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分子診斷行業(yè)深度報告:誰才是王者, PCR 還是 NGS?

日期:2020-10-03
瀏覽量:3071

分子診斷行業(yè)深度報告:誰才是王者, PCR 還是 NGS?


??分子診斷引領 IVD 快速發(fā)展,應用場景多樣化分子診斷是 IVD 領域發(fā)展最快的細分領域,2019 年國內市場規(guī)模達 132.1 億元,年復合增長率達到 31.63%。分子診斷技術和應用場景多樣化,不同場景處在不同的發(fā)展階段、擁有不同的判斷邏輯NIPT:NGS 技術的發(fā)展典范,發(fā)展相對成熟,已進入市場認知較高、醫(yī)保支持覆蓋階段,滲透率繼續(xù)提升、產品升級換代為主要成長邏輯。貝瑞基因和華大基因寡頭壟斷,先發(fā)優(yōu)勢顯著。預計 2025 年國內 NIPT 市場規(guī)模將達到約 100 億元。伴隨診斷:多種檢測手段并行,目前以 PCR 為主,NGS 是未來方向,在技術發(fā)展、新靶點和新靶向藥物發(fā)現(xiàn)、伴隨診斷產品納入醫(yī)保等驅動力下,檢測市場仍有量價齊升空間。代表企業(yè)包括艾德生物、燃石醫(yī)學、泛生子等。腫瘤早篩:“藍?!笔袌?,理論市場空間大。從技術上來看,液體活檢發(fā)展是核心,從市場上來看,精準定位需求是關鍵。??腫瘤早篩是概念還是有前景?早篩的目標群體主要是健康人群,較腫瘤患者群體更具有群眾基礎;同時,腫瘤早篩成熟化產品尚未形成,早篩理論前景可期。我們認為能夠率先走出來的產品需要精準抓住需求點及診療路徑,如貝瑞基因 PreCar 肝癌早篩項目:1)精準定位需求:以潛在高危人群為主,相較于普通健康人群,具有更高意愿進行肝癌相關早篩。2)精準定位診療路徑:應用場景可拓展至醫(yī)院院內,不局限于體檢機構及一年一 次的體檢頻率。??PCR vs NGS:優(yōu)勢互補,長期共存NGS 存在部分技術瓶頸尚未解決、成本較高、入院困難、醫(yī)保覆蓋范圍有限等諸多難題,對 PCR 市場份額的沖擊較小。從基因檢測數(shù)量看,PCR 能滿足現(xiàn)有檢測需求,NGS 適合高通量檢測需 求;PCR 和 NGS 在應用場景是重疊度較低,PCR 和 NGS 在不同細分領域“各領風騷”。因此我們認為,短中期來看,PCR 和 NGS 之間是優(yōu)勢互補、相輔相成、共存發(fā)展而并非替代的關系,目前 PCR 仍將是主流的分子診斷平臺,NGS 是未來發(fā)展的重要趨勢。??投資建議與盈利預測考慮到分子診斷市場蓬勃發(fā)展、技術革新,我們給予行業(yè)推薦評級。重點推薦 PCR+NGS 雙布局的艾德生物、NIPT 現(xiàn)金流+肝癌早篩產品即將落地的貝瑞基因和專注婦幼檢測龍頭凱普生物,建議關注國內基因測序服務龍頭華大基因及關聯(lián)上游企業(yè)華大智造;腫瘤 NGS 檢測上市龍頭企業(yè)?燃石醫(yī)學、泛生子及擬上市世和基因、諾禾致源。?風險提示公司產品研發(fā)不及預期、政策風險、新冠疫情風險。


報告正文

投資摘要:IVD 黃金賽道,百億級市場蓄勢待發(fā)

分子診斷是發(fā)展最快的 IVD 細分領域,國內分子診斷市場廣闊、增長迅猛。相比生化診斷、免疫診斷等,分子診斷憑借檢測時間短、靈敏度更高、特異性更強等優(yōu)勢,在精準醫(yī)療和個性化治療需求的推動下,成為 IVD 賽道發(fā)展最快的細分領域。2013-2019 年,我國分子診斷市場規(guī)模由 25.4 億元增長至約?132.1 億元,年復合增長率達到 31.63%, 呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢,雖然僅占全球市場規(guī)模的 16.86%,但是增速約為全球增速的?2.6 倍。?

