美国生物医学类国家实验室建设案例剖析及对我国的启示——以弗雷德里克癌症研究国家实验室为例

王 戬，张薇薇，陶晔璇，李冬凉

(上海交通大学医学院学科规划处，上海 200025)

国家实验室是体现国家意志、实现国家使命、代表国家水平的战略科技力量，是面向国际科技竞争的创新基础平台，是保障国家安全的核心支撑，是突破型、引领型、平台型一体化的大型综合性研究基地［1］。作为国家战略科技力量，国家实验室是抢占国际科研创新制高点的重要载体，对促进我国科技源头创新、提升我国自主创新能力、支撑社会经济发展有着重要作用［2］。2015年，习近平总书记在《关于〈中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议〉的说明》中着重强调要提高我国创新能力，必须夯实自主创新的物质技术基础，加快建设以国家实验室为引领的创新基础平台［3］。2016年发布的《国家“十三五”规划纲要》和《国家创新驱动发展战略纲要》都提出要以国家战略需求为导向，布局一批高水平国家实验室［1］。2019年中央经济工作会议和全国科技工作会议也都明确指出要抓紧布局国家实验室［4］。

我国自2000年开始试点筹建国家实验室［5］。2000年10月，科技部正式批准组建的沈阳材料科学国家（联合）实验室是我国第一个试点合并组建的国家实验室［6］。2003年11月科技部陆续批准筹建北京凝聚态物理国家实验室（筹）等5个国家实验室。2006年12月，科技部又启动了海洋、航空航天、人口与健康、核能、洁净能源、先进制造、量子调控、蛋白质研究、农业和轨道交通等重要领域的10个国家实验室筹建工作。目前，仅青岛海洋科学与技术试点国家实验室于2013年12月正式获得科技部批复，2015年6月正式建成运行，是我国目前唯一官方认可的准国家实验室［1］。2017年11月，筹建多年的北京凝聚态物理国家实验室（筹）等6个国家实验室转而获批组建国家研究中心［7］，其余“筹”字号的国家实验室仍在等待转正。在我国如何有效建设国家实验室的问题仍处于探索阶段，其建设思路、运行机制、支持方式、归口管理部门或机构等方面的制度设计仍在进行中，这也成为了我国国家实验室战略部署与实施中急需解决的核心问题。

美国从20世纪上半期开始建立国家实验室制度，二战期间以及二战结束之后，相继建立一批以军工、物理、能源、生物技术等为特色的国家实验室，形成了相对完善和成熟的国家实验室体系［8］。对美国的国家实验室开展剖析和研究对我国的国家实验室建设具有重要意义。弗雷德里克癌症研究国家实验室（以下简称弗雷德里克国家实验室）是全美唯一专注于生物医学研究的国家实验室［9］，该实验室在癌症、艾滋病、新发传染性疾病的快速响应等领域表现卓越。美国《科学家》杂志（The Scientist）将其列为美国研究机构的“十大最佳工作地点”。美国ASCO邮报（The ASCO Post）于2019年3月发表的《和平的转变：弗雷德里克国家实验室的起源》一文评价“弗雷德里克国家实验室对癌症科学家和临床医生来说是一个圣迹”［10］。因此，本文以弗雷德里克国家实验室为研究对象，对其发展经验进行剖析，为我国生物医学类国家实验室建设提供参考借鉴。

1 弗雷德里克国家实验室的基本情况

弗雷德里克国家实验室隶属于卫生与公众服务部的国立卫生研究院的国家癌症研究所。该实验室是全美唯一一家完全专注于生物医学研究的国家实验室［9］，被赋予满足国家最迫切的生物医学研究需求的国家使命。国立卫生研究院将其定位为一个独特的生物医学国家资源。实验室位于美国马里兰州的弗雷德里克，约有2 000名雇员。1972年，弗雷德里克国家实验室的前身弗雷德里克癌症研究与发展中心成立。此时，该中心已成为国际公认的癌症和艾滋病研究卓越科学中心。1975年，美国国家科学基金会通知美国卫生与公众服务部，弗雷德里克癌症研究与发展中心满足联邦政府资助的研发中心的标准，并指定其为联邦政府资助的研发中心之一。2012年，该机构被命名为弗雷德里克癌症研究国家实验室，正式将其指定为联邦国家实验室，进一步强化提升了其国家使命。

