中國分子診斷行業(yè)現(xiàn)狀分析
分子診斷的基本原理
基因(DNA)承載了生命的所有奧秘,分子診斷是打開精準(zhǔn)醫(yī)療行業(yè)的金鑰匙。分子診斷可以實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人的基因組分析,提供個(gè)性化的診斷,在精準(zhǔn)度上、信息密度上遠(yuǎn)超其他診斷方式。分子診斷就是通過對(duì)基因堿基對(duì)分析,得到基因核酸序列,判斷基因樣本是否發(fā)生變異,幫助確診、規(guī)避某些疾病。
分子診斷的技術(shù)平臺(tái)
分子診斷有以下幾種技術(shù)平臺(tái):PCR(擴(kuò)增技術(shù))、FISH(熒光原位雜交)、基因芯片和基因測(cè)序。其中PCR技術(shù)主要是將極低濃度的DNA擴(kuò)增放大檢測(cè);FISH主要是基于探針和熒光素檢測(cè)特異性基因片段;而基因芯片則可一次性檢測(cè)多個(gè)基因靶點(diǎn);基因測(cè)序則是在更長維度上檢測(cè)基因序列。
分子診斷的產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀
分子診斷產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是原料供應(yīng)商,包括診斷酶、引物、反轉(zhuǎn)酶、探針等生物制品、高純度氯化鈉、無水乙醇等精細(xì)化學(xué)品以及提取介質(zhì)材料;中游主要是診斷儀器耗材和試劑供應(yīng)商包括羅氏、賽默飛、達(dá)安基因、科華生物、之江生物等,下游主要是使用儀器或試劑的用戶,包括醫(yī)院、第三方醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、血站、體檢中心等。

根據(jù)中國分子診斷產(chǎn)業(yè)圖譜統(tǒng)計(jì)來看,目前國內(nèi)共有約1096家分子診斷相關(guān)企業(yè),并形成了以上海(共225家)、廣東(共143家)、四川(共80家)、浙江(共62家)、山東(共39家)、京津冀(共31家)、湖北(共31家)、江蘇(共27家)為代表的產(chǎn)業(yè)集聚區(qū),其中,主營基因測(cè)序企業(yè)有647家,主營PCR企業(yè)有439家,主營基因芯片企業(yè)有98家,主營FISH企業(yè)有65家。
分子診斷行業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力
分子診斷的底層需求是對(duì)基因的胚系變異(遺傳性)與體細(xì)胞變異(獲得性)的檢測(cè),行業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力是基于需求端、技術(shù)端、政策端共同促進(jìn)分子診斷的臨床應(yīng)用。
需求端:疾病預(yù)防觀念+人均收入提高+療效提升需求,催生醫(yī)療消費(fèi)升級(jí)。
隨著人口老齡化的加劇與居民醫(yī)療保健意識(shí)的提升,居民對(duì)健康體檢的訴求不斷加大,進(jìn)而推動(dòng)由已病治療向未病預(yù)防的醫(yī)療消費(fèi)升級(jí)。根據(jù)公開資料統(tǒng)計(jì),自2010~2015年,中國體檢市場(chǎng)規(guī)模由295億元增加到940億元,CAGR=26.08%;若按照CAGR=20%估計(jì),到2020年健康體檢市場(chǎng)規(guī)模將有望達(dá)到2400億元。
根據(jù)世界衛(wèi)生組織推算的數(shù)據(jù)顯示,在疾病的早期階段提供精準(zhǔn)的診斷和篩查服務(wù),其中每投入1元,可節(jié)省下后續(xù)治療費(fèi)用8.5元以及搶救費(fèi)用100元的醫(yī)療支出。精確診斷的推廣使用,可以減少因誤診導(dǎo)致的無效花費(fèi),大幅減少醫(yī)?;鸬睦速M(fèi)。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),自1999年到2015年,全國人均可支配收入由5854元增長到31195元,提高了5.33倍,因此檢測(cè)價(jià)格/人均可支配收入占比不斷下降,分子診斷也因此表現(xiàn)出更高的性價(jià)比。
當(dāng)前難治性疾病(如腫瘤、老年癡呆、骨質(zhì)疏松等)發(fā)病原因復(fù)雜,精準(zhǔn)醫(yī)療的應(yīng)用將顛覆傳統(tǒng)治療方式。依托于分子診斷技術(shù),精準(zhǔn)醫(yī)療對(duì)疾病做出精確診斷,實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人的基因組分析,提供個(gè)性化的診斷,在精準(zhǔn)度上、信息密度上遠(yuǎn)超其他診斷方式。
供給端:分子診斷技術(shù)不斷更替,檢測(cè)成本下降明顯