分子診斷應用場景多樣化,覆蓋生育健康檢測、腫瘤全周期檢測、傳染病檢測等多個領域,本報告重點梳理了幾個 投資者較為關注的熱門領域進行剖析,主要包括:?

?(1)無創(chuàng)產前診斷(NIPT):NIPT 是 NGS 應用成熟的典范領域,相比傳統(tǒng)的血清學唐篩,NIPT 具有檢出率高、 流產風險低、檢測周期短、操作簡便等諸多優(yōu)勢,市場廣闊而成熟。NIPT 檢測范圍隨著技術的發(fā)展不斷擴大, 貝瑞基因、華大基因等龍頭企業(yè)推出的 NIPT Plus?升級產品將檢測范圍拓展至更多的染色體數(shù)量或結構異常、 甚至單基因遺傳病,更好地契合不同的臨床需求。隨著國內對 NIPT 監(jiān)管從無序到有序、越來越多省份將 NIPT 納入醫(yī)?;蚪档蛢r格,NIPT 開始進入大眾價時代。國內貝瑞基因和華大基因憑借先發(fā)優(yōu)勢和技術優(yōu)勢寡頭壟斷,市場競爭格局已趨于穩(wěn)定。

(2)腫瘤伴隨診斷:伴隨診斷(CDx)是靶向用藥、實現(xiàn)精準治療的關鍵因素。目前仍以 PCR 為主,F(xiàn)DA 批準的 39 個 CDx 產品中有 15 個是基于 PCR,NGS 是未來方向,2018 年燃石醫(yī)學、諾禾致源、世和基因、艾德生 物四家企業(yè)的腫瘤 NGS 檢測試劑盒先后獲批,標志著國產 NGS 伴隨診斷產品開始邁入市場化階段,PCR 和 NGS 將齊頭并進、共同發(fā)展。目前伴隨診斷滲透率不足 50%,根據(jù)我們測算,肺癌、胃癌等 6 個癌種的 PCR+NGS 伴隨診斷市場規(guī)模合計約 39 億元,隨著大 Panel 和 NGS 產品滲透率提升,以及更多靶點和相應靶向藥物的發(fā)現(xiàn),伴隨診斷市場有望進一步擴容。國內艾德生物憑借多年的技術優(yōu)勢和產品布局成為伴隨診斷行業(yè)領跑者,產品管線豐富,核心競爭力強,渠道和品牌優(yōu)勢明顯,PCR 領域基本實現(xiàn)進口替代;燃石醫(yī)學是國內腫瘤 NGS 伴隨診斷領域龍頭,憑借核心技術優(yōu)勢于 2018 年拿下國產“腫瘤 NGS 試劑盒第一證”,目前 在腫瘤 NGS 伴隨診斷市占率第一。?

(3)腫瘤早篩:現(xiàn)有早篩手段多具有一定局限性,多數(shù)癌種尚無有效監(jiān)測手段,我國早篩“藍?!笔袌隼碚撌袌隹臻g大,巨大潛在需求吸引國內外企業(yè)加速布局并搶占市場份額。從全球企業(yè)布局來看,全球頭部公司多處于產品研發(fā)優(yōu)化及驗證階段,Grail、Freenome 和 Thrive 等高科技公司走在前列。國內企業(yè)尚處于起步階段,早篩的臨床驗證需要較高的研發(fā)投入,其中貝瑞基因和燃石醫(yī)學等企業(yè)進度領先。貝瑞基因的 PreCar 肝癌早篩項目預計 2020 年8月將以 LTD 的形式落地,預計有望成為早篩成功標桿。燃石醫(yī)學主要在泛癌種早篩方向發(fā)力,包括肺癌、腸癌和肝癌三種,基于深度甲基化測序與機器學習技術,公司開展了國內迄今為止最大規(guī)模的前瞻性、泛癌種早檢研究,預期納入 1.4 萬受試者,并計劃在三年內完成早篩產品的技術優(yōu)化及臨床驗證。在政策、技術和市場需求的驅動下,國內早篩市場有望迎來蓬勃發(fā)展。

