生命科学服务行业专题报告：上游工具库_黄金赛道“卖水人”.docx

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1、生命科学服务行业专题报告：上游工具库_黄金赛道“卖水人”1. 生命科学研究工具库，黄金赛道“卖水人”生命科学服务下游用途广泛，同时覆盖科研客户和工业客户。从下游客户来看，生命科学服 务同时覆盖科研客户和工业客户：（1）科研客户是指从事基础科学研究的高等院校和科研院 所，包括但不限于分子生物学、细胞生物学、生物工程、制药工程、遗传学、基础医学、生 物医学工程等研究方向，一般以课题组为单位进行采购。（2）工业客户是指从事生命科学研 究的各类企业，包括但不限于抗体药物研发企业、细胞/基因治疗企业、疫苗企业、体外诊断 企业等，产品应用覆盖从研发到生产的各个环节。在上一篇生命科学服务图谱报告中，我们 基

2、于产品维度，从科研试剂、实验耗材、仪器设备、综合服务等方面全面解读了生命科学服 务涉及到的产品及品牌。本篇报告我们将基于应用维度，重点聚焦企业客户需求，重新对生 命科学服务行业进行解读，全面展现生命科学产业链“卖水人”的风采。2. 抗体药物：分为研发端和生产端，关注自主可控2.1. 抗体药物研发端近年来单克隆抗体药物得到快速发展，根据 Frost & Sullivan，2020 年中国单克隆抗体市场 规模为 411 亿元人民币，预计到 2025 年市场规模将达到 1,945 亿元人民币，2020-2025 年 的年复合增长率达到 36.5%。抗体药物的研发，需要经历靶点筛选与验证、抗体制备与筛

3、选、 抗体功能验证、临床前研究等阶段，涉及大量仪器设备、试剂及耗材的使用。（1）靶点筛选与验证：抗体药物开发的起点，尤其是新靶点的发现需要更多的探索性工作， 通过结合基因测序、质谱分析、成像分析等手段，筛选出具有开发潜力的创新靶点。该过程 主要涉及 DNA 测序仪、质谱仪等大型分析仪器的使用，同时在检测过程中需要使用配套的 试剂和耗材。（2）抗体制备及筛选：根据技术路径的不同，抗体的制备可以分为杂交瘤细胞、转基因小 鼠、单 B 细胞克隆、噬菌体展示等方法，抗体的筛选主要通过磁珠分选的方式进行。在实验 过程中，靶点蛋白（重组蛋白）是刺激宿主生成抗体的重要原材料，磁珠是筛选抗体的重要 原材料，得到

4、广泛使用。此外用于细胞培养的培养基、细胞因子、细胞培养箱等使用也较为 频繁。（3）抗体功能验证：筛选出来的单克隆抗体需要进行理化性质、免疫学特性、效应作用等 指标的检测，从而评估目标单克隆的功能作用。该过程既涉及到流式细胞仪、酶标仪、PCR 仪等仪器设备的使用，也会涉及到流式抗体、ELISA 试剂盒、抗独特性抗体等试剂耗材的使 用。（4）临床前研究：开展临床试验之前，还需要对单克隆抗体进行 PK（药代动力学）、PD（药 效动力学）等临床前的分析研究，这个阶段已经开始进行小试阶段的生产，同时需要开展动 物学试验。该过程主要涉及流式细胞仪、酶标仪、毒素检测仪等仪器设备，同时需要使用模 式动物、流式

5、抗体、ELISA 试剂盒等试剂耗材。2.2. 抗体药物生产端抗体药物的生产，分为上游工艺和下游工艺两个部分，其中上游工艺包括细胞株开发、细胞 培养与监测等，下游工艺包括层析、过滤等分离纯化过程，此外后续还需要进行质量控制、 分装运输等环节。根据纳微科技招股说明书，单克隆抗体生产中，上游细胞培养成本占生产 成本的 35%左右，下游分离纯化成本占生产成本的 65%左右，其中培养基、一次性反应袋、 层析填料、滤膜等消耗性原料用量最大，是影响生产成本的关键材料。（1）细胞株开发：CHO 细胞具有人源化、传代效率高等优势，目前大部分抗体药物选择 CHO 细胞作为表达载体，因此开发出具有高表达能力的稳定细