2 弗雷德里克国家实验室的运营模式与组织架构

美国政府对国家实验室的运营管理模式大多为政府所有，合同管理模式（Government-Owned and Contractor-Operated，GOCO模式）。实验室的设施由联邦政府所有，政府通过合同的方式委托大学、非盈利机构或者企业来负责实验室的运营管理。此模式是由“国会-资助单位-运营单位（国家实验室管理实体）-国家实验室”四个层次构成的决策管理体系［11］。国会作为国家实验室的最高决策机构，负责国家实验室的设立与终止、预算审批和外部评估等关键管理环节；联邦部门为国家实验室的主要资助单位，决定国家实验室的研究领域和方向，国家实验室需按照资助单位的要求执行研发任务，资助单位通过驻地办公室对国家实验室运行中存在的风险和绩效进行评估，并根据评估结果确定国家实验室的绩效收入和补贴。运营单位与资助单位签订长期合同（通常为5年），具体负责国家实验室的日常管理［11］。

弗雷德里克国家实验室同样采用政府所有，合同管理的运营管理模式。国立卫生研究院通过合同的方式委托雷多斯生物医学研究公司对其进行运营管理［12］。实验室内部设有主任办公室，实验室主任同时也是雷多斯生物医学研究公司总裁。主任办公室下设三个部门：科学技术部门、临床研究部门及运营与财务部门。三个部门分别由雷多斯生物医学研究公司的三个主要人员在运营与技术转移（OTS）合同范围内对其进行负责。三大部门主管需向实验室主任汇报。三大部门的15个组/办公室相互配合协作，共同完成实验室国家使命的执行和对联邦客户的支持。图1为弗雷德里克国家实验室的组织架构图。

图1 弗雷德里克国家实验室的组织架构

3 弗雷德里克国家实验室的研究领域及核心科研能力

根据实验室开展的科学研究所涉及的领域可将美国的国家实验室分为单领域实验室与多领域实验室［13］。弗雷德里克国家实验室是全美唯一一个完全专注于生物医学科学研究、技术和合作的美国国家实验室，因此属于单领域实验室。该实验室在癌症和艾滋病方面开展基础、转化和临床前研究与开发。科学家们进行基础的、假设驱动的研究和跨领域的合作研究，研究覆盖了包括疾病生物标志物鉴定和验证，蛋白质组学，下一代临床前试验开发，以肿瘤学为重点的计算科学，为首次人体研究生产临床级生物制药，纳米技术在治疗和诊断方面的应用，临床前模型开发、验证和测试等生物医学学科的前沿领域。目前，弗雷德里克国家实验室承担着“医学加速治疗计划”“RAS倡议”和“癌症登月计划”等美国国家重大科研项目。实验室通过两个cGMP（动态药品生产管理规范）生产项目，生产了近80批21种新型生物制药产品和疫苗。此外，实验室还在美国和海外开展着300多项人体临床实验，以测试癌症、艾滋病和传染病的创新治疗方法。

美国ASCO邮报（The ASCO Post）发表于2019年3月的《和平的转变：弗雷德里克国家实验室的起源》一文列举了该实验室的一些重大成就记录［10］：20世纪80年代，其在保护美国国家血液供应免受艾滋病病毒污染的工作中发挥了重要作用。随后，该实验室在一种治疗儿童恶性肿瘤神经母细胞瘤的新药——达妥昔单抗的研发和临床实践改变方面也发挥了关键作用。近年来，该实验室与美国国家过敏与传染病研究所合作，迅速对埃博拉和寨卡疫情做出反应，提供了急需的候选疫苗和临床试验支持。此外，世界卫生组织授权该实验室的血清学实验室建立了衡量人类乳头状瘤病毒（HPV）疫苗的免疫反应的全球标准，这些标准将用于帮助现有和新的制造商开发HPV疫苗，缓解目前世界范围内的HPV疫苗短缺现状并降低疫苗剂量的成本，从而预防宫颈癌和其他一些癌症。

4 弗雷德里克国家实验室的研发经费来源及收支情况

美国国家实验室的研发经费有以下来源：联邦政府、州政府和地方政府、非营利性组织、企业及其他。美国国家实验室的研发经费绝大部分（90%以上）来源于联邦政府［14］。一个国家实验室往往有一个主要资助政府部门，若干次要资助政府部门［14］。弗雷德里克国家实验室的研发经费全部来源于联邦政府（表1）。其中，卫生与公众服务部是其主要资助部门（占所有资助经费的99%以上）（表2）。近五年来，联邦政府对弗雷德里克国家实验室的研发经费支持持续增加（表1）。

