2021年全球及中国基因修饰动物模型服务行业市场发展前景预测及市场规模增长率研究
1、基因修饰动物模型服务行业概况：生命科学和医学研究行业，所处细分行业为动物模型服务行业中的基因修饰动物模型服务行业。对于国内而言，基因修饰动物模型服务行业属于新兴产业，应用前景广阔，增长潜力巨大；北美等发达地区是当前国际上最大的动物模型市场，但在新药研发、药物临床试验活动逐年增加的带动下，动物模型的使用需求仍保持了较高增速。总体上，我国动物模型服务行业的产业化发展尚不成熟，市场规模尚不具优势，但随着国内基础研究投入、医药研发投入和相关CRO服务规模迅速扩大，动物模型和基因修饰动物模型的重要性日益提高，市场规模将持续增长。
中金企信国际咨询公布《2021-2027年中国基因修饰动物模型服务行业市场分析及投资前景研究预测报告》
（1）生命科学和医学研究的重要性
1）基础科研的重要性：基础科学是我国建设世界科技强国的基石。当前，新一轮科技革命和产业变革蓬勃兴起，世界主要发达国家普遍强化基础研究战略部署，全球科技竞争不断向基础研究前移。与欧美发达国家相比，我国基础研究投入比例仍有差距，重大原创性成果较为缺乏，基础创新能力偏弱，若无法在基础科研上实现突破，将对中高效发挥DNA编辑作用，针对基因组特定位点造成DNA双链断裂。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基于ES细胞打靶的同源重组技术，简称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。基于小鼠胚胎干细胞的同源重组技术，是在小鼠胚胎干细胞内通过同源重组对目的基因进行修饰和替换，然后将基因修饰后的ES细胞注射到小鼠囊胚中，并移植到代孕母鼠中发育成基因修饰小鼠的技术。基于小鼠胚胎干细胞的同源重组基因修饰技术流程如下图所示：根据基因修饰要求，构建同源重组打靶载体；将该打靶载体转入ES细胞中，并通过药物筛选获得ES细胞抗性克隆；将同源重组阳性的ES细胞克隆显微注射到囊胚中，获得嵌合体小鼠（F0代小鼠）；嵌合体小鼠和野生型小鼠交配后获得基因修饰的F1代小鼠。
2）胚胎工程技术：胚胎工程技术是指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、受精卵显微注射、囊胚注射、单精注射、胚胎移植、胚胎冻存复苏等技术。这些技术可以帮助人们在体外条件下实现动物受精和早期胚胎发育，完成动物的基因编辑，开展品系的保存延续和种群扩繁等工作。
①体外受精技术：体外受精技术（IVF），是指通过卵子与精子在体外条件下人工受精，培养发育为早期胚胎后，再通过胚胎移植技术将发育的胚胎植入代孕母鼠子宫内，使其发育成子代小鼠的技术。该技术利用超排激素刺激雌鼠超排卵，可以在极少量雄鼠的条件下，一次性获得成百上千只同日龄的子代小鼠，节省繁育的时间和成本。
②单精注射技术单精注射技术，全称：单精子显微注射技术（ICSI），是指通过显微操作系统将单个精子头注入小鼠卵子胞浆内，使卵子受精并发育成小鼠的技术。该技术精简了受精过程，可以用于挽救因为精子无活力或者活力低造成雄性不育的小鼠品系。
我国的长期竞争力构成较大制约。因此，不断完善对包括生命科学、医学在内的基础科学研究体系建设，持续加强基础科研经费的投入强度是十分必要的。
（2）产业价值及社会效益
①产业价值：近年来，全球生物医药行业蓬勃发展，2019年全球药品销售额达到1.3万亿美元，中国成为全球第二大医药市场；我国药品终端市场规模达17955亿元；创新药的市场规模不断扩大，Keytruda（K药）、Opdivo（O药）等知名PD-1靶点单抗创新药自2014年上市以来，全球销售额增长十分迅速，于2019年分别达到111亿美元和72亿美元，分别居于年度销售榜单第2名和第5名。全球市值领先的医药企业中，罗氏、诺华、辉瑞、默克、强生、艾伯维、施贵宝、安进、阿斯利康等均为世界顶尖的创新药企业；国内市值领先的医药企业中，恒瑞医药、百济神州、信达生物亦为中国一流的创新药企业，创新药研发创制对于带动行业规模增长、促进药企价值发现的作用正日益增强。
生物医药行业的持续发展离不开生命科学、医学研究的长期投入，特别对于创新药研发而言，由于其较强的前沿性和探索性，一般更为依赖基础生命科学的突破。因此，随着创新药市场规模的快速扩大，创新药研发投入不断提高，生命科学和医学研究的产业转化潜力将进一步释放。
