生命科学支持产业深度报告1

生命科学支持产业深度报告（报告出品方/作者：兴业证券，徐佳熹、孙媛媛）01生命科学支持产业发展总览1.1生命科学支持产业链简介生命科学支持产业链：

即服务于生命科学研究及其产业化（如生物制药、体外诊断等）的全过程，包括相关仪器设备、耗材及服务，是生命科学行业发展的核心基础设施。以生物制药产业为例：其解决方案覆盖从培养基配制到最终包装的各个环节，产业链条长，产品线众多。随着药物本身从研发向临床试验和商业化不断推进，每个环节的设备、材料的需求也会对应放大。1.2全球市场：头部玩家业务覆盖广泛，已打通行业上下游生命科学支持产业前四大公司Thermo，Danaher、Merck、BD在2020年的营收分别为322亿美元、229亿美元、216亿美元、171亿美元，头部玩家在横纵方向上都已经深入到生物制药和体外诊断的整个市场。横向广泛覆盖：业务涉及设备、原材料、耗材等多种应用领域。纵向端到端渗透：从生物药源头的研发，到工艺开发和最后的生产均能提供相应的服务和产品。1.3中国市场：生物制药与IVD市场规模庞大，增长迅速中国地区生物制药与IVD两大生命科学下游市场在2020年规模接近5000亿人民币，未来增速均在15-20%，远超全球平均水平，市场空间预计在2025年合计超过1万亿。考虑下游/上游双重国产替代因素，上游解决方案市场增速更快，国内企业预期年均增长速度在20-30%以上。生命科学支持产业链产值达百亿，增长迅速根据EMERGENRESEARCH统计，2020年生物药生产相关产业规模约为183亿美元，其中主要分为制药设备、原料和耗材两大部分。根据FrostSullivan测算，2020年中国生物药市场约占全球20%份额，若认为上游生产产业的规模为相同比例，则2020年中国生物药生产相关产业产业规模约为240亿元。根据FrostSullivan测算，2020年，中国生物科研试剂产业市场规模约为160亿元，中国IVD原料市场规模约为100亿元，二者增速均在15%以上。2020年中国生命科学支持产业总规模可达500亿元左右，且在2024年达到约800亿元的市场规模。1.4中国生命科学产业链：起步晚，主要为外资垄断；但市场成长迅速，利润率高，本土企业快速崛起由于行业发展原因，国内目前在供应链上对外依赖程度较高，尤其是高端产品更是以进口为主。国内已有部分企业在单一产品领域崭露头角，预期未来几年将迎来上游国产化的发展大潮。上游解决方案企业盈利能力强，净利率高，目前已有多家企业申报IPO。02生物制药研发阶段：生物试剂2.1生物试剂市场概述生物试剂广泛应用于包括科学研究、高通量测序、体外诊断、医药及疫苗研发和动物检疫等多个领域，因用途广泛，形成的产品品种繁多。生物试剂：主要分为核酸、蛋白和细胞试剂三大类核酸类试剂统计口径较不明确，可能既包含核酸合成的原料类试剂也包含涉及到的酶等实验过程相关试剂。核酸相关酶及蛋白讨论列入后文IVD原料中进行分析。在2019年，蛋白类生物科研试剂市场占中国生物科研试剂总体市场的29.4%，其中抗体占蛋白类生物科研试剂的67.0%，重组蛋白占21.3%，剩余为其他蛋白类生物科研试剂。由此推算，蛋白类试剂规模在2019年达到40亿左右，其中抗体类试剂的市场规模约27亿人民币。抗体类试剂在科研实验和药物研发中属于重要材料抗体试剂是生物医药在基础科研和药物研发中的重要工具，在蛋白定量、蛋白工程化改造、药物药理机理研究等方面应用十分频繁，是一种核心基础科研试剂。