表1 2013—2017财年弗雷德里克国家实验室的研发经费支出及来源 单位：千美元

表2 2016—2017财年各联邦机构向弗雷德里克国家实验室提供的研发经费 单位：千美元

美国国家实验室的研发经费支出一般分为基础研究、应用研究和开发研究三大类［12］。弗雷德里克国家实验室的研发经费用于支持基础研究和应用研究，其中，80%以上的研发经费投入到了应用研究（表3）。这也与弗雷德里克国家实验室为癌症研究人员提供了基础研究和临床实践之间的桥梁的功能定位相一致。

表3 2013—2017财年弗雷德里克国家实验室不同类型研发活动经费支出 单位：千美元

5 弗雷德里克国家实验室大型科学设施的开放共享

美国的国家实验室通常拥有若干大型科研基础设施，如劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源，斯坦福加速器国家实验室的直线加速器相干光源，劳伦斯利弗莫国家实验室的国家点火装置等［15］。弗雷德里克国家实验室则是国家冷冻电镜设施的所在地。该设施能够为结构生物学家提供最先进的高分辨率成像技术。弗雷德里克国家实验室配备专业的工作人员操作该设施，向用户提供用于其研究的数据。该设施为用户设施，对外开放，研究人员只需在设施平台网站上注册账号，并提交用于表明用此设施所开展的研究内容与癌症相关的说明材料，经设施管理委员会审核批准后即可使用。

6 弗雷德里克国家实验室的人才培养与社会教育服务

国家实验室不仅承担着开展科研创新的任务，还肩负着培养创新人才的使命。弗雷德里克国家实验室致力于培养未来的癌症研究人员，每年不但提供许多博士后职位，而且提供了涵盖从高中生、研究生、科研工作者、临床医生和医疗保健专业人员等处于不同发展阶段个人的培训项目。实验室为中学到博士后阶段的学生提供广泛的实习机会。各种暑期实习项目为高中生、本科生、研究生提供了在暑期通过实践形式进入实验室进行研究的机会。如：CSBC/PS-ON暑期研究项目，该项目为在跨学科的系统生物学和物理肿瘤学领域等有卓越研究潜力的中学生和高年级本科生提供与教员导师密切合作的机会；Werner H.Kirsten学生实习项目，该项目旨在让高中毕业生接触医疗保健环境中的研究和行政管理，参与该项目中的“科学实习”的学生通过进入实验室进行实践培训，体验生物医学研究的基本方法；而参与项目的“支持科学/研究实习”的学生则被分配到预算、人事、信息技术、图形和媒体等方面的项目中进行实践。实验室还为对生物医学研究感兴趣的大、中、小学生提供科学实践课程，参加初中和高中的STEM（科学、技术、工程和数学）教育项目。

7 弗雷德里克国家实验室的开放合作

弗雷德里克国家实验室是一个共享的国家资源，它提供一系列先进的生物医学技术，提供精选的科学和技术服务，可为生物医学研究人员提供大量的研究资源，包括超过1 500万个生物标本、1 501个小鼠胚胎细胞系、冷冻肿瘤样本、试剂和研究人类癌症的基因工程小鼠模型等。在过去几年中，实验室对内为包括国家癌症研究所在内的国立卫生研究院的28个研究所（中心）提供基础和临床研究服务，对外为国防部、卫生与公众服务部、国家食品及药物管理局、国家疾控中心和农业部等提供先进的技术和专家支持。实验室每年为超过1800名用户提供先进的生物医学计算支持。

实验室设有伙伴关系发展办公室，致力于为实验室内的科学家与政府、学术界、工业界和非营利研究机构的外部研究人员之间建立合作伙伴关系。为了确保合作过程中知识产权等权益明晰，更好地促进合作伙伴关系的形成，实验室还设立了知识产权和战略协议（IP/SA）办公室。该办公室处理所有的专利和版权问题。具体来说，根据OTS合同，实验室所有员工的发明报告都要经IP/SA办公室存档，出版物的版权转让问题也需IP/SA办公室处理。IP/SA办公室还负责监督涉及访问学者和客座研究员项目的知识产权问题。此外，IP/SA办公室还拟定了从交换材料的基本材料转让协议到更为复杂的合作研究和发展协议等一系列可供选择的合同协议，包括但不限于以下类型：保密协议、材料转让协议（进料）、物料转移协议、科研合作协议、合作协议（谅解备忘录等）、测试/评估协议、承包商合作研究与开发协议、许可协议等。所有的战略协议都需要政府批准，要求预期的活动或外部合作必须与实验室的使命相一致，并且政府资源可以适当地用于与第三方实体一起参与活动。

