基因修饰行业之南模生物研究报告:基因修饰技术与产业深度融合.docx
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1、基因修饰行业之南模生物研究报告:基因修饰技术与产业深度融合1.南模生物:基因修饰动物模型产品与技术服务上海南方模式生物科技股份有限公司(以下简称“南模生物”或“公司”)秉承“编 辑基因,解码生命”为己任,聚焦生命科学研究和新药研发领域。通过以 CRISPR/Cas、ES 细胞打靶等基因编辑技术的应用创新为先导,公司打造了以模 式生物基因组精准修饰、基因功能表型分析、药物筛选与评价为核心的技术平台, 构建了覆盖人类基因的活体模型资源库,为人类基因组功能诠释、疾病发病机制 阐明和新药新靶点发现提供相应的研究模型和技术手段,助力科研单位、创新药 公司及 CRO 公司提升研发效率和创新水平。凭借规模化
2、的模型研发构建能力和丰 富的模型资源储备,公司良好服务于国家和地方的产业创新战略,先后成为国家 科技部“863”计划生物技术领域疾病动物模型研发基地、上海市模式动物工程技 术研究中心、上海市模式生物技术专业服务平台、上海市比较医学专业技术服务 平台,是上海市“小巨人”企业和高新技术企业;同时,公司与中国科学院、复 旦大学、上海交通大学、浙江大学、清华大学、北京大学等著名科所院校,瑞金 医院、中山医院、华山医院等知名医院,药明生物、信达生物、恒瑞医药、百济 神州、中美冠科等知名创新药研发公司和 CRO 公司建立了良好合作关系。凭借领先的基因修饰动物模型研发构建能力、丰富的模型储备和杰出的技术 服
3、务 水平,公司与一批知名的科研客户和工业客户稳定合作,形成了领先的行业地位。 公司营业收入规模逐年扩大,2018 年度、2019 年度、2020 年度和 2021 年 1-9 月, 公司营业收入分别为 1.21 亿元、1.55 亿元、1.96 亿元和 1.90 亿元,在公司的收 入中,定制化模型、标准化模型、模型繁育、药效评价及表型分析、饲养服务为 公司的主要业务,2020 年,几项业务在公司主营业务占比分别为 21.7%、27.3%、 29.06%、9.24%、11.45%,这其中标准化模型业务增速较快,2018-2020 年同比增 速分别为 87.36%、83.51%和 35.48%,主要
4、得益于公司在 CRISPR/Cas 技术方面的 迅速发展。在利润方面,随着公司主营业务的发展,公司的各项业务逐渐体现出 规模效应, 2019 年度、2020 年度和 2021 年 1-9 月,公司扣非归母净利润同比增 速分别为 276.99%、163.82%、65.61%。公司的管理团队在模式动物领域拥有丰富的技术和管理经验储备。公司的核心技 术人员费俭、孙瑞林、顾淑萍、王津津、朱海燕均具有博士研究生学历。团队耕 耘多年,为公司基因敲除模式动物研发、生产和技术服务等方面打下了坚实的技 术。模式动物服务需要准确把握客户需求,公司的总经理王明俊曾在多家生物试 剂相关企业担任销售、市场等方面管理职务
5、,对科研端和企业端生物实验室的需 求和服务模式有深刻的理解和认识,工艺客户部总监拥有 CRO 公司多年的药效学 评价服务管理经验,在客户服务、特别是药效学服务体系的构建和维系方面为公 司打下了较好的基础。2.动物模型行业概览2.1 模式动物的使用场景药物研发方面:在药物研发方面,模式动物的主要应用场景在临床试验前,分药 物发现阶段和临床前研究(药学研究及安全性评价等)阶段,主要的目的是对候 选药物进行药效和成药性进行评价。评价需要构建多个维度(蛋白、细胞、动物 等)的生物试验,验证候选药物是否真正能产生比较好的效果,这个主要被称为 有效性或者药效,另一方面,有些候选药物在体外(就是蛋白和细胞的
6、维度)试 验中表现很好,但他在人体中并不能达到靶点位置,这就涉及成药性(药物的吸 收、分布、代谢、排泄和毒性)方面,成药性团队也是在多个维度(蛋白、细胞、 动物等)建立相关成药性的评价指标,用各类模型去预测分子的成药性质。这些 评价主要分为体外评价(蛋白、细胞层面)和体内(动物层面)评价,体外评价 的最核心特征是高效和高可及性,可以在较短(往往 1-3 天)就可以完成测试, 试验所需的蛋白或细胞也相对易得,但相关评价模型与人体的相关评价差距较远, 因此更多在药物筛选、先导化合物发现与优化阶段时作相关候选药物对比时使用; 体内模型与人体的实际情况更为接近,因此在重要的节点(先导化合物确证,临 床