6、胞株至关重要。该过程主要 涉及实验室条件下的细胞培养和细胞筛选，因此主要使用培养基、细胞系开发试剂盒、细胞 系培养系统等工具。（2）细胞培养与监测：细胞培养环节是抗体药的核心生产工艺，根据生产规模的要求使用 不同型号的生物反应器。一次性工艺是行业发展趋势，因此涉及到一次性搅拌袋、一次性储 液袋等关键耗材，此外伴随产能的提升，对于培养基等关键原材料的消耗存在明显放大效应。（3）层析：根据反应原理的不同，抗体药物的层析主要涉及亲和层析、阳离子交换层析、 阴离子交换层析等环节，因此主要涉及 Protein-A 亲和层析介质、离子交换层析介质等关键 层析填料，同时根据产能要求提供层析系统的定制。（4）

7、过滤：抗体药物的过滤主要包括深层过滤、纳滤（NF）、超滤或渗滤（UF/DF）等环节， 因此主要涉及各类过滤系统及滤膜的使用，其中深层过滤通常使用纤维、滤纸等过滤介质， 主要用于预过滤，纳滤主要用于病毒的清除，超滤主要用于单抗药物的浓缩。（5）质控：每批次单克隆抗体药物生产完成后，均需要进行相关的质量控制（QC），主要 涉及抗体活性等指标的检测，该过程主要涉及质谱仪、色谱仪、PCR 仪等大型分析仪器的使 用，同时在检测过程中需要使用配套的试剂和耗材。3. 细胞/基因治疗：研发生产一体化，试剂耗材需求旺盛3.1. 细胞治疗上游产业链细胞治疗是指通过改造患者自体细胞进行治疗的方法，由于需要针对不同患

8、者进行定制化开 发，因此具有研发生产一体化的特点。根据 Frost & Sullivan，预计中国细胞治疗市场规模将 从 2021 年的 13 亿元增长至 2030 年的 584 亿元，复合增长率达到 53%。以 CAR-T 细胞疗 法为例，核心工艺流程包括 T 细胞分选、病毒载体生产、T 细胞激活并转导、CAR-T 细胞扩 增、质量控制、制剂及运输等环节。定制化的属性导致 CAR-T 的生产成本非常高，参考文 献Cancer Therapy and Prevention，目前每例 CAR-T 治疗的可变成本达到 46,397 美元， 其中主要涉及病毒、磁珠、一次性管路、细胞因子、培养基等关键

9、试剂耗材。（1）T 细胞分选：细胞疗法需要首选从患者体内采集外周血并进行分离，再通过磁珠分选的 方式筛选出目标 T 细胞，自动化、封闭式的细胞分选系统是行业发展方向，决定分选结果的 关键耗材是具有磁性分离作用的分选磁珠。（2）病毒载体生产：CAR 基因的转导技术包括病毒载体转染和电穿孔转染，如果选择病毒 载体的转染方式，企业需要具备 GMP 级别的病毒生产能力，或者通过 CDMO 企业进行外包 生产。其中慢病毒的应用最为广泛，无血清悬浮培养工艺是行业发展趋势，培养基和质粒是 关键原材料。（3）T 细胞激活并转导：通过 CD3/CD28 抗体偶联磁珠可以对目标 T 细胞进行激活，然后 利用生产好

10、的病毒载体或者电穿孔转染系统进行 CAR 基因转导，细胞培养箱、T 细胞培养 基和细胞因子扮演重要角色。（4）CAR-T细胞扩增：转染得到的CAR-T 细胞需要进行大规模的体外扩增，培养基为CAR-T 细胞提供合适的生长环境，细胞因子可以刺激细胞生长及分化，细胞培养微球载体可以提升 培养效率，一次性反应袋及连接导管使用后可以直接更换。（5）质量控制：扩增后的 CAR-T 细胞需要进行 CAR 分子表达鉴定、T 细胞亚型鉴定、T 细胞功能鉴定、内毒素含量等检测，主要涉及重组蛋白、荧光探针、流式抗体、ELISA 试剂 盒等生物试剂的使用。3.2. 基因治疗上游产业链基因治疗是指将外源基因通过病毒载

11、体递送至体内，进而解决基因缺陷问题的治疗方式。根 据 Frost & Sullivan，预计中国基因治疗市场规模将从 2021 年的 2.68 亿元增长至 2025 年的 179 亿元，年复合增长率达到 276%。以 AAV 病毒载体基因治疗为例，核心工艺路径包括目 的基因制备、病毒载体构建、重组病毒生产、重组病毒纯化、质量控制、制剂及运输等环节。（1）目的基因制备：通常采用逆转录方法，以 RNA 作为模板通过逆转录过程得到 cDNA， 进一步制备目的基因的方式。该过程主要涉及核酸提取试剂盒、逆转录酶、DNA 聚合酶、 DNA 连接酶等分子类生物试剂。（2）病毒载体构建：目的基因的递送需要腺病