國內(nèi)體外診斷行業(yè)在2001年以前一直處于導(dǎo)入期,高端診斷產(chǎn)品(診斷儀器、試劑等)均依賴于國外進(jìn)口;在2001-2010年,整體行業(yè)集中度不斷提升,國內(nèi)龍頭企業(yè)在某些細(xì)分領(lǐng)域掌握了一定話語權(quán),開始逐漸布局高端診斷領(lǐng)域;在2010年以后,體外診斷行業(yè)的細(xì)分子行業(yè)特點(diǎn)不斷強(qiáng)化,逐漸形成了高端診斷技術(shù)代替低端技術(shù)趨勢(shì),分子診斷在行業(yè)發(fā)展中脫穎而出。
隨著診斷技術(shù)的更新?lián)Q代與業(yè)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇,診斷技術(shù)與服務(wù)的價(jià)格不斷下降,尤其是高端診斷方法的價(jià)格下降明顯。根據(jù)北京市發(fā)改委公布的醫(yī)療服務(wù)價(jià)格,1999年至2015年,分子診斷價(jià)格明顯下降,由480元/人次下降到250元/人次。以基因測(cè)序?yàn)槔?,根?jù)NIH統(tǒng)計(jì),全基因組與單基因的測(cè)序成本急速下滑。第一代測(cè)序儀基因組測(cè)序成本約1000萬美元,2013年Illumina推出HiSeqXTen后,基因組測(cè)序成本下降到1000美元以下。
政策端:精準(zhǔn)醫(yī)療關(guān)乎國家戰(zhàn)略,分級(jí)診療推動(dòng)國產(chǎn)替代。
精準(zhǔn)醫(yī)療是國家戰(zhàn)略。《中國制造2025》提出,要提高醫(yī)療器械創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)化水平,重點(diǎn)產(chǎn)品包括高通量臨床檢驗(yàn)設(shè)備和分子診斷設(shè)備等;分級(jí)診療制度提出預(yù)計(jì)未來會(huì)有20-30%的病人在社區(qū)門診和民營醫(yī)院等機(jī)構(gòu)進(jìn)行診療,從而帶動(dòng)二三級(jí)醫(yī)院檢驗(yàn)科對(duì)于體外診斷產(chǎn)品的采購需求;精準(zhǔn)醫(yī)療制度指出2014年以后,NMPA等機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)高通量測(cè)序在NPIT、PDG等生育健康領(lǐng)域的臨床應(yīng)用試點(diǎn),并計(jì)劃在2030年前我國精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域?qū)⑼度?00億元。
分子診斷的臨床應(yīng)用場(chǎng)景
分子診斷的臨床應(yīng)用場(chǎng)景包括無創(chuàng)產(chǎn)檢、遺傳生殖、伴隨診斷、液體活檢、基礎(chǔ)科研、感染性疾病等。分子診斷用于藥物研發(fā)還處于早期;在腫瘤、心血管等慢性疾病的診療方面已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)入期;在遺傳疾病診斷、胚胎植入前遺傳學(xué)檢測(cè)和植入前基因診斷均已經(jīng)進(jìn)入成長期,非上市公司包括嘉寶仁和、億康基因等;在無創(chuàng)產(chǎn)前篩查及一些傳染性疾病篩查方面已經(jīng)屬于成熟期,相關(guān)企業(yè)包括華大基因、貝瑞基因、安諾優(yōu)達(dá)等。廈門普睿邁格生物(m.5000js.com)為分子診斷提供全套的磁珠法核酸提取方案,在各場(chǎng)景中均能較好應(yīng)用。
分子診斷市場(chǎng)空間測(cè)算(以技術(shù)平臺(tái)為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn))
PCR:熒光定量PCR診斷引導(dǎo)當(dāng)前主流,數(shù)字PCR趨勢(shì)逐步清晰,預(yù)計(jì)2021年我國PCR市場(chǎng)規(guī)模達(dá)53.4億元。
從各代技術(shù)生命周期來看,第一代定性PCR現(xiàn)已基本被市場(chǎng)淘汰,進(jìn)入衰退期;第二代熒光定量PCR是目前PCR技術(shù)的主流,已具備良好的臨床基礎(chǔ),正處于成長期過渡至成熟期階段,市場(chǎng)增速在15%-20%之間;以熒光定量為基礎(chǔ)的ARMS、HRM等分化技術(shù),現(xiàn)在正處于成長期,市場(chǎng)增速在20%以上;第三代數(shù)字PCR是最先進(jìn)技術(shù)及未來發(fā)展方向,目前臨床應(yīng)用尚未成熟,處于導(dǎo)入期,市場(chǎng)增速約在10%-15%之間。