7、前候选化合物(PCC)提名和确证,临床前研究)时必须要通过进行体内试验 确证,体内药效模型的难点在于需要在动物上体现特定靶点的特征,且该模型需 要稳定表达,以 EGFR 突变抑制剂的研发为例,需要创造稳定的 EGFR 突变动物 模型,才能有效反映药物的治疗情况,这也是基因修饰动物模型的重要性所在,对 于同类型的靶点,在首次研发使用后可被研究该靶点的众多药物研究者进行多次 使用,因此标准化模型具有规模化的潜力。然而,以小鼠及更复杂动物为代表的动物模型也面临试验周期长的问题,不具备 在早期进行高通量筛选的条件,因此以斑马鱼、线虫为代表的体积较小的动物有 望体现出更高的通量(有可能放置在 24、96
8、 等多孔板等筛选体系中,可以批量进 行相关的筛选),斑马鱼针对其种属特征也可以在抗血管生成药物、中枢神经系 统药物等领域发挥作用。科研方面:科研层面的使用场景比药物研发更为广泛,药物研发只针对候选药物 的评价,科研则会涉及多方面,具体包括已获批或在研药物的新机制研究、新靶 点的发现与确证等基础研究领域,与药物研发相比,定制化的需求会更高,往往 涉及基于全新靶点和全新作用机制的动物模型。基因修饰动物模型服务产业链概览。基因修饰动物模型服务行业上游为生命科学 工具行业,包括实验动物、实验设备、实验试剂、生物信息等领域;下游为生命 科学和医学研究行业,包括科所院校、医药公司、CRO 公司等研发活动实
9、施主体。2.2模式动物的行业规模全球市场规模稳步增长。基因修饰动物模型服务行业隶属的动物模型服务行业,近年来规模增长较快,发展前景良好。根据 GMI 数据,2019 年全球动物模型市 场规模约为 149 亿美元,预计 2023 年将增至 209 亿美元,2015-2023 年 CAGR 约 为 9.25%。国内动物模型服务市场规模有很大提升空间。根据 GMI 数据,2019 年,国内动 物模型服务市场规模约 11 亿美元,预计 2023 年将增至 15 亿美元左右;基因修饰 动物模型服务市场约为 8 亿美元,预计 2023 年将增至 10 亿美元左右。粗略推算, 公司所占市场份额约为 3%,反
10、映了分散化的行业特点。而与国外发达市场相比, 国内动物模型服务行业规模目前还较小,占全球市场总规模的比例还较低,市场 规模及占比有较大提升空间。基因修饰动物模型服务是动物模型市场的重要领域。按照使用的构建技术,动物 模型市场主要对应 CRISPR、ES 细胞打靶、显微注射、核移植等技术类别。其中, 前三类技术对应的为基因修饰动物模型,据 GMI 数据推算,2019 年基因修饰动 物模型服务市场规模约为 100 亿美元,预计 2023 年将增至 141 亿美元,占动物模 型服务市场规模约 67%;2015-2023 年 CAGR 约为 9.34%,规模增速略高于动物 模型服务市场。公司所从事的基
11、因修饰动物模型服务,是最主要的动物模型服务 领域,具有广阔的市场空间和持续的增长趋势。2.3 模式动物的全球代表性公司模式动物的需求随着业务模式和研究方式的变化逐渐转变,在 CRISPR/Cas、ES 细胞打靶技术成熟之前,科学研究者更多购买野生型小鼠,随着相关基因编辑技 术的成熟,基因编辑的小鼠可以有效提高科研人员的试验效率,有望通过高效的 供应体系和丰富的品系布局加速科研单位和相关制药企业/CRO 公司的研发活动。 全球模式动物的代表性公司主要有 Jackson Laborotary,Charlesriver 和 Taconic, 其中 Jackson Laborotary 和 Tacon
12、ic 主要针对模式动物的相关服务,Charlesriver 则 以野生鼠为核心业务、基因编辑小鼠为补充,构建了基于动物的一体化动物供应 +CRO 服务体系。Jackson Laborotary美国国立卫生研究院(NIH)下属的非营利性研究机构,成立于 1929 年,是当 前全球保有各类大小鼠品系最多的机构,主要从事功能基因组及人类疾病机制相 关的基础研究,同时对外出售保有的动物品系及提供相关技术服务,其 JAX 小鼠 已成为行业标准。2019 年营业收入为 4.41 亿美元。目前 JAX 拥有 2200 多名员 工,可为全球提供超过 11000 种品系的具有明确基因背景的小鼠。JAX 既拥有由