12、毒、腺相关病毒（AAV）、慢病毒、逆转录病 毒等作为载体，其中 AAV 病毒的应用最为广泛，将携带有目的基因的质粒转染天然 AAV 病 毒得到重组 AAV 病毒，需要用到质粒及分子克隆相关的酶。（3）重组病毒生产：AAV 病毒的生产通常会采用 HEK293 细胞进行培养，由于 HEK293 具 有贴壁生长的特点，经过驯化可以获得具备悬浮生长能力的稳定细胞株，通常会采用无血清 培养基，此外使用微球载体可以加速细胞的生长速度。（4）重组病毒纯化：科研级别的 AAV 病毒纯化可以采用密度梯度离心的方式，商业化生产 中需要结合层析、过滤等纯化方式，主要涉及亲和层析介质、一次性滤膜等专用耗材。（5）质量

13、控制：纯化得到的 AAV 病毒需要进行安全性、纯度等指标的检测，主要涉及高效 液相色谱、PCR 仪、电泳仪等设备，以及 PCR 试剂盒、内毒素检测试剂盒等生物试剂。4. 疫苗：不同技术路径存在明显差异，新技术孕育新机遇4.1. 传统疫苗上游产业链近年来疫苗行业得到快速发展，根据灼识咨询，中国疫苗市场规模由 2015 年的 251 亿元增 长至 2020 年的 640 亿元，并预计将于 2030 年进一步增长至 2,071 亿元（COVID-19 疫苗 除外），年复合增长率达到 12.5%。传统疫苗是指采用完整的病原体作为抗原，通过物理或 化学方法处理，使其丧失感染性或毒性，同时保持良好的免疫原

14、性，是最常见的疫苗技术路 径。以灭活疫苗为例，传统疫苗的研发需要经历病毒株筛选、病毒扩增、病毒纯化和病毒鉴 定等阶段，生产阶段需要经历细胞培养工艺、分离纯化工艺、质控检测、分装运输等环节， 涉及大量仪器设备、试剂及耗材的使用。（1）病毒株筛选：传统疫苗研发的起点工作，通过结合核酸提取、基因测序、基因分析等 手段，筛选出后续符合要求的病毒株。该过程主要涉及到核酸提取仪、高通量测序仪、基因 分析仪、荧光分析仪等大型分析仪器的使用，同时在检测过程中需要使用配套的试剂和耗材。（2）病毒的扩增：在筛选得到目的病毒株后，需要对该病毒进行扩增培养，该过程需要一 系列培养所需的仪器和试剂耗材，涉及到细胞培养系

15、统、细胞技术仪等仪器和细胞工厂、培 养基、血清等耗材。（3）病毒的纯化：病毒纯化环节需要对蛋白样品进行脱盐和透析，臵换缓冲液或去除溶液 中的杂质，同时需要一系列蛋白纯化填料，因此涉及到离心机等仪器和磁珠、磁性琼脂糖、 树脂等耗材。（4）病毒的鉴定：从培养的细胞中分离病毒后，需要采用免疫荧光和分装生物学技术进行 病毒的鉴定，病毒鉴定涉及到病毒核酸和病毒蛋白的检测技术，因此通常需要使用 PCR 仪、 凝胶蛋白电泳仪、高通量测序平台、WB 系统等仪器和配套的耗材。（5）细胞培养工艺：细胞培养工艺是传统疫苗的核心生产环节，生产过程中需要用到一系 列反应器等，主要包含波浪式反应器、一次性反应器、摇床系统

16、等仪器，同时还有培养基等 试剂和细胞工厂、一次性搅拌袋、一次性储液袋和细胞瓶等耗材。（6）分离纯化工艺：层析填料广泛应用于疫苗下游工艺中，以满足高性能，高通量及稳定 的工业级分离纯化产品要求，涉及离心系统和过滤系统等仪器设备，同时包含层析介质和配 套滤膜等耗材。（7）质控检测：每批次疫苗药物生产完成后，均需要进行相关的质量控制，主要涉及疫苗 活性等指标的检测，该过程主要涉及质谱仪、色谱仪、PCR 仪、凝胶蛋白电泳仪、酶标仪等 大型分析仪器的使用，同时在检测过程中需要使用配套的试剂和耗材。4.2. 新型疫苗上游产业链新型疫苗是采用生物化学合成技术、人工变异技术、分子微生物学技术、基因工程技术等现