(4)傳染病檢測(新冠檢測+血液篩查):2020 年疫情期間,新冠核酸檢測試劑成為遏制疫情傳播的有力手段,核酸檢測是確診新冠肺炎的“金標準”。隨著海內外疫情先后蔓延,檢測試劑需求激增,大規(guī)模篩查已成常態(tài)化,國家先后啟動了試劑集采、鼓勵各地二級以上醫(yī)院建設 PCR 實驗室等政策,檢測成本、試劑日產能、日平均檢測量均有了大幅提升,截止 2020 年 7 月底,全國累計核酸檢測量已達 1.6 億人份,核酸檢測試劑周產能達 到 4648 萬人份,充分保障了國內核酸檢測常態(tài)化需求。新冠檢測市場規(guī)模較大,市場競爭激烈,集采中以價換量、保證產品質量以及拿到海外出口批文將成為國內相關企業(yè)業(yè)績增厚的關鍵因素,預計 2020 年下半年甚至 2021 年,邁克生物、之江生物、達安基因等核酸檢測試劑供應商以及迪安診斷、金域醫(yī)學等第三方檢測實驗室將持續(xù)受益。血液篩查主要應用于血站和漿站,我們預計2020-2022 年血液核酸檢測市場規(guī)模將穩(wěn)定在 26 億元左右。從競爭格局看,國內血篩檢測試劑銷售以政府招標為主,各家產品同質程度高,因此渠道優(yōu)勢、成本優(yōu)勢、儀器投放能力將成為國內廠商中標的主要因素,科華生物、達安生物、上海浩源等老牌國產企業(yè)以及羅氏、諾華等進口企業(yè)或持續(xù)受益。


針對市場討論比較關注的問題,我們也嘗試做一些淺析,以供參考:

1.無創(chuàng)產前篩查(NIPT)的天花板是否到達?增量空間從何而來?

市場多數(shù)認為 NIPT 市場已經(jīng)發(fā)展成熟,每年新生兒數(shù)量趨于穩(wěn)定甚至呈現(xiàn)一定的下降趨勢,天花板已現(xiàn)。但我們考慮,NIPT 市場成長不僅僅取決于新生兒數(shù)量,而是隨著技術發(fā)展帶來的疾病譜篩查擴大、以及認知度和保障度改善 帶來的滲透率提升:?

NIPT 檢測范圍擴大:現(xiàn)有獲批 NIPT 產品主要檢測 13、18 和 21 號染色體的非整倍體異常,隨著貝瑞基因、 華大基因等公司的 NIPT Plus 產品升級,檢測范圍將從 3 種常見非整倍體數(shù)目異常的檢測至其他染色體非整 倍體異常、染色體微缺失/微重復、單基因遺傳病檢測等,市場空間廣闊。?

醫(yī)保支付覆蓋+孕婦檢測意識的提升雙輪驅動 NIPT 市場擴容:隨著 NIPT 進入技術成熟階段,檢測費用有所 下調,同時醫(yī)保逐步覆蓋,較大程度上有助于提升可及性。2013 年,深圳市率先將 NIPT 檢測項目納入醫(yī)保 范疇,極大提高了 NIPT 檢測的認知度和滲透率。從 2016 年數(shù)據(jù)來看,非高齡孕婦中 NIPT 的滲透率僅有 3%, 仍有較大提升空間。目前,僅有 10 個省份將 NIPT 納入醫(yī)保。?

因此,根據(jù)我們測算,目前 NIPT 在高齡產婦中滲透率為 35%,非高齡產婦中滲透率為 15%,全市場規(guī)模為 40.03 億。預計隨著醫(yī)保覆蓋提升、產品升級換代,2025 年我國 NIPT 市場規(guī)模有望達到約 100 億元,仍有超過一倍提升空間。


2.腫瘤早篩前景如何判斷?玩家眾多,誰才是“王者”?