8 对我国生物医学类国家实验室建设的启示

通过对弗雷德里克国家实验室的基本情况、隶属机构、运营模式、研究领域、研发经费收支情况、大型科研设施开放共享、人才培养和社会教育服务、开放合作等方面进行剖析，有助于我们对美国的生物医学类国家实验室的了解和认识，更为重要的是窥见了其建设发展模式，启发我们对推进我国生物医学类国家实验室建设进行思考。

8.1 尝试“先建后选”的国家实验室设立方式

纵观弗雷德里克国家实验室的发展历程，其由1972年成立的弗雷德里克癌症研究与发展中心，到1975年满足联邦政府资助的研发中心的标准，被指定为联邦政府资助的研发中心之一，再到2012年被命名为弗雷德里克国家实验室，正式指定其为联邦国家实验室。弗雷德里克国家实验室在建立之初并不是直接以国家实验室的形式设立的，而是在其建立后的发展过程中，其自身实力满足国家实验室的标准之后才被选定为国家实验室的。这是一种“先建后选”的国家实验室建设模式。目前，我国在建的国家实验室多采取的是在建立之初就选定其为国家实验室或试点国家实验室对其进行建设的“先选后建”模式。相对于弗雷德里克国家实验室的“先建后选”，一方面“先选后建”可能存在建设失败后浪费国家资源的风险，另一方面被预先确立为国家实验室进行建设的实验室可能会因缺少竞争导致自身建设发展动力不足。因此，在我国建设国家实验室的过程中，不妨尝试“先建后选”模式。

8.2 探索所有权与运行权相分离的委托代管管理机制

大多数的美国国家实验室采用政府所有、合同管理的运营模式，所有权与运营权相分离，管理机制相对灵活。政府通过与运营单位签订合同的方式来规范和保证国家实验室的运营和发展。根据联邦采购条例，资助单位决定国家实验室的研究方向和领域，国家实验室要依照资助单位的特殊要求或章程来执行研发任务。运营单位负责国家实验室的日常管理［14］。弗雷德里克国家实验室由卫生与公众服务部委托雷多斯生物医学研究公司对其进行运营管理。这种专业的科技企业管理经验丰富，独立于各利益相关方，企业化运行可以实现高效的管理。这或许是一种我们可以借鉴的运行管理模式，结合我国当前正在进行的医院、高校的事业单位改革，试点打造几家类似的生物医学类专业的科技管理服务公司，竞争性引入到生物医学类国家实验室的管理中，积累经验，逐步推开。

8.3 加强与产业衔接，重视应用研究

弗雷德里克国家实验室以应用研究见长。实验室瞄准人类健康需求，紧密对接生物医药产业，针对癌症、艾滋病和重大传染性疾病的预防和治疗研发生产了一批新型生物药和疫苗。在我国生物医学类国家实验室建设过程中，如何突出研究特点、研究与产业如何结合将是我们重点考虑的问题之一。

国家实验室面向国家重大战略需求和重点行业发展需要的战略定位，客观上要求国家实验室不仅局限于进行基础研究，发表高质量的学术论文，而且需要注重与产业需求和实际应用接轨，将国家实验室的科研领先优势有效转化为经济增长。目前我国的实验室在与产业对接开展应用研究，真正成为经济、社会和行业发展的引擎方面普遍存在短板。因此，国家在谋划布局国家实验室建设时，建议在满足国家战略需求的前沿基础研究领域进行布局的同时，错位布局一些兼具前沿基础研究与应用研究为目标任务导向的国家实验室。在对国家实验室进行绩效考核时，不妨将实验室科研成果解决产业实际问题和产业满意度列为一项重要评价指标，以引导国家实验室自身主动与产业对接，加强应用研究为产业服务，真正实现国家实验室为建设世界科技强国和现代化经济体系提供重要支撑的战略任务。

8.4 建立稳定的经费支持机制

分析弗雷德里克国家实验室的经费来源与构成能够看出，其经费全部来自联邦政府拨款。弗雷德里克国家实验室能够长期承担国家的重大战略性科研项目，政府的长期稳定经费支持是其必须的保障。国家实验室以国家利益为重，为国家的战略目标服务，承担着与国家科技战略相关的基础性与应用性研究［16］。生物医学类研究通常具有研究周期长、成效慢、耗资大等特点，需要大量长期稳定的经费支持。因此，建设生物医学类国家实验室有必要出台针对其专项经费支持与管理的规章制度，从制度上保障对医疗健康类战略性基础研究、应用研究的持续稳定支持。