就國內(nèi)市場(chǎng)而言,PCR診斷市場(chǎng)規(guī)模占分子診斷市場(chǎng)規(guī)模的比例超過30%,預(yù)計(jì)未來3-5年內(nèi)PCR仍是主流的分子診斷技術(shù)。2017年我國PCR市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到32.67億元,根據(jù)對(duì)感染性疾病、血篩、腫瘤伴隨診斷市場(chǎng)的需求合算,保守估計(jì)到2021年,國內(nèi)市場(chǎng)PCR規(guī)模將達(dá)到53.4億元,CAGR=13.1%。
基因芯片:預(yù)計(jì)2020年全球基因芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)184億美元,國內(nèi)中游試劑與儀器率先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,國內(nèi)市場(chǎng)預(yù)計(jì)占比不到10%。
基因芯片產(chǎn)業(yè)鏈可劃分為上游原材料、中游制造、下游應(yīng)用三部分,上游原材料包括芯片基片、點(diǎn)樣樣品、探針制備等,其中國外企業(yè)(ThermoFisher、Centrillion、Agilent)壟斷了上游原位芯片、芯片打印技術(shù);中游制造主要包括基因芯片診斷試劑盒和基因芯片儀器,國內(nèi)企業(yè)目前主要集中在中游試劑生產(chǎn)與儀器組裝;下游應(yīng)用市場(chǎng)主要為醫(yī)療機(jī)構(gòu)、第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)等。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),國內(nèi)進(jìn)行基因芯片業(yè)務(wù)的公司主要分為三類:一是外資企業(yè),主要有Illumina等老牌企業(yè),他們進(jìn)入行業(yè)較早,基因芯片研發(fā)技術(shù)成熟;二是國家級(jí)科研中心,他們以科研為主,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展緩慢;三是部分民營企業(yè),主要有北京博奧、百傲科技、賽樂奇等,憑借自主研發(fā)技術(shù)率先推廣基因芯片的產(chǎn)業(yè)化,因此能夠掌握核心技術(shù)的頭部企業(yè)依然將有著較為明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)火石創(chuàng)造對(duì)全球市場(chǎng)規(guī)模的統(tǒng)計(jì)與預(yù)測(cè)來看,2010年至2016年,全球基因芯片市場(chǎng)規(guī)模由7.6億美元增長到61.8億美元,CAGR=41.81%;預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到184億美元,2016-2020年均復(fù)合增長率為31.36%。我國基因芯片市場(chǎng)規(guī)模還比較小,預(yù)計(jì)占全球市場(chǎng)份額不到10%。
基因測(cè)序:生育檢測(cè)市場(chǎng)百億規(guī)模,腫瘤液態(tài)活檢市場(chǎng)預(yù)計(jì)千億規(guī)模
二代測(cè)序的原理豐富多樣,但共同的特點(diǎn)是海量的測(cè)序反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行,擁有遠(yuǎn)大于一代測(cè)序的速度和通量,同時(shí)成本卻低得多。二代測(cè)序的出現(xiàn)和不斷優(yōu)化,使基因測(cè)序成本下降到前所未有的水平,速度和數(shù)據(jù)量卻有極大上升,帶來了基因組學(xué)研究的深遠(yuǎn)變革,基因測(cè)序也大范圍應(yīng)用到科研之外的多個(gè)領(lǐng)域,特別是在醫(yī)療診斷方面發(fā)揮了更大的作用,其中醫(yī)療診斷領(lǐng)域應(yīng)用最廣的兩個(gè)領(lǐng)域是生育健康領(lǐng)域和腫瘤領(lǐng)域。
基因測(cè)序在生育健康相關(guān)方面的應(yīng)用主要有無創(chuàng)產(chǎn)前檢測(cè)(NIPT)、植入前胚胎遺傳學(xué)診斷(PGD/PGS)、遺傳疾病風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)等。其中NIPT是當(dāng)前市場(chǎng)規(guī)模最大、最成熟的領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球NIPT測(cè)序市場(chǎng)規(guī)模在7.5億美元左右。我國是出生缺陷高發(fā)國家,但目前產(chǎn)前篩查的覆蓋面尚不足孕婦人群10%,NIPT覆蓋人群更是有限。據(jù)估計(jì),如按國內(nèi)NIPT市場(chǎng)滲透率僅5-10%,以單價(jià)2000元/例計(jì)算,國內(nèi)NIPT市場(chǎng)當(dāng)前規(guī)模在18-35億人民幣之間。作為一項(xiàng)對(duì)產(chǎn)婦有重大意義的檢測(cè),未來其滲透率完全有可能達(dá)到30%,則市場(chǎng)規(guī)模也可達(dá)到130億元以上。隨著各地不斷有建議和輿論推動(dòng)NIPT納入醫(yī)保,我們認(rèn)為這一進(jìn)程將成為行業(yè)進(jìn)一步壯大的催化劑。