腫瘤早篩相較于“擁擠”的腫瘤個體化治療更加受到市場青睞,一方面,早篩的目標群體主要是健康或亞健康人群,較腫瘤患者群體更具有群眾基礎;另一方面,腫瘤早篩市場仍然處于“藍?!保墒旎a品尚未形成,早篩理論前景可期。

千億級潛在市場吸引國內外企業(yè)加速布局早篩業(yè)務,而我們認為能夠率先走出來的產品需要精準抓住需求點及診療路徑。貝瑞基因 PreCar 肝癌早篩項目走在國內外研發(fā)前列,經(jīng)過多年的高研發(fā)投入和大規(guī)模前瞻性驗證實驗,其早篩產品即將步入收獲期,將于 2020 年8月以 LTD(第三方檢測服務)的形式落地。

我們看好貝瑞基因 PreCar 肝癌早篩項目,預計有望成為早篩成功標桿:

1)精準定位需求:以潛在高危人群為主,如容易發(fā)展成肝癌的已知肝硬化、肝纖維化、肝炎患者,相較于普通健康人群,具有更高意愿進行肝癌相關早篩。

2)精準定位診療路徑:應用場景可拓展至醫(yī)院院內,不局限于體檢機構及一年一次的體檢頻率。肝癌高危人群通常需要維持每季度/半年一次的肝功能相關檢查,PreCar 肝癌早篩項目可進院嫁接在常規(guī)隨訪上。

肝癌早篩主要針對高危人群,其中肝硬化患者和乙肝/丙肝患者是主要潛在適用群體,根據(jù)我們對未來 10 年早篩理論市場規(guī)模的測算,2025 年有望達到 33 億元左右,2030 年有望達到約 144 億元(具體測算邏輯見 2.3 章節(jié))。?

3.伴隨診斷未來市場驅動力??

伴隨診斷賽道景氣度高,天花板尚遠。不管是技術發(fā)展層面還是應用癌種和靶點層面,伴隨診斷市場尚處于快速發(fā)展階段,在 NGS 和液體活檢技術不斷突破、新靶點和新靶向藥物的不斷發(fā)現(xiàn)、醫(yī)保端對靶向藥物和伴隨診斷產品的覆蓋趨勢等驅動力下,行業(yè)持續(xù)發(fā)展驅動力強,景氣度高:?

NGS 和液體活檢技術突破:PCR 技術目前已較為成熟,但主要用于已知突變,且一次性檢測基因數(shù)量有限, 而 NGS 最大的優(yōu)勢就是高通量,可實現(xiàn)大 Panel 檢測。2020 年 8 月,F(xiàn)DA 批準了首個基于 NGS 技術的癌癥液體活檢產品,可同時檢測 55 個腫瘤基因的突變;2020 年 7 月,貝瑞基因發(fā)布大 Panel 基因檢測產品“和 全安”,可同時檢測 654 個基因。未來隨著更多基因大 Panel 產品的推出,有望帶動價格提升;?

新靶點和新靶向藥物的發(fā)現(xiàn):從行業(yè)發(fā)展階段來看,目前精準醫(yī)療仍處于發(fā)展早期,最為成熟的肺癌領域目前也在不斷發(fā)展中,耐藥機制也使突變位點不斷增加,并出現(xiàn) T790M、MET 等可成藥的突變類型。此外,隨著新藥研發(fā)力度的增強,KRAS G12C、NTRK 等位點也正在被不斷攻克中,伴隨診斷產品也將不斷豐富,市場有望進一步擴大;?

醫(yī)保對靶向藥物和 CDx 產品的覆蓋趨勢:2017 年起醫(yī)保局連續(xù)開啟了三輪醫(yī)保談判降價,大部分主流靶向藥價格得到了大幅度的下降,靶向藥物納入醫(yī)保范圍且降價明顯,或帶動伴隨診斷產品滲透率提升。2018 年 12 月,北京醫(yī)保局率先將腫瘤組織 DNA 測序納入醫(yī)保乙類,并限定價格為 3800 元。隨著未來更多的省份將 CDx 產品納入醫(yī)保,可及性或大幅提升。

4.?NGS 爆發(fā)時代已來?PCR 已經(jīng)過氣了?

NGS 近幾年發(fā)展迅速,在腫瘤基因檢測應用前景廣闊,廣受資本市場的青睞,吸引大量企業(yè)布局 NGS 領域。市場 上有聲音認為 PCR 技術已經(jīng)過時,NGS 將逐步取代 PCR 成為主流分子診斷技術。但我們認為,短中期來看,PCR 和 NGS 之間是優(yōu)勢互補、相輔相成、共存發(fā)展而并非替代的關系,目前 PCR 仍將是主流的分子診斷平臺,NGS 是未來發(fā)展的重要趨勢。?

