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模式动物行业研究报告：创新需求打开“活试剂”的广阔天地1.模式动物定义及应用场景1.1 模式动物行业定义实验动物定义：经人工饲养、繁育，对其携带的微生物及寄生虫实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的， 应用于科学研究、教学、生产和检定以及其他科学试验的动物。模式动物定义：为保证动物实验更科学、准确和重复性好, 可以用各种方法把一些需要研究的生理或病理活动 相对稳定地显现在标准化的实验动物身上,供实验研究之用。这些标准化的实验动物就称之为 模式动物。1.2 模式动物应用领域生命科学和医学研究领域：生命科学和医学研究，研究对象包括人、动物、植物、微生物等地球上的生命活动形式和人 类自身的生理病理过程。 模式生物构建研究模型以获得对生命活动普遍规律的认知是生命科学和医学研究的主流方法。生物医药前沿领域：肿瘤抗体治疗，细胞治疗，罕见病基因治疗等1.3 小鼠模型应用最为广泛哺乳类实验动物中，实验小鼠的应用最为广泛小鼠生理生化及生长发育的调控机理和人类基本一致：在小鼠基因组中引入人类疾病的致病 突变，可以导致小鼠产生和临床类似的疾病表型。99%的人类蛋白编码基因在小鼠基因组中 具有同源基因，在进化和功能上高度保守性。与非人灵长类等大动物相比，小鼠繁殖能力强、世代周期短、饲养成本低等优势突出。遗传背景明确：科学研究使用的小鼠绝大多数是近交系品系，同一种近交系小鼠理论上拥有 的基因组DNA序列完全一致，这样在研究中不存在由于遗传多样性导致的结果差异，实验结 果可重复。1.4 小鼠模型分类按小鼠模型来源方式，可以分为自发性动物模型、诱发性动物模型、基因工程动 物模型、生物医学动物模型以及阴性动物模型。1.5 小鼠模型产业应用领域目前小鼠模型生产企业大都基于基因工程遗传修饰技术，提供小鼠模型和相关技术服务，满足客户 在基因功能认知、疾病机理解析、药物靶点发现、药效筛选验证等基础研究和新药开发领域的相关 需求。2.模式动物行业发展状况分析2.1 欧美模式动物行业起步较早, 产业规模较为成熟实验动物行业欧美起步于20世纪初, 相较国内领先近80年。美国的实验动物资源在美国国内实现了很高程 度的共享也辐射到了欧洲，对生命科学、医药等起到了极大的支持作用；而欧洲采用多国合 作、集中研制的形式，也在基因工程动物资源方面占领了一席之地。1909年，美国哈佛大学William Ernest Castle教授实验室的Clarence Cook Little通过近亲繁育获得了 第一个等位基因纯合、遗传背景一致的近交系小鼠品系DBA，这也是公认的第一个现代实验小鼠株系。 近交系小鼠的个体差异极小，实验重复性良好，如今已被广泛运用在生命科学研究和新药开发当中。2.2 基因编辑发展历程基因工程: 本行业的发展基础通过分子克隆和DNA重组技术获得表达目标基因DNA序列，并通过导入到选定的宿主系统中 实现外源基因的表达，在生命科学和医学研究、工业和农业中均有广泛应用。2.3 基因编辑技术已发展到第三代第一代技术：锌指核酸酶技术（ZFN）使人工定点诱导双链DNA断裂成为现实，实现了基因编辑技术里程碑式的突破；指核酸酶, 由锌 指蛋白（ZFP）和Fok内切酶的核酸酶结构域组成，前者负责识别DNA位点，后者负责切割 DNA。2001年开始陆续用于不同物种的基因编辑，构建基因编辑模式生物的同时也用于遗传育种和基因 治疗。第二代技术：转录激活效应因子核酸酶（TALEN）技术构造与ZFN类似, 由TALE基序串联成决定靶向性的DNA识别模块，与 Fok核酸酶结构域连接而 成。大大提高编程性能，设计简单，自2011年建立后迅速用于构建基因修饰动物模型、遗传育种和基 因治疗等领域，并入选为2012年的科学（Science）年度十大科技突破之一。第三代技术：CRISPR/Cas系统介导的基因编辑技术细菌和古细菌中进化出来用于抵御噬菌体及外源DNA入侵的适应性免疫系统；设计和制备更加简 单，成本更低，编辑效率更高，衍生出多种基因编辑系统。