基础科研及药物开发中，包括酶联免疫吸附反应（ELISA）、蛋白质印迹法（WesternBlot）、免疫组化、流式细胞技术等常见实验都会用到抗体。抗体试剂本身的质量会直接影响这些实验的结果准确性，从而关系到实验的成功与否，也间接对项目整体的时间和资金成本存在重要影响。重组蛋白试剂：研究单抗的重要试剂重组蛋白是运用基因工程和细胞工程等技术，获得的具有一定功能和活性的蛋白质，是研究单克隆抗体药物的重要试剂之一，在生命科学研究及其产业化的过程中发挥重要的作用。1）在生命科学研究领域，重组蛋白可应用于结构解析、细胞培养、细胞诱导、分化、酶功能性研究、底物、对照品等多个方面。例如，其支持探索大分子生物功能。可以用于探索重组蛋白分子在不同细胞中的生物效应，也可以探索重组蛋白与其他多种蛋白分子的结合情况。2）在工业生产领域，可以用于工业生产的研发、生产和质控阶段。例如帮助企业在药物早期研发中，开发筛选获得具有成药性的候选药物；通过特异性结合检测样本中相应的生物分子，作为工业客户生产所需的部分生物活性材料，经再加工和组合后用于定性或定量检测；通过特异性结合工业企业开发的产品，从而评估产品质量参数。03生物制药生产阶段：质粒/培养基/生物反应器/色谱填料/过滤膜3.1生物制药生产相关市场概述生物药研发和生产涉及环节长，程序复杂，通常以分为工艺上游（生物药的产生阶段）和工艺下游（生物药纯化、制剂和灌装等）两个阶段，其相关的设备、原料和技术特点均有较大区别，因此通常分开讨论。生命药生产上游工艺：质粒、培养基、一次性反应器生物药生产上游工艺：指生物药的产生过程。以单抗为例，一般指从DNA转染到细胞发酵产生抗体的流程，包含了培养基的配制、细胞系及培养工艺开发以及逐步放大至工业生产的步骤。过程主要涉及的原料和耗材有发酵生产用的反应器、为细胞供给营养所需的培养基、DNA转染用的质粒等。3.2质粒：可用于疫苗、基因治疗、CAR-T等人体治疗和细胞基因工程改造质粒是存在于细菌等的细胞质中的一类具有自主复制能力的遗传成分。游离型质粒随着宿主菌染色体复制而复制,并随细胞分裂分离到子代细胞中。质粒可以直接被应用于人体，例如质粒DNA疫苗、基因治疗、免疫增强剂、CAR-T，也可以用于对细胞的基因工程改造生产重组蛋白等生物医药产品。质粒DNA的生产过程主要由质粒DNA的构建、细胞库的建立、发酵生产、细胞溶解、离心收集、过滤提纯和分装出产构成。3.3细胞培养基的发展：从成分未知到所有成分已知细胞培养基的主要成分有水、碳水化合物、无机盐以及微量元素、氨基酸、微生物、脂类和其他成分如生长因子、转运蛋白和牛血清等。细胞培养基经历了缓冲无机盐、天然培养基、有血清培养基、无血清培养基、无动物源性培养基和无蛋白培养基几大阶段；现代培养基的目标是化学成分明确；无外源性污染，无病毒和支原体；方便下游分离纯化；批次之间差异小；价格低廉。此外，干粉技术有利于细胞培养基的长期储存。3.4生物反应器：搅拌式最为常用；一次性反应器和不锈钢反应器并行生物工程中的生物反应器是指用于微生物和细胞体外培养，通过生化反应或生物自身的代谢等来获得各种目标篇产物、药物的装置。动物细胞培养用的生物反应器有多种，对于悬浮细胞培养，一般可使用搅拌反应器、气升式反应器和中空纤维反应器等；对于贴壁细胞培养可用搅拌反应器（微载体/纸片）、中空纤维反应器等。其中搅拌式反应器的应用最为广泛，通过搅拌器的作用使细胞和养分在培养液中均匀分布，使养分充分被细胞利用，并增大气液接触面，有利于氧的传递。