NGS 仍存在諸多瓶頸尚未攻克,對現(xiàn)有 PCR 市場沖擊較小

1)部分技術瓶頸問題尚未解決,比如讀長普遍較低、序列拼接過程中錯誤率在 0.1-15%范圍內等;

2)監(jiān)管層尚未明確定義和批復高通量 NGS 產品,“無證”產品居多,入院困難,僅以 LDT 形式存在;

3)NGS 尚未成為精準治療的必需手段,PCR 等其他分子診斷手段尚可滿足;?

4)上游檢測設備、核心試劑仍掌握在海外寡頭企業(yè),成本居高,影響企業(yè)盈利性,有待觀察行業(yè)上游設備企業(yè)發(fā)展情況,如華大智造、博奧晶典等;

5)醫(yī)保覆蓋范圍局限,影響產品可及性。

從基因檢測數(shù)量看,PCR 能滿足現(xiàn)有基因檢測需求,NGS 適合高通量檢測需求:就目前靶向治療現(xiàn)有靶點而言,已上市藥物的靶點數(shù)均不超過 10 個,即使在靶向藥物最豐富的肺癌,現(xiàn)有市場 PCR 檢測產品(比如艾德生物的“艾惠健”)也能滿足目前已上市甚至未來 3-5 年潛在上市靶向藥物所有核心驅動基因,滿足大部分人群需求。NGS 的主要優(yōu)勢是高通量,適合大 Panel 檢測領域,滿足少數(shù)人的需求,而 TMB 等高通量需求尚未被“正名”。以伴隨診斷為例, 基因檢測的目的是通過檢測突變基因從而預測靶向藥物效果,當測序覆蓋足夠靶點基因后,再增加基因檢測數(shù)量對提供靶向用藥指導并無益處,檢測剛需性不足。

PCR 和 NGS 應用場景重疊度低:基因檢測應用場景廣泛,PCR 和 NGS 在不同細分應用領域“各領風騷”。PCR 普及度高、檢測時間短、成本低的特性決定了其在包括新冠檢測、血液篩查在內的傳染病檢測領域具有請務必閱讀NGS 不可比擬的優(yōu)勢。此外,PCR 適合基因位點已知、對靈敏度要求較高的檢測,而 NGS 在發(fā)現(xiàn)未知基因、 液體活檢方面則更具優(yōu)勢。?