輔助生殖診斷(如PGD、PSD)原理和目的與NIPT類似,但檢測(cè)對(duì)象為胚胎,采用單細(xì)胞全基因組擴(kuò)增技術(shù)和全基因組低覆蓋度高通量測(cè)序技術(shù),通過采集胚胎活檢細(xì)胞以及家系的外周血樣本,對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)生物信息學(xué)軟件分析,可準(zhǔn)確分析胚胎染色體數(shù)目及結(jié)構(gòu)異常情況以及判斷胚胎是否遺傳了父母的致病突變。按照每次胚胎篩查/診斷2500元計(jì)算,我國潛在市場(chǎng)約80億元。
在腫瘤領(lǐng)域,目前診斷和研究都依賴于活檢獲取的腫瘤組織,活檢是臨床診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”和最終診斷手段,但活檢組織來源于手術(shù)和穿刺,存在諸多局限。第一,活檢帶來創(chuàng)傷和并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)且一般不能反復(fù)進(jìn)行;第二,有相當(dāng)比例的病人不能或不宜進(jìn)行手術(shù),或是很難進(jìn)行穿刺獲取相應(yīng)部位的腫瘤組織標(biāo)本;第三,腫瘤組織具有高度異質(zhì)性,單次獲取特異組織進(jìn)行活檢并不能全面地獲取腫瘤組織狀況和進(jìn)展信息;第四,活檢一般源于影像學(xué)診斷的指導(dǎo),影像在早期診斷或篩查方面不具備優(yōu)勢(shì)。因此,用靜脈血液樣本替代腫瘤組織,對(duì)循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)、循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)、外泌體等多種指標(biāo)進(jìn)行分析,并用來對(duì)癌癥進(jìn)行篩查檢測(cè)的“液體活檢”技術(shù)迅速發(fā)展并受到醫(yī)學(xué)界和商業(yè)界的密切關(guān)注。測(cè)序技術(shù)能提供高度的靈敏性和巨大信息含量,與液體活檢技術(shù)結(jié)合,檢測(cè)血液中的腫瘤信息,在提升檢測(cè)靈敏度的同時(shí),更使早期檢測(cè)篩查成為了可能。
PiperJaffray預(yù)計(jì),在2026年全球腫瘤液體活檢市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到286億美元,其中早期篩查市場(chǎng)規(guī)模150億美元、指導(dǎo)治療方案市場(chǎng)規(guī)模17億美元、治療監(jiān)測(cè)市場(chǎng)規(guī)模50億美元、復(fù)發(fā)監(jiān)控市場(chǎng)規(guī)模69億美元?!?017年中國腫瘤登記年報(bào)》顯示,40歲以后癌癥發(fā)病率快速上升,按預(yù)計(jì)壽命85歲計(jì)算,人一生中患癌風(fēng)險(xiǎn)高達(dá)36%,我們以此為預(yù)測(cè)基準(zhǔn)進(jìn)行未來市場(chǎng)空間估計(jì)。根據(jù)中國人口統(tǒng)計(jì)來看,全國40歲以上人口超過5億,預(yù)期腫瘤液體活檢的滲透率為1%-2%,腫瘤液體活檢市場(chǎng)空間的樂觀、中性、悲觀估計(jì)分別約為1500億元、1125億元、750億元。
行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)
行業(yè)發(fā)展趨勢(shì) |
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PCR 技術(shù)不斷創(chuàng)新 |
經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展,人們已在常規(guī) PCR 的基礎(chǔ)上衍生出了多重PCR (multiplex PCR)、巢式PCR (nestedPCR)、反轉(zhuǎn)錄 PCR(reverse transcription PCR)和實(shí)時(shí)熒光定量PCR 和數(shù)字 PCR(digital PCR)等多種技術(shù)。目前應(yīng)用最廣泛的實(shí)時(shí)熒光定量 PCR技術(shù)在核酸擴(kuò)增的同時(shí)加入了特異性熒光探針,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)擴(kuò)增過程,實(shí)現(xiàn)了定量檢測(cè)。 |
