问题[2]。
组织工程与再生医学近几十年取得快速发展，其蕴含的巨大的科技价值越来越受到重视，并在临床上成功应用[3-4]。从1995年KOH等[5]移植鼠心肌细胞及SHINOKA等[6]构建羊单叶肺动脉瓣成功开始，心脏组织工程研究已经成为组织工程研究领域的焦点，并取得了长足的进步[7]。2002年ZIMMERMAN等[8]用心肌细胞和液态胶原复合的方法在体外再造了能自主收缩的心肌环。2006年军事医学科学院组织工程研究中心首次利用细胞外基质水凝胶复合胚胎干细胞来源的心肌细胞[9]，构建了具有收缩一致性的心肌组织条带。在此基础上，为了更好地模拟心肌的电生理特性，该团队进一步利用导电纳米材料为支架构建了具有电传导特性的工程化心肌组织[10]。2008年OTT等[11]首次采用心脏灌流装置制备出全器官脱细胞心脏支架。2016年RICHARDS等[12]在工程化心肌组织构建时引入硅纳米线，有效提高了基于诱导性多能干细胞来源心肌细胞的工程化心肌组织中细胞间连接的形成，提高了其机械收缩能力，调控工程化组织的跳动规律。MONTGOMERY等[13]研究人员采用了一种柔性的、可记忆的图案化支架材料，可有效保护细胞在注射过程中免受损伤，并有效覆盖损伤部分，提高心肌梗死治疗效果。
专利是反映技术实力的重要指标[14]。根据世界知识产权组织统计，专利信息囊括了全球90%以上的最新技术信息，而且内容详实准确，借助专利信息能够分析某技术领域的发展水平和科技竞争力[15-18]。此次研究对全球专利申请与授权趋势、专利技术发源地、专利受理国家/地区分布、申请机构、发明人和热点技术领域这6个方面进行了深入分析，旨在从专利的角度全面分析心脏组织工程领域全球技术开发现状和趋势，揭示全球技术竞争态势，为中国心脏组织工程领域的技术发展与创新提供一定参考依据。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 资料来源该研究数据资料来源于智慧芽专利数据库，检索从建库截止至2018-12-28。中文检索词为“心脏组织工程；竞争态势；专利分析；专利计量”；英文检索词为“cardiac tissue engineering; competitive situation; patent analysis; patentometrics”。专利数据检索过程中，均对检索结果进行了人工筛选，以确保结果的准确性和完整性。
1.2 检索方法
1.2.1 纳入标准 ①近20年全球专利申请量、全球三方专利申请量和全球发明专利申请量的分析选择1999至2016年的数据；②20年全球发明专利授权量选择1999至2015年的数据。
1.2.2 排除标准 ①由于专利申请到专利公开有18个月的滞后期，2017年和2018年的专利数量公开不全，因此未纳入2017年和2018年的数据；②发明专利自申请到授权需3-5年，因此近20年全球发明专利授权量的分析未纳入2016，2017和2018年的数据。
1.3 分析方法研究采用专利定量分析和定性分析相结合的方法研究心脏组织工程领域的技术开发态势。①专利定量分析：主要是对专利数量进行统计并得出相应结论，统计对象一般是专利分类、专利申请人、申请人所在国家、年份等多种角度，从而很好地预测技术发展趋势、分析技术水平、评估技术研究与发展重点，用量化的形式揭示国家或地区在某一技术领域中的实力；②定性分析：着重于对技术内容的分析，如技术主题、专利国别、专利分类号等方面，从而把握某一技术发展状况[19]。
研究从近20年全球专利申请与授权趋势、专利技术发源地、专利受理国家/地区分布、申请机构、发明人和热点技术领域这6个角度分析全球心脏组织工程技术竞争态势。近20年全球专利申请与授权趋势从全球专利申请量、全球三方专利申请量、全球发明专利申请量和全球发明专利授权量这个4个角度进行分析。

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