13、 美国国家癌症研究所 (National Cancer Institute) 指定的癌症中心(Cancer Center), 也同时拥有由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)资助的研究老龄相 关病、阿尔茨海默氏病、精准遗传学及成瘾疾病的研究所。CharlesriverCharles River 是全球知名的 CRO 公司和动物模型服务提供商,发展历史悠久, 业务范围广泛,具有全球领先的研发实力和产品服务体系,其主营业务包括动物 模型、药物发现及安全评价 CRO 服务等。Charles River 2020 财年实现营业收入29 亿美元,其中动物模型相
14、关收入为 6 亿美元,占营业收入的比重为 20%左右。 Charles River 提供的产品主要是药物研究常用的野生型及自发突变型动物模型, 基因修饰动物模型相关收入占比不高,且品种较少。根据 Charles River 官网,其 目前约包含 2000 余种基因敲除动物模型(Study-ready knockout mouse models)。Taconic Biosciences美国知名公司,成立于 1952 年,供应其保有的野生型、自发突变及基因修饰大 小鼠品系,可为客户提供特定基因修饰品系的定制和繁育,接受表型及药物药效 的委托研究。在美国和欧洲共设立有三个实验室和六个饲养设施,可为全
15、球提供 动物模型及技术服务。2019 年营收为 2.02 亿美元。根据 Taconic 官网,公司有 近 4500 种经典和基因改造的小鼠和大鼠。3.公司核心业务公司已研发出多样化的动物模型。公司主要提供基因修饰动物模型产品和技术服 务,模型产品主要应用于基础科学研究和药物开发,技术服务主要应用于基因功 能表型分析、靶点验证、药物发现及评价等。自成立以来,在肿瘤、神经退行性 疾病、精神疾病、代谢性疾病、炎症、罕见病等基因功能研究和药物研发领域, 公司已累计研发出各类基因修饰动物模型超过 10,000 种。其中,公司自主研发模 型超过 6000 种,尤其在 PD-1、PD-L1、CTLA-4、C
16、D47、TIGIT 等免疫检查点、 APOE4 型阿尔兹海默症、A/B 型血友病等前沿、重点的疾病研究领域,均建立 了人源化小鼠及相关疾病模型,得到科研单位和药物研发企业的广泛应用。公司与各大知名机构建立了深厚的合作关系。凭借规模化的模型研发构建能力和 丰富的模型资源储备,公司良好服务于国家和地方的产业创新战略,先后成为国 家科技部“863”计划生物技术领域疾病动物模型研发基地、上海市模式动物工程 技术研究中心、上海市模式生物技术专业服务平台、上海市比较医学专业技术服 务平台,是上海市“小巨人”企业和高新技术企业;同时,公司与中国科学院、 复旦大学、上海交通大学、浙江大学、清华大学、北京大学等
17、著名科所院校,瑞 金医院、中山医院、华山医院等知名医院,药明生物、信达生物、恒瑞医药、百 济神州、中美冠科等知名创新药研发公司和 CRO 公司建立了良好合作关系。基因修饰动物模型应用场景丰富。基因修饰动物模型系指以模式生物为载体,利 用基因编辑技术将目的 DNA 片段导入或删除修改内源基因,而构造出的能够模 拟人类特定生理、病理、细胞特征的生物模型。模式生物是指应用于科学研究, 用于揭示某种具有普遍规律生命现象的生物物种。相较于野生型的模式生物,基 因修饰模式生物能够对目标基因开展功能缺失或功能获得的研究,达到对人类生 理或病理更精确的模拟,因此更适合作为研究人类基因功能和人类疾病致病机制 探
18、索的实验模型。公司使用的模式生物包括大鼠、小鼠、斑马鱼、线虫等。公司生产的基因修饰动 物模型主要指基因修饰小鼠模型。模式生物是指应用于科学研究及药物研发、揭 示某种具有普遍规律生命现象的生物物种,被称为活的试剂,有着不可替代的 作用。小鼠是和人类基因组高度同源的哺乳动物,组织器官结构和细胞功能与人 类相似,世代周期短,繁殖能力强,且已完成全基因组测序,基因组改造的技术 手段相对成熟,是运用最为广泛的一类模式生物。3.1 基于模型构建优势,提供有针对性的动物模型及服务与一般 CRO 公司相比,公司充分利用其在模型构建上的优势,能够针对性地提供 多类别疾病动物模型,开展精准药物的药效试验服务。相关