目前最重要、最主流的基因编辑技术之一, 连续多年被Nature评为最有前景的技术之一， 2015年被Science评为技术突破第一名，2014、2016年被麻省理工科技评论评为10项 突破技术之一，2020年诺贝尔化学奖。2.4.1 基因修饰动物模型服务技术基于CRISPR/Cas系统的基因修饰技术(CRISPR/Cas技术)DNA双链断裂后可发生非同源性末端连接，修复断裂DNA，造成小片段碱基的插入或缺失； 也可以发生同源重组介导的DNA修复，该过程可在断裂位点引入操作者提供的修复DNA模板， 从而达到外源DNA片段敲入或内源DNA片段替换的效果。2.4.2 基因修饰动物模型服务技术基于ES细胞（胚胎干细胞）打靶的同源重组技术 （ES细胞打靶技术）小鼠胚胎干细胞（ES细胞）具有发育全能性，能够分化为各种类型的细胞，可在体外培养扩 增并保持发育的全能性；基因同源重组是指当外源 DNA 片段与宿主基因组片段序列相同或 相近，两者互补结合时，结合区的任何部分都有与宿主的相应片段发生交换（即重组）的可 能，这种重组称为同源重组。2.4.3 基因修饰动物模型服务技术胚胎工程技术: 对早期胚胎或配子所进行的操作和处理技术，包括体外受精、受精显微注射、 囊胚注射、单精注射、胚胎移植、胚胎冻存复苏等技术。2.5 基因修饰动物模型构建方式基因修饰动物模型分类:模型构建方式不同，可分为转基因、普通敲除、条件敲除、基因点突变、基因敲入等类别。2.6 我国实验动物规模居世界前列, 特有品种丰富中国常用实验动物概况中国常用实验动物（包括实验用动物）有30余个品种100多个品系，主要从国外引进，如 BALB/c小鼠、C57BL/6小鼠、ICR小鼠、SD大鼠、Wistar大鼠、Hartley豚鼠、Beagle犬 等。据2014-2015实验动物学学科发展报告统计，中国生产量最大的是小鼠(54)、地 鼠(24)、大鼠(13)、兔(5)等。常用小鼠11个品系，大鼠7个品系，地鼠、豚鼠、实验 犬各2个品系，家兔以大耳白、新西兰兔为主，其他动物还有猴、猫、鸡、小型猪等。全国 实验动物生产量约2000万只以上。非人灵长类实验动物的养殖规模已居世界前列，47家养殖 企业存栏规模达29万多只，其中食蟹猴约25万只，猕猴约4万只。2.7 基础研究经费持续增长，中国增速较快美国位列首位，中国增长最快。根据OECD等机构2021年公布的数据，从各国具体研发支 出来看，美国持续位居全球第一，2019年为6127亿美元; 中国自2015年超越欧盟27国后，稳 居第二，2019年5148亿美元。中国的科技研发投入的增长速度明显高于其他国家。中国研发强度提升空间大。从全球研发强度（国内研发支出占GDP的比重）来看，OECD 在2021年3月18日公布的数据显示，2019年经合组织研发支出增长4%，研发强度从2018年的 2.4%增长至近2.5%。多数经合组织国家的研发强度普遍有所增长，其中美国首次突破3%，中 国则从2.1%增长至2.2%，韩国研发强度达到了4.6%，研发强度最高; 相比之下，欧盟27国普 遍较小，为2.1%。2.8 中国医药市场发展较快，全球规模占比稳定上升2015年至2019年，全球药物市场规模由1.11万亿美元增至1.32万亿美元，中国药 物市场规模由1943亿美元增至2363亿美元，2015-2019年的CAGR分别为4.6%和 5.0%；根据南模生物招股书预计，全球和中国的药物2019-2024年的CAGR分别为 4.4%和6.4%，市场规模分别达到1.64万亿美元和3226亿美元。2.9 中国药物研发投入规模增长较快, 未来空间广阔2019年，全球医药研发投入规模达到1,823亿美元，其中药物发现阶段、临床前阶段、临床阶 段的研发投入为381亿美元、206亿美元和1236亿美元。2015年到2019年的CAGR为5.0%， 随着发展创新药成为大势所趋，药物研发投入将继续攀升，全球医药研发支出预计在2024年将 会达到2270亿美元，2019年至2024年CAGR达到4.5%。2.10 国内CRO市场保持高速增长, 拉动模式动物需求根据南模生物招股书中的数据，全球CRO市场规模保持较快增长态势。2015-2019年，全球 CRO市场规模由443亿美元增至626亿美元，CAGR达到9.0%。预计到2024年，CRO市场规模 将达到961亿美元，2019至2024年CAGR达到9.0%。