8.5 大型科研基础设施的开放共享

美国的国家实验室内通常会有一个或者多个特有的大型科研装置，为科学研究提供了其他科研机构不能提供的实验条件［13］，如弗雷德里克国家实验室的国家冷冻电镜设施能够为结构生物学家提供最先进的高分辨率成像技术。这些大型科研设施对外开放，实验室以外的用户也可以使用国家实验室的科研装置和设备进行科学研究，高度的开放共享，提高了设备的利用率，避免了重复建设，同时促进了实验室与外部科研机构的交流合作，提高实验室的声誉。在我国，大科学装置的开放共享是实验室建设遇到的突出问题之一，无论是高校、国家科研机构，还是企业，大型科学装置的开放共享远远不够，缺乏资源共享通道［15］。张小蒙等［17］对30个国家重点实验室进行研究，发现大部分实验室实现了仪器设备共享，但是共享范围较小，仅在本校内或者其他相关兄弟院校及科研机构内共享使用，30个样本实验室中仅有5个实验室的仪器设备共享程度较高。我国在建设生物医学类国家实验室时，可以探索建立大设施联盟，形成大型基础科研设施开放共享平台，面向国内外用户开放。

8.6 良好的信息公开，有利于实验室透明化发展

弗雷德里克国家实验室的信息公开较为全面详细，有利于外部了解其运行状况。美国科学基金委每年都会公布包括弗雷德里克国家实验室在内的国家实验室的财务年报，国内外均可查看。对其科研经费的披露，不仅使得实验室内部运行更加透明，而且有利于外界的审查和监督。弗雷德里克国家实验室在其官方网站上对其科学研究、仪器平台、人员招聘和福利待遇等进行介绍，适度公开，不但有利于外部对其进行了解，开展科研合作，而且也有利于吸引更多优秀人才加盟。这也是值得我们借鉴的。

8.7 加强国家实验室的人才培养与社会教育服务功能

21世纪高科技的竞争，归根结底是人才的竞争。人才无论对于国家实验室自身还是国家经济发展和综合竞争力提升都至关重要。国家实验室是知识、技术和人才高度密集之地，应充分利用好这笔资源，发挥其人才培养和社会服务的功能。目前，我国的高校、国家科研机构等只注重培养已经在培养体制之内的学生，缺乏对尚处于中小学阶段的下一代对科研创新兴趣的引导和培养［11］。弗雷德里克国家实验室注重对生物医学感兴趣的中小学生的教育和培养值得我们借鉴。今后我们在建设国家实验室时（不仅限于生物医学类国家实验室）应将其对下一代的教育引导，培养科研创新新生力量、后备人才作为必然之责。

8.8 搭建国家实验室开放合作的保障体系

国家实验室作为代表国家最高水平的科学研究平台，是许多国内外合作与交流项目的依托平台。国内外开放合作可以促进共享和交流，加快重大科研项目的开展，提高作为国家资源的国家实验室的利用率。为了更好地履行推动科技进步，保障经济社会发展，服务社会的职责，国家实验室需保持开放合作的姿态。以往的实验室开放合作中，存在着缺乏完善的开放合作管理制度，客座科研人员管理困难，研究成果管理和知识产权保护方面存在难题等［18］。针对这些情况，国家实验室今后的开放合作工程中，应该加强制度建设，健全和规范开放合作管理，搭建国家实验室开放合作的保障体系。弗雷德里克国家实验室的一些做法值得我们借鉴，如该实验室设有伙伴关系发展办公室来促成和管理外部合作；同时还设立了知识产权和战略协议（IP/SA）办公室，通过拟定各种类型的合作协议确保开放合作过程中知识产权问题得到保护，该办公室还负责监督涉及访问学者和客座研究员项目的知识产权问题。

弗雷德里克国家实验室，是国际公认的生物医学领域卓越科研机构。他山之石，可以攻玉。其运营模式、研发经费保障、大型科研设施开放共享、人才培养和社会教育服务、开放合作等方面都能够为我国建设生物医学类国家实验室提供借鉴和启发。未来，我国生物医学类国家实验室的建设会在边借鉴、边实践、边改良中，探索出一条符合我国国情的道路。