②社会效益：生命科学和医学研究为人类疾病治疗、疫病防控、医疗条件改善持续作出贡献，社会效益巨大。以肿瘤治疗为例，从早期较为粗放的化学疗法、放射性疗法发展到近年来以PD-1/PD-L1单抗免疫疗法、CAR-T细胞疗法为代表的精准治疗方法，治疗效果已得到大幅优化，而治疗机理的阐释、治疗技术的进步均依赖于科学家对基因组功能、肿瘤微环境、细胞结构等认识的不断加深；在传染病防治领域，近十多年爆发的SARS、禽流感、甲型H1N1流感、新冠肺炎等传染病疫情，对社会经济活动造成了巨大冲击，而其防控必须依托于医疗水平的整体提高。基于此，生命科学和医学研究的进步至关重要。
（2）基因修饰动物模型的重要性：一方面，随着生命科学、医学的研究重心不断向基因功能研究转移，利用基因编辑技术和模式生物表型分析体系，从基因水平阐释人类基因组功能和人类疾病发病机制将是长期趋势。人类疾病发病与基因功能变化有强相关性，通过构建相关的基因修饰动物模型，将有效支撑疾病发病机制研究和诊疗手段的创新研发。比如，PD-1、PD-L1作为肿瘤治疗的靶点系通过对基因修饰小鼠的研究而发现，人源化小鼠模型也是相关抗肿瘤药物的有效筛选与评价工具。基因修饰动物模型在生命科学和医学中的作用将越来越突出。
另一方面，生物医药是我国现阶段及未来长期的重要战略性支柱产业。随着《“十三五”生物产业发展规划》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等一系列利好政策出台，国内生物医药行业面临良好的发展机遇，相比成熟市场具有更大的发展空间，在全球基础研究、创新药研发、CRO服务领域中的地位将更加举足轻重。因此，基因修饰动物模型对于完善、夯实我国生物医药体系的重要性将不断提高，行业发展前景总体向好。
（3）基因修饰动物模型发展历程
1）国内外情况比较：基因修饰动物模型服务行业系在实验动物行业的基础上发展而来。实验动物行业方面，欧美起步于20世纪初，国内起步于20世纪80年代初，发展时间相差约80年；基因修饰动物模型服务方面，国内外产业发展时间较为接近，但目前在行业关键、共性技术的自主研发能力，以及市场化成熟度和产业规模上还存在较大差距。CRISPR/Cas9和ES细胞打靶等共性、关键技术均源于欧美发达国家，国内企业的核心技术主要系基于对该等技术的应用、改良和创新，重大核心技术的原创能力不足。此外，国内行业规模整体较小，业内公司仍以服务科所院校为主，与大型医药企业、CRO公司的业务合作相对较少，市场成熟度与国外发达地区相比还存在较大差距。
但另一方面，我国凭借动物资源储备、科研人才储备、高学历人才优势，已逐渐成为包括全球知名药企和CRO公司的动物模型服务供应来源。且近年随着全球生物医药市场规模的持续扩张，动物实验模型的市场需求日益加大，发达国家受限于资源、成本等因素，依靠自身越来越难以满足对高品质动物模型的需求，因此在客观上为国内基因修饰动物模型服务行业提供了良好的发展机会。
2）行业发展里程碑
①基因工程：基因工程的出现和进步是本行业的发展基础。作为一种使用生物技术直接操纵有机体基因组、改变细胞遗传物质的技术，基因工程通过分子克隆和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。
在传统的生物医药工业领域，基因工程可用于大规模生产胰岛素、生长激素、干扰素、单克隆抗体、疫苗和众多其他药物；在基因治疗领域，基因工程技术将正常基因引入患者细胞内，通过原位修复有缺陷的基因，或替代缺陷基因的方式根治疾病，如Spark公司推出的以AAV为载体的基因治疗药物Luxturna，其可用于治疗因RPE65基因缺陷引起的视网膜疾病。在细胞治疗领域，采用基因工程的方法，对细胞进行工程改造，使之能在体内进行疾病的治疗，如目前已上市的诺华公司用于治疗复发或难治性急性淋巴细胞白血病的CAR-T细胞疗法Kymriah。
②基因修饰动物模型：1973年，鲁道夫·詹尼士通过引入外源DNA进入小鼠胚胎，创造了世界上第一个转基因动物，但基因无法传递到子代；1981年，FrankRuddle、FrankConstantini和ElizabethLacy的实验室将纯化DNA导入小鼠受精卵中，使转入的基因可以传递到小鼠的子代；1984年，携带癌基因可以用来诱发癌症的转基因小鼠成功构建；1989年，马里奥·卡佩奇、马丁·埃文斯和奥利弗·史密斯利用小鼠ES细胞打靶技术建立了第一个普通敲除小鼠模型并获得2007年诺贝尔生理学或医学奖。ES细胞打靶技术已被广泛应用于构建条件敲除、基因敲入、点突变、人源化等模型。
③基因编辑技术：基因编辑技术目前已经发展到第三代。第一代技术：1996年锌指核酸酶技术（ZFN）的建立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。锌指核酸酶，由锌指蛋白（ZFP）和FokⅠ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。ZFN从2001年开始被陆续用于不同物种的基因编辑，在用于构建基因编辑模式生物的同时，也被应用于遗传育种和基因治疗，但编程性差、制作繁琐、效率较低。