2.11 中国动物模型市场处于发展早期，增速较快根据集萃药康招股书中的数据，全球动物模型市场从2016年的115亿美元增长至2019年146亿 美元，复合年增长率为8.28%；预计到2024年，全球模式动物模型市场预计增长至226亿美元， 2016-2024复合年增长率为8.81%。2.12基因修饰动物模型市场占据实验动物半壁江山作为实验动物行业的新兴细分领域，基因修饰动物模型服务市场发展速度相对更快，市场占比 也最大。据GMI的 Animal Model Market Report, 2026 数据，2019年全球基因修饰动 物模型市场规模约100亿美元，约占动物模型服务市场的68%左右，预计2024年将增至153亿 美元；2016-2024年CAGR约为9.14%。2.13 啮齿类实验动物产品和相关服务市场规模高速增长啮齿类实验动物作为实验动物模型中最重要的一大类，其国内产品和相关服务市场 规模呈高速增长态势。根据集萃药康招股书的数据，2019年市场规模为33亿元人民币，预 计到2024年，国内啮齿类实验动物产品和服务的总市场规模将增长至98亿元人民币，2019- 2024年CAGR为24.3%。预计到2030年，其市场总规模预计将进一步达到272亿元人民币， 2019-2030年CAGR约为21.1%。2.14 实验小鼠客户及服务市场分类国内实验小鼠产品及服务的销售客户主要分为科研客户和工业客户。科研客户主要 包括科研院校和三甲医院，2019年市场规模为15.9亿元，市场占比为56.0%；工业 客户主要包括创新药企和CRO研发企业，2019年市场规模为12.5亿元，市场占比 为44.0%。3.模式动物竞争格局情况分析3.1 国外主要竞争企业The Jackson Laboratory：全球最大的基因修饰大小鼠品系供应商，2019年营收达4.41亿美元 ；目前拥有全球最大的模型资源库。3.2 模式动物行业竞争格局小鼠定制化模型领域，根据集萃药康招股书中Frost & Sullivan的统计，2019年国内市场规模为 4.3亿元，南模生物定制化模型细分市场占有率为9.22%，与市场第一百奥赛图（9.25%）基本持 平。4.模式动物行业相关企业4.1 南模生物：编辑基因，解码生命强大基因修饰与胚胎工程技术，基因修饰动物模型业务具有核心竞争力。自主研发了基因修饰核心 技术（基于CRISPR/Cas系统的基因编辑技术、ES细胞打靶技术、基因表达调控技术）和辅助生殖 技术，并且在业务中大规模运用，83%的业务运用至少其中一项，76.55%的业务运用基因修饰核 心技术。丰富的模型库支撑公司快速发展。公司已经建立包括超过6,000个模型的基因模型库，为标准化模 型业务快速发展提供动能；针对肿瘤免疫治疗，开发了285种人源化基因修饰模型品系；针对靶向 治疗药物，开发了127种自发肿瘤模型小鼠品系；针对罕见病治疗，构建了36种罕见病小鼠模型； 完善、先进的研发体系和设计平台提高研发效率，保障定制化模型交付质量。4.2 集萃药康：创新模型，创造可能核心团队深耕多年，行业经验业内领先。最早开展小鼠模型研究及产业化团队之一， 曾主导国内首例CKO小鼠模型、全球首例Cas9介导犬项目。“斑点鼠计划”领跑市场，抢占靶点先发优势。实现KO/CKO小鼠模型的产品化供应，将 原来的客户定制交付周期由4-7个月最多缩短到7天；基因敲除策略自动化设计系统，优化 CRISPR/Cas9等基因编辑技术，实现高通量基因敲除。4.3 百奥赛图: 专注全人源抗体小鼠，转型创新药产品管线丰富, 临床及临床前阶段产品表现亮眼。充分利用独特的创新药物开发优势，拥有 包含单抗、双抗及双抗ADC等在内的12项具有全球权益的产品管线，包括4项临床产品，6项临床 前阶段产品及2项已售出资产。4.4 昭衍新药：药物安评龙头, 产能扩张助力增长国内领先的药物安全评价细分行业龙头。昭衍新药公司业务包括非临床研究服务、临床试验与销售实验模型，其中非临床研究服务 为主营业务。非临床研究服务以药物安全性评价为主，还涵盖药代动力学与药理及药效学 研究。按照2019年收入计算，公司是国内最大的先药物非临床安全 性评价外包服务提供商，国内市场份额高达15.7%， 显著高于排名第二公司的9.9%。报告节选：