非核酸類檢測(cè)技術(shù)取得進(jìn)展 |
除了對(duì)核酸的直接檢測(cè),對(duì)蛋白質(zhì)等非核酸物質(zhì)的檢測(cè)也是分子診斷的重要內(nèi)容之一。蛋白芯片可以極大地提高蛋白檢測(cè)的通量,其基本原理是將蛋白質(zhì)有序地固定于載玻片等固相介質(zhì)上,然后用熒光標(biāo)記的抗體與芯片作用,抗體上的熒光指示對(duì)應(yīng)的蛋白質(zhì)及其表達(dá)量,可以實(shí)現(xiàn)高通量的蛋白檢測(cè)。 |
測(cè)序技術(shù)方興未艾 |
在第二代測(cè)序不斷完善和廣泛應(yīng)用的同時(shí),以單分子 DNA 測(cè)序?yàn)樘卣鞯牡谌鷾y(cè)序技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。2008年,Helico BioScience 公司首先報(bào)道了基于全內(nèi)反射顯微鏡(TIRM) 的單分子測(cè)序技術(shù),現(xiàn)在已經(jīng)成功推出第三代測(cè)序儀Pacbio RS Ⅱ和Pacbio Sequel。之后又出現(xiàn)了 Pacific BioSciences公司開發(fā)的單分子實(shí)時(shí)技術(shù)(SMRT)以及OxordNanopore Technologies 公司的納米孔技術(shù)。這些技術(shù)未來也可能成為分子診斷的生力軍。 |
POCT 繼續(xù)發(fā)展 |
POCT 和分子診斷是體外診斷行業(yè)增長最快的兩個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。POCT 產(chǎn)品有三個(gè)特點(diǎn):檢測(cè)時(shí)間短,檢測(cè)空間靈活,檢測(cè)操作者可以是非專業(yè)人員,甚至是被檢對(duì)象本人。POCT 平臺(tái)的發(fā)展目標(biāo)是將多步驟的檢測(cè)完全整合到一個(gè)系統(tǒng),用戶只需要加入樣品,系統(tǒng)就可以全自動(dòng)化地完成剩下所有步驟,實(shí)現(xiàn)“樣品進(jìn),結(jié)果出”,而 POCT 產(chǎn)生的終端數(shù)據(jù)通過傳輸?shù)竭_(dá)醫(yī)療機(jī)構(gòu),可以對(duì)被檢人員提供遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。 |
分子成像技術(shù)逐漸成熟 |
目前我們常說的分子診斷是指“體外診斷”,即從待測(cè)者身上采取樣本后在體外進(jìn)行檢測(cè)。近年來醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展使“體內(nèi)”分子診斷成為可能,即體內(nèi)分子成像。分子成像可以使細(xì)胞功能可視化,并且能在生物活體內(nèi)部無創(chuàng)地跟蹤分子過程,對(duì)于許多疾病特別是對(duì)腫瘤的早期診斷、分型、藥物靶點(diǎn)檢測(cè)、預(yù)后評(píng)估具有重要意義。分子成像的關(guān)鍵在于分子探針技術(shù)、系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)及數(shù)據(jù)分析與處理三個(gè)方面而多模態(tài)分子成像是未來的發(fā)展方向。Su 等利用親和體修飾銅 (64Cu) 標(biāo)記的異質(zhì)納米復(fù)相結(jié)構(gòu)材料金 – 鐵氧化物靶向表皮生長因子受體(EGFR),借助正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(PER)、磁共振成像(MRI)、光學(xué)三模態(tài)成像從不同層面對(duì) EGFR 進(jìn)行可視化研究,可以更敏感地檢測(cè)EGFR 的表達(dá)。雖然分子成像在一些癌癥的診療領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的研究成果,但是其臨床應(yīng)用大多以失敗告終,這與癌癥的高異質(zhì)性、復(fù)雜的微環(huán)境、特殊的解剖學(xué)特點(diǎn)等有關(guān)。因此,分子影像學(xué)的廣泛應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)。 |
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