第二代技术：转录激活效应因子核酸酶（TALEN）技术。TALEN的构造与ZFN类似，由TALE基序串联成决定靶向性的DNA识别模块，与FokⅠ核酸酶结构域连接而成。与ZFN技术相比，TALEN技术大大提高了编程性能，设计简单，因此自2011年建立后迅速应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）的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。CRISPR/Cas系统是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，2012年其详细机制被发现。与ZFN和TALEN技术相比，CRISPR/Cas技术的设计和制备更加简单，成本更低，编辑效率更高，并衍生出多种基因编辑系统，是目前最重要、最主流的基因编辑技术之一。CRISPR/Cas9连续多年被《Nature》评为最有前景的技术之一，在2015年被《Science》评为技术突破第一名，在2014年和2016年被《麻省理工科技评论》评为10项突破技术之一，2020年诺贝尔化学奖颁给了CRISPR/Cas9的发现者。
（4）基因修饰动物模型服务行业技术：
①体外受精技术：体外受精技术（Invitrofertilization，IVF），是指通过卵子与精子在体外条件下人工受精，培养发育为早期胚胎后，再通过胚胎移植技术将发育的胚胎植入代孕母鼠子宫内，使其发育成子代小鼠的技术。该技术利用超排激素刺激雌鼠超排卵，可以在极少量雄鼠的条件下，一次性获得成百上千只同日龄的子代小鼠，节省繁育的时间和成本。
②单精注射技术：单精注射技术，全称：单精子显微注射技术（Intracytoplasmicsperminjection，ICSI），是指通过显微操作系统将单个精子头注入小鼠卵子胞浆内，使卵子受精并发育成小鼠的技术。该技术精简了受精过程，可以用于挽救因为精子无活力或者活力低造成雄性不育的小鼠品系。
③精子、胚胎冻存复苏技术：精子或者胚胎冻存技术是指将小鼠的精子或者胚胎放在特殊的冻存液中，通过程序降温或者快速冷冻的方法，将精子或者胚胎储存于液氮中，用于品系的长期保存；胚胎复苏技术是指通过升温的办法将冻存的精子或者胚胎解冻，将存活的胚胎移植到代孕小鼠子宫内发育，进而获得冻存品系小鼠活体的技术。
（5）基因修饰动物模型服务行业规模：
1）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。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%。
2015-2023年全球基因修饰动物模型服务行业市场规模现状分析
数据统计：中金企信国际咨询
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，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。按照使用的动物类别，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。
2）国内市场规模：根据中金企信国际咨询统计数据，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。与国外发达市场相比，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。
（4）国内外市场的发展阶段及前景：以基因修饰动物模型服务为核心的动物模型服务在全球范围内均属于新兴产业。
美国目前是全球最大的动物模型和小鼠模型市场，2019年市场规模分别约为81亿美元和61亿美元，其中小鼠模型的全球市场份额高达约80%。此外，随着医药企业、生物科技公司和政府部门投资的增加，靶向药需求和药物研发临床前试验数的提高，美国地区动物模型的使用量和市场规模仍将持续增长。
国内方面，基因修饰动物模型的全球市场份额虽然不高，但随着新药研发和CRO行业的蓬勃发展，模型使用量快速增加，应用领域不断拓展。同时，随着基因编辑技术的持续进步和成熟，国内生产动物模型的效率和成本不断优化，从而有望带动国内及海外市场需求的增加。综上，基因修饰动物模型服务行业具有良好的发展前景。