19、药效分析与评价服务 有:利用多靶点人源化小鼠模型进行药效分析与评价服务。T 细胞免疫检查点能够通 过提高或者降低免疫信号来调节人体免疫系统。研究表明,许多癌细胞通过表达 作用于某些特定免疫检查点的蛋白,抑制 T 细胞的杀伤性进而发生免疫逃逸;反 之,若使用药物阻断肿瘤细胞蛋白与 T 细胞免疫检查点结合,T 细胞杀伤肿瘤细 胞功能将能够恢复。因此,免疫检查点抑制剂开发已成为癌症治疗药物研发中最 热门的方向之一。公司自主研发的 PD-1、PD-L1、CTLA-4、TIGIT 等免疫检查点 人源化小鼠模型及靶点基因人源化鼠源肿瘤细胞系,可用于免疫调节类药物的药 效分析与评价,适用范围涵盖单抗、双抗、
20、多种生物疗法联用、溶瘤病毒、细胞 治疗等;应用领域包含离体、体内药理药效研究、生物标记物分析、药代动力学 研究及毒性/安全性测试等。高通量抗肿瘤药物体内筛选抗血管生成药物。血管生成是癌症治疗的关键靶 点。目前大量研究证实,斑马鱼是较为理想的血管生物学研究以及抗肿瘤血管生 成药物评价模型。利用血管标记荧光的转基因斑马鱼体节间血管(ISV)生成模 型,可快速进行抗血管生成药物的药效学定量评价或者目标基因的血管生物学功能研究,并成功实现在 96 孔板或者 384 孔板中进行抗血管新药或者新药靶点的体 内高通量和高内涵筛选。公司提供的产品及技术服务主要以小鼠、大鼠为载体,市场容量广阔。按照使用 的动物
21、类别,2019 年小鼠模型的全球市场规模约为 76 亿美元,预计 2023 年将增 至 105 亿美元,占总市场规模比例约为 50%,是动物模型最主要使用的模式生物 载体;除小鼠模型外,以大鼠、猴子为载体的动物模型亦有一定的市场份额,2019 年规模均为 12 亿美元左右。3.2 多样化的基因修饰动物模型产品:种类多样化,满足需求定制化按照产品业务类别的不同,基因修饰动物模型产品可分为定制化模型和标准化模型。定制化模型是根据不同的客户需求定制的产品。定制化模型产品系在客户提供目 标基因信息、策略建议的基础上,按照客户的个性化需求完成策略设计、模型构 建,并向客户交付可稳定遗传的基因修饰动物模型
22、。公司目前已累计为客户提供 了超过 5000 种的定制化模型,积累了深厚的定制化模型开发经验。标准化模型是公司自主开发制作的产品。标准化模型产品系基于公司根据市场需 求和自身的先导研究,自主研发构建可供客户选用的基因修饰动物模型,累计超 过 6000 种。按照用途的不同,标准化模型产品可分为药效评价模型、引种模型、 工具模型等类别。药效评价模型系用于靶点验证、药物安全性测试、药代动力学 研究等用途的模型,近年来需求呈上升趋势,是标准化模型的主要类别;引种模 型主要服务于科研客户基因功能研究和药物创新发现;工具鼠模型主要用于条件 敲除修饰模型的交配繁育。公司通过对基因功能、疾病机制、靶点作用等相
23、关课 题开展先导性、基础性研究,研制了一系列契合生命科学、医学研究和生物医药 前沿领域的标准化模型,部分模型如下:(1)NOD-PrkdcscidIl2rgem1/Smoc -重度免疫缺陷小鼠模型。该重度免疫缺陷小鼠 模型通过对 NODSCID 小鼠的 Il2rg 基因进行敲除得到。由于缺失成熟的 T 细胞、 B 细胞和 NK 细胞,该模型和传统的免疫缺陷小鼠裸鼠模型相比,免疫缺陷程度 更高,更加适宜于作为异种细胞移植的载体,目前已广泛应用在人类肿瘤细胞系、 临床肿瘤组织接种以及人类造血干细胞移植中。(2)C57BL/6-Pdcd1em1(hPDCD1)/Smoc , C57BL/6-Cd27
24、4em1(hPD-L1)Smoc - PD-1, PD-L1 人源化小鼠模型。该人源化小鼠模型系将编码人 PD-1/PD-L1 的 DNA 片段插入到 鼠同源基因的启动子下得到:通过表达人源 PD-1/PD-L1 分子,可用于针对人 PD-1/PD-L1 靶点药物的药效验证。PD-1/PD-L1 是肿瘤免疫疗法中应用最成功的 靶点之一,目前已有多个针对此靶点的单抗类药物上市,同时还有大量针对该靶 点的联用药物或新适应症拓展处于试验阶段。公司的 PD-1/PD-L1 单、双人源化 小鼠模型为相应的单抗、双抗类药物提供了重要的药效评价模型,部分产品已在 信达生物的 PD-1 药物研发中得到使用。(
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