17、 代生物技术研发生产的疫苗，包含重组蛋白疫苗、病毒载体疫苗、核酸疫苗等。以 mRNA 疫苗为例，研发阶段需要经历靶点筛选发现、mRNA 的生产、mRNA 的纯化、mRNA 的递 送阶段，生产阶段经历 DNA 模板制备、体外转录及修饰、递送系统工艺、分装运输等环节， 涉及大量仪器设备、试剂及耗材的使用。（1）靶点筛选发现：mRNA 疫苗开发的起点，尤其是新靶点的发现需要更多的探索性工作， 通过结合核酸提取、基因测序、质谱分析等手段，筛选出具有开发潜力的创新靶点。该过程 主要涉及核酸提取仪、质谱仪、PCR 仪、基因测序仪、WB 系统等大型分析仪器的使用，同 时在检测过程中需要使用配套的耗材和逆转录

18、酶、DNA 聚合酶、DNA 分离试剂盒等试剂。（2）mRNA 生产：mRNA 生产主要指体外转录过程，质粒 DNA 在体外通过 RNA 聚合酶转 录得到 mRNA，该过程主要涉及质粒、三磷酸腺苷、DNA 聚合酶、加帽/加尾酶等一系列生 物试剂。（3）mRNA 纯化：mRNA 纯化主要指去除酶、剩余的核苷酸、质粒 DNA 和有缺陷的 mRNA 等物质。纯化过程主要涉及离心机等仪器，色谱填料和磁珠等耗材和离心纯化试剂盒、DNA 萃取试剂盒等试剂。（4）mRNA 递送：目前常用的递送技术有电穿孔、阳离子聚合物脂质体等，主要涉及电转 系统等仪器和转染试剂、脂质载体（LNP）等试剂。（5）DNA 模板制

19、备：DNA 模板的制备主要通过携带目标核酸序列的质粒转染大肠杆菌的方 式进行扩增生产，涉及到的仪器设备有发酵罐，试剂有培养基、稳定细胞株、质粒、转染试 剂等。（6）体外转录及修饰：首先将质粒线性化处理得到正常的 DNA 模板，再通过酶催化的方式 完成体外转录和体外修饰（加帽和加尾），主要涉及三磷酸腺苷、RNA 聚合酶、加帽/加尾酶、 RNA 酶抑制剂等试剂。（7）递送系统工艺：目前 mRNA 主要的递送载体为脂质纳米颗粒（LNP），该领域存在比 较明显的专利保护，主要涉及脂质、胆固醇、PEG 等原材料。5. 体外诊断：重点关注关键原料，新冠刺激进口替代体外诊断是指通过对血液、体液、组织等样本进

20、行体外检测的诊断方式，根据反应原理，可 以分为生化诊断、免疫诊断、分子诊断。根据医疗器械蓝皮书，中国体外诊断市场规模从 2015 年的 362 亿元增长至 2019 年的 713 亿元，年复合增长率达到 18.5%。体外诊断的上游原料 包括核心反应体系、信号体系、反应环境、反应载体，其中核心反应体系决定检测的灵敏度 和特异性，信号体系影响检测结果的可视程度，反应环境和反应载体可以保障反应顺利进行。 根据菲鹏生物招股说明书，体外诊断整个上游的市场规模约占诊断试剂和仪器出厂口径的 25% 左右，约占整个终端市场的 10%左右。（1）核心反应体系：生化诊断的反应体系主要包括化学试剂、抗原、抗体、诊断

21、酶等试剂； 免疫诊断的反应体系主要包括抗原、抗体、标记酶等试剂；分子诊断的反应体系主要包括引 物、dNTP、分子诊断酶、DNA 建库相关酶等试剂。（2）信号体系：生化诊断的信号体系主要是反应本身产生的有色物质；免疫诊断的信号体 系包括酶底物系统、化学发光剂、胶体金、量子点等发光物质；分子诊断的信号体系包括荧 光探针、荧光染料、荧光标记 dNTP 等。（3）反应环境：生化诊断的反应环境主要是抗原抗体、酶所需生物缓冲溶液；免疫诊断的 反应环境包括抗原抗体、酶所需生物缓冲溶液或者牛血清蛋白稀释液等；分子诊断的反应环 境包括 PCR 缓冲液、杂交缓冲液、文库稀释缓冲液等。（4）反应载体：生化诊断的反应载体包括普通溶液和胶乳微球；免疫诊断的反应载体包括 酶标板、磁性微球、NC 膜、荧光微球、量子点荧光微球等；分子诊断的反应载体包括核酸 提取微球、基因芯片载体、测序磁性微球等。