从美国国家科学基金会的融合科技倡议谈生物医药产业的未来

从美国国家科学基⾦会的融合科技倡议谈⽣物医药产业的未来01NSF⽀持研究机制与研究重点美国国家科学基⾦会

NSF美国国家科学基⾦会

NationalScienceFoundation(NSF)组织性质成⽴时间任务公益性研究机构1950年资助基础科研，促进美国科学的发展83亿美元（联邦政府对⾼校资助的25%）2020年财年预算NSF是唯⼀涵盖各个领域的研究⽀持机构NIH（美国国⽴卫⽣研究院）医学研究机构，探索⽣命本质NASA（美国国家航空航天局）

实施太空计划，开展航空科学研究DARPA（美国国防⾼级研究计划局）

美国国防部下属，研发军事⽤途⾼新科技产业化⽀持NIHNASADARPA美国国⽴卫⽣研究院美国国家航空航天局美国国防⾼级研究计划局NSFNSF美国国家科学基⾦会每年给初创企业的资助总⾦额⾼达2亿美元，专⻔资助那些把⾼校的科研成果转化为产品的⼩企业，且不占任何公司股份。为了推动科研成果转化，为⾼校科研⼈员提供不超过200万的美⾦元⽤于创业。美国国家科学基⾦会SBIRSBIR美国⼩企业创新研究计划为中⼩企业提供研发资⾦⽀持，同时⽀持技术产业化⽬前规定R&D预算超过1亿美元的政府机构必须留出预算的3.2%⽤于SBIR计划美国⼩企业创新研究计划--⾼通公司于1987年从SBIR获得资⾦，是⾼通公司关键启动资⾦的来源之⼀（当时拥有35名员⼯）Illumina成⽴于1998年，1999~2004年间获SBIR研发资⾦，⽀持核⼼技术研发NSF重点领域与科技前沿⽣物科学BiologicalSciences计算机与信息科学ComputerandInformationScienceandEngineeringEngineering⼯程科学（⽣物⼯程，环境系统，⼟⽊和机械系统，化学和运输系统，电⽓和通信系统以及设计和制造）地球科学Geosciences数学与物理科学社会，⾏为与经济学教育与⼈⼒资源MathematicalandPhysicalSciencesSocial,BehavioralandEconomicSciencesEducationandHumanResourcesNSF未来投⼊的⼗⼤计划(big

idea)1

未来⼈机融合的技术前沿2

数据⾰命⼈类、技术和社会之间关系的基础研究数据科学和⼯程学的基础研究3

探索新北极通过观测北极来评估对地球环境和经济的影响通过研究量⼦⼒学布局下⼀代计算4

量⼦跃迁5

理解⽣命的规则6

宇宙的窗⼝⽣命科学与地球⽣态系统观测宇宙，理解天⽂学规律7

发展融合研究8

中型研究基础设施9

NSF

2026将知识、技术和专业知识从多个学科整合到⼀起，以解决最紧迫的科学和社会挑战为中等规模的实验研究能⼒提供资⾦，包括观测站、传感器⽹络、⼩实验室等配合国家成⽴250周年，投⼊更⻓期、更前沿的基础研究项⽬10

NSF多样性参与（NSFINCLUDES）

STEM研究的协作平台，吸引⾼校、企业共同参与未来主张：NBIC融合科技NBINanotechnologyBiotechnology纳⽶技术⽣物技术（细胞免疫治疗、基因⼯程）Information

Technology

信息技术（⼈⼯智能、⼤数据、5G）CCognitive

Science认知科学互动环节欢迎希望优势升级的朋友加⼊我们系统

实践

信⽤

机会02⽣物医药产业的未来⽣物医药前沿领域01

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06⼤数据与⼈⼯智能

细胞免疫疗法

基因治疗

基因数据解读

合成⽣物学

认知科学⼤数据与⼈⼯智能医疗影像诊断是“AI+医疗”的应⽤领域，IT公司提供核⼼解决⽅案例：Google与Verily公司开发⽤来诊断乳腺癌的病理AI医学图像识别AI新药研发发掘药物靶点Insilico病理⽣物学研究化合物⾼通量筛选海量⽂献信息分析细胞免疫疗法CAR-T疗法嵌合抗原受体T细胞免疫疗法直接利⽤患者体内的T细胞，将它们拿到体外进⾏改造，⼤量复制后再回输到患者体内，专⻔识别体内肿瘤细胞，并通过免疫作⽤⾼效地杀灭肿瘤细胞。⽬前，已有两种免疫细胞疗法在2017年获得美国FDA批准上市。即诺华的Kymriah，和Kite

Pharmar的Yescarta，就此开启了肿瘤的免疫细胞治疗的新时代。基因治疗1999年，宾夕法尼亚⼤学的实验促成了腺相关病毒（AAV）的发现，AAV病毒可以作为递送载体，将药物递送进细胞核。基因疗法Zolgensma：2019年，诺华旗下收购的AveXis开发的⽤于⼀次性治疗脊髓性肌萎缩（SMA）的基因疗法，⼀次性治疗的费⽤达到210万美元。AAV还可以⽤来递送CRISPR相关Cas蛋⽩，修复⼈类疾病的基因突变。（带进新⽚段；修改突变基因；敲除不好基因）截⾄2018年底，约有145项使⽤