按照材质来分，可以分为不锈钢生物反应器和一次性生物反应器，在疫苗、抗体、重组蛋白、细胞治疗的生产中，不锈钢反应器和一次性生物反应器均有其使用空间。04生物制药服务：生物安全检测/动物模型及评价服务/CXO4.1生物安全检测、细胞检定病毒灭活检测：生物制品由于原辅材料来源于微生物、细胞、动物或人源的组织和体液等生物体，具有潜在内外源病毒污染的风险。因此国内外的相关法规要求，生物制品在生产过程中应包含至少一步或者多步具备灭活/清除病毒能力的生产工艺步骤，而且要对这些步骤的病毒灭活/清除能力进行验证。目前需要进行病毒灭活/清除工艺验证的主要产品：生物制品（血液制品、抗体、重组蛋白、亚单位疫苗等）、生化药品（动物来源）以及部分医疗器械产品。细胞库检定：细胞系鉴定是监管部门确认该细胞系的来源和历史、鉴定和测试其一致性、稳定性和纯粹性所必需的。根据《中国药典》2020版生物制品生产检定用动物细胞基质制备及质量控制的要求，针对疫苗、抗体/蛋白类制品、基因治疗和细胞治疗类生物制品研发和生产过程中所用的细胞系/细胞株，以及由细胞系建立的各类细胞库均需进行细胞检定，并在生产工艺发生改变时，应重新进行部分检测。4.2动物模型和评价服务在生物药开发中，模式动物有着广泛地应用。尤其是基因敲除/转基因小鼠在基础医学/临床医学研究及新药研发中起着不可或缺的作用。人源化小鼠采用基因编辑的技术构建，由于技术门槛较高，耗费时间长，一般药企均采取外包实验或购买小鼠的方式来完成这部分工作。目前国内的小鼠模型的构建多基于传统的基因打靶技术和CRISPR/Cas9的基因编辑技术。许多热门的生物药开发靶点都已有相应的靶点人源化动物模型。4.3生物药CXO：药明生物一家独大，关注特色及差异化企业合同研发服务市场包括药物发现、临床前及临床研究阶段提供的研发服务。合同研发服务提供的服务已由基本支持服务演变成多类临床、中心实验室及分析服务，满足药物发现及开发过程中市场的需求。中国合同研发服务市场规模由2013年的1亿美元增至2022年的42亿美元，复合年增长率为47.92%。目前国内的CXO行业中，药明系占据了绝对龙头地位。在生物药研发领域，药明生物已经占据了国内约80%的市场份额，在这样的竞争格局下，同行需突出技术平台或开发领域差异化的长处，以此获得特定的优势。05IVD试剂盒原料：酶和抗体/试剂和耗材5.1IVD原料市场概述IVD试剂盒的组成相对复杂，本章主要针对其构成材料的相关市场进行分型，主要包括核心原料：酶、抗体/抗原以及试剂盒其他相关耗材如纳米磁珠、化学缓冲剂等产品。5.2体外检测分类：生化诊断、免疫诊断、分子诊断根据检测原理与方法分类，体外诊断试剂可分为生化诊断、免疫诊断、分子诊断、血液诊断、即时诊断(POCT，point-of-caretesting)以及其他类别，其中免疫诊断、生化诊断、分子诊断为我国诊断试剂最主要的3大类品种。体外诊断试剂原料用于生产体外诊断试剂盒，属于体外诊断产业链上游。按照产品性质的不同，可分为核心反应体系原料，如抗原、抗体、诊断酶等，以及非核心反应体系原料，如底物、标准品等。以免疫诊断中常用的酶促化学发光为例，需要用到的原料有抗体、发光底物、磁珠等原料。抗原类产品包括原核、真核重组抗原和天然抗原等。抗体类产品包括单抗、多抗，应用十分广泛。酶产品包括各种生化酶、免疫酶、热启动聚合酶、常规聚合酶、逆转录酶、一步法试剂以及测序建库用的整套酶等。06总结与展望生命科学支持产业链的国产化，我们的下一步是什么？