AAV

进⾏基因治疗的临床实验，针对的器官主要是眼睛、肌⾁、肝脏和神经系统。处于研发阶段的疗法统计截⾄2020年2⽉，美国批准了9种细胞或基因疗法产品，⽤于治疗癌症，眼病和罕⻅的遗传性疾病。362个细胞或基因疗法处于研发阶段，其中132个是针对罕⻅病的研发。过去30年⽣物医药公司发展变化1亿美⾦以上（10年时间）10亿美⾦以上（20年时间）100亿美⾦以上（30-40年时间）FateThr.：2007；IPO：2013；1.12B；圣地亚哥Agios：2008；IPO：2013；2B；波⼠顿BluebirdBio：1992；IPO：2013；4.9B；波⼠顿Ironwood：1998；IPO：2010；1.34B；波⼠顿Momenta：2001；IPO：2004；1.30B；波⼠顿Alnylam：2002；IPO：2004；8.56B；波⼠顿Acceleron：2003；IPO：2013；2.18B；波⼠顿Amgen：1980；IPO：1983；128.8B；洛杉矶Gilead：1987；IPO：1992；81.6B；硅⾕G1The.：2008；IPO：2017；0.88B；北卡研究三⻆区KarunaThr.：2009；IPO：2019年6⽉；0.35B；波⼠顿SageThr.：2010；IPO：2014；7.27B；波⼠顿X4Pharmaceuticals：2010；IPO：2017；0.15B；波⼠顿Syros：2011；IPO：2016；0.37B；波⼠顿UnityBiotechnology：2011；IPO：2018；0.28B；硅⾕ScholarRock：2012；IPO：2018；0.28B；波⼠顿Editas：2013；IPO：2016；1.06B；波⼠顿Biogen：1978；IPO：1983；63.5B；波⼠顿Illumina：1998；IPO：2000；44.1B；圣地亚哥Vertex：1989；IPO：1991；42.2B；波⼠顿Regeneron：1988；IPO：1991；40.3B；纽约郊外Alexion：1992；IPO：1996；21.7B；纽⿊⽂/波⼠顿BioMarin：1997；IPO：1999；15.1B；硅⾕Incyte：1991；IPO：1993；13.5B；硅⾕DenaliThr.：2013；IPO：2017；1.5B；旧⾦⼭RubiusThr.：2013；IPO：2018；0.64B；波⼠顿Alector：2013；IPO：2019年2⽉；1.02B；旧⾦⼭MorphicThr.：2014；IPO：2019年6⽉；0.46B；波⼠顿GossamerBio：2015；IPO：2019年2⽉；1B；圣地亚哥CyclerionThr.：2018；IPO：2019年3⽉；0.24B；波⼠顿基因数据解读数据收集、基因测序只是基础数据解读是未来研究⽅向相⽐物理理论，⽣物理论更为复杂，是多因素综合的结合。合成⽣物学美国亚利桑那州⽴⼤学（ASU）⽣物设计研究所分⼦设计和仿⽣学中⼼主任颜灏博⼠研发出了⼀种可编程、基于DNA技术的纳⽶机器⼈系统，这种纳⽶机器⼈可找到肿瘤，然后阻断⾎液供应来影响肿瘤的⽣⻓和转移。Deep

Tech：每个纳⽶机器⼈都由⼀个扁平的矩形DNA折纸制成，其⾯积仅为

90

nm×60

nm，厚度仅为

2nm。将四个凝⾎酶分⼦连接到这个“折纸板（origamisheet）”表⾯，然后将其卷成空⼼管，使凝⾎酶分⼦包裹在管内。认知科学脑机接⼝：认知科学的SpaceX植⼊式脑机接⼝⾮植⼊式脑机接⼝⽣物医药产业变⾰以前是化学药，未来是⽣物疗法。⽐如CAR-T疗法的步骤⽐化学药物要复杂得多，整个疗法过程包括分离、修饰、扩增、回输、监控，这个过程需要医院、药⼚、医药公司共同协作来完成，且参数条件复杂不好把握。细胞和基因治疗产业现状“建⽴⼤型细胞或基因治疗制造设施的成本⾼达2亿美元。⽽⼩分⼦化学药制造设施的成本不到3000万美元。80%的基因和细胞治疗公司把制造业务外包给CMO。等待CMO服务的平均时间超过16个⽉。虽然CMO正在扩张，但是他们发现很难做得⾜够快。主要因为⽬前的技术不发达，被内部⼈⼠称为“完全原始”和“难以置信的劳动密集型”。药⼚⾥，技术⼈员在开放式的塑料器⽫之间⼿动转移材料，⽽不是使⽤⼤多数传统化学药物制造标准封闭的⽆菌⽣物反应器。在这种⽣产模式下，不可能提⾼⽣产⽔平，不可能实现显著规模经济的商业可⾏性。”——《重启美国》注：美国只有20多个经过批准的可以做CAR-T疗法的临床机构。某家美国的细胞治疗药⼚每个⽉能够处理的患者数量也是⼏⼗位⽽已。⽣物制药的未来⽅向——医疗器械化未来发展的⽅向是“医疗器械化”。医疗器械化的核⼼是标准化的操作，将⼀系列操作固化到⼀套系统⾥，使它既能够保证质量，⼜能够⼴泛地传播，覆盖更多的患者。未来哪个⽣物制药企业能够做到更好的医疗器械化，它就会是未来真正的赢家。今天的辉瑞、默克、诺华，很可能会被这些企业替代掉。⾛下神坛的Theranos，缺乏科技素养Elizabeth

Holmes，曾拥有净资产45亿美元，创办了⾎液测试公司Theranos。2018年3⽉14⽇，被美国证券交易监督委员会指控“⼤规模诈骗”，涉案⾦额达7亿