1. 分子診斷:多技術共存,引領體外診斷快速發(fā)展

1.1 分子診斷-發(fā)展最快的 IVD 細分領域分子診斷是應用分子生物學方法,通過檢測受檢個體或其攜帶病毒、病原體的遺傳物質的結構或含量的變化而做出診斷的技術。其檢測對象主要為核酸和蛋白質,以核酸分子為主,相比于發(fā)展成熟的免疫診斷、生化診斷等技術,分子診斷處于快速成長期,是體外診斷(In Vitro Diagnosis, IVD)領域發(fā)展最快的細分領域,具有檢測時間短、靈敏度更高、特異性更強等優(yōu)勢,被廣泛應用于傳染性疾病、血液篩查、 遺傳性疾病、腫瘤伴隨診斷等領域。分子診斷技術的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段:?(1)第一階段:20 世紀 80 年代基于核酸分子雜交技術的遺傳病診斷;?(2)第二階段:20 世紀 90 年代聚合酶鏈式反應(PCR)的問世將分子診斷技術 推向更精準、更高效的階段特別是發(fā)展到第二代的熒光定量 PCR(qPCR)和第三代的數(shù)字 PCR(dPCR);?(3)第三階段是基于基因芯片的多指標、高通量基因檢測;?(4)第四階段是基于基因測序技術在 NIPT(無創(chuàng)產前診斷)、遺傳性腫瘤篩查及腫瘤精準治療等方面的應用。國內分子診斷起步較晚,發(fā)展速度高于全球。在精準醫(yī)療、個性化用藥等需求推動下,分子診斷技術在全球得到飛速發(fā)展,根據(jù)火石創(chuàng)造數(shù)據(jù)顯示,2013-2019 年全球分子診斷市場規(guī)模由 57 億美元增長至?113.6 億美元,年復合增長率為12.18%,主要市場玩家包括羅氏、雅培、西門子、強生等。國內分子診斷雖然起步較晚,但在消費升級、政策扶持以及資本青睞等多重因素推動下,已經(jīng)由產業(yè)導入期步入成長期。2013-2019 年,我國分子診斷市場規(guī)模由 25.4 億元增長至約132.1 億元,年復合增長率達到?31.63%,雖然僅占全球市場規(guī)模的 16.86%,但是增速約為全球增速的 2.6 倍,主要企業(yè)包括達安基因、凱普生物、華大基因、貝瑞基因、艾德生物等。
分子診斷領域主要包括 PCR(qPCR 和 dPCR)、二代測序技術(NGS)、熒光原位雜交(FISH)、基因芯片等, 其中 PCR 是目前應用最成熟、市場份額最大的技術平臺,在國內分子診斷中市占率為 40%,在國內獲批的分子診斷產品中,基于 PCR 技術的超過 90%。與雜交技術和測序技術相比,PCR 技術主要優(yōu)勢在于高靈敏度、易于推廣, 主要局限在于檢測位點單一且已知,多重基因聯(lián)合檢測時可涵蓋的基因數(shù)量受限,目前已經(jīng)發(fā)展到第三代數(shù)字 PCR (dPCR),短期內仍將是分子診斷主流技術平臺;測序技術發(fā)展迅猛,雖然市占率較低但市場增速最快,其中二代測序技術?NGS(高通量測序)是目前測序領域應用最廣泛的技術,已經(jīng)成為許多序列變異分析與科研應用的主要選擇,但由于實驗操作復雜、成本高等原因,在臨床應用中仍處于起步階段,應用前景廣闊。
1.2 PCR:分子診斷主流技術平臺,臨床診斷“金標準”?PCR(聚合酶鏈式反應)是指利用 DNA 聚合酶(如 Taq DNA 聚合酶)在體外條件下,催化一對引物間的特異 DNA 片段合成的基因體外擴增技術。PCR 是生物體外的特殊 DNA 復制,最大的特點是能將微量的 DNA 大幅擴增。以實 時熒光 PCR 技術為例,通過 PCR 技術進行分子診斷的主要流程包括:1. 核酸的提取和純化:使用核酸提取試劑從病毒、細菌等中提取出 DNA;2. 核酸在引物約束下特異性的 PCR 擴增:在提取的 DNA 中加入擴增需要的反應液(酶、復制需要的原料、引物 等),在 PCR 儀中完成擴增過程;3. 擴增產物的檢測:通過熒光標記法檢測 DNA 含量,從而判斷病毒 DNA 含量,給出診斷結果。

PCR 技術最大的特點就是靈敏度高、特異性好、及時方便,在基礎研究以及醫(yī)學診斷、法醫(yī)學和農業(yè)科學等各大領域應用廣泛。在臨床診斷中,PCR 技術具有諸多優(yōu)勢:靈敏度高,靶細胞檢出率可達 1/100 萬,病毒檢測靈敏度≥ 3RFU,最小細菌檢出率為 3 個,檢測樣本純度要低,僅需 DNA 粗提??;擴增反應在 2-4 小時內完成,使用簡便、快捷。作為臨床診斷的“金標準”技術,PCR 廣泛應用于血站核酸檢測、疾控核酸檢測、臨床核酸檢測等領域,其中, 在傳染病診斷和血篩檢測中,PCR 技術能縮短診斷的“窗口期”并且可以定量對病原體進行檢測,相比于傳統(tǒng)的免疫診斷方式,具有不可替代的優(yōu)勢,基于 PCR 技術的分子診斷是醫(yī)院對傳染病診斷的“金標準”。PCR 經(jīng)過三代技術更迭,精確度和靈敏度不斷提高。PCR 技術最早由穆勒于 1985 年發(fā)明,經(jīng)歷了第一代定性 PCR、 第二代定量 PCR 和數(shù)字 PCR 三代技術迭代,其中第二代定量 PCR 包括熒光定量 PCR(qPCR)以及在其基礎上分 化出來的 ARMS(突變擴增阻滯系統(tǒng))和 HRM(高分辨溶解曲線)。三代技術的主要差異如下:

第一代定性 PCR 技術:采用瓊脂糖凝膠電泳對 PCR 擴增產物進行分析,存在交叉污染、檢測耗時長、只能做 定性檢測等缺點,目前處于衰退期,已基本被淘汰;

第二代熒光定量 PCR(qPCR)技術:qPCR 在一代定量 PCR 的基礎上引入熒光探針標記法從而實現(xiàn)定量檢測,目前發(fā)展最成熟、應用最廣泛、臨床普及率高,為現(xiàn)階段主流應用平臺,正處于從成長期向成熟期過渡的 階段,市場增速在 20%以上;

第三代數(shù)字 PCR(dPCR)技術:dPCR 是在 PCR 原理的基礎上利用芯片和熒光檢測技術進行核酸絕對定量 檢測。芯片技術是 dPCR 的核心工藝,利用對樣品進行分液處理進而實現(xiàn)“單分子模板 PCR 擴增”,達到定量 檢測的目的,具有更高的精確度和靈敏度,目前處于導入期,市場增速在 10%-15%。

二代PCR:主流分子診斷平臺,伴隨診斷和感染性疾病領域為主?qPCR(熒光定量PCR)是目前應用最成熟、臨床應用最廣泛的技術平臺。qPCR 在國內外均為分子診斷臨床應用最 廣泛的技術平臺,尤其是在感染性疾?。ú《拘愿窝?、性病和其他病菌/病毒類等)和腫瘤伴隨診斷領域,目前仍以 qPCR 技術平臺為主。據(jù)不完全統(tǒng)計,截至 2020 年 5 月 11 日,國家藥監(jiān)局共批準了 806 個 PCR 類產品,其中熒光定量 PCR(qPCR)產品占比高達 85.11%。在伴隨診斷領域,NMPA 獲批的伴隨診斷產品中有 60%都是基于 qPCR技術,而 FDA 批準的 39 個伴隨診斷產品基于 qPCR 技術的產品占比也高達 38.46%(15 個)。內 PCR 行業(yè)競爭激烈,不同細分領域龍頭效應顯著。二代 PCR 技術門檻相對較低,國內獲批的 PCR 檢測產品數(shù)量多、競爭激烈,主要企業(yè)包括達安基因、艾德生物、凱普生物、之江生物、碩世生物、透景生物、圣湘生物等。從獲批的 PCR 檢測試劑盒數(shù)量維度看,達安基因擁有 38 種基于 qPCR 技術的檢測試劑盒取得 NMPA 的批文;從不同細分應用領域維度看,各家產品線重合度較高,尤其是優(yōu)生優(yōu)育、性傳播疾病、HPV 檢測等領域競爭激烈,但艾德生物、凱普生物、亞能生物憑借多年在不同細分領域的先發(fā)優(yōu)勢、技術積累以及渠道優(yōu)勢等分別在伴隨診斷、HPV 檢測、地中海貧血檢測領域處于絕對領先地位,其中凱普生物在 HPV 檢測領域占據(jù) 1/3 市場份額,艾德生物在 PCR 伴隨診斷領域具有絕對領先優(yōu)勢。第三代數(shù)字 PCR(dPCR):應用前景廣闊,未來發(fā)展趨勢?和 qPCR 相比,dPCR 優(yōu)勢包括:靈敏度高(可以達到單個核酸分子)、無需標準曲線或參照基因進行對比來測量核 酸量、適合環(huán)境復雜樣品的檢測、能夠有效區(qū)分濃度差異微小的樣品。dPCR 在國內尚處于起步階段,目前僅有南京科維思生物的 HER2 基因擴增檢測試劑盒(數(shù)字 PCR 法)獲批,在腫瘤伴隨診斷、腫瘤早篩、傳染病檢測、NIPT、 藥物基因組學等領域具有較大臨床應用潛力和優(yōu)勢。根據(jù)沙利文數(shù)據(jù)顯示,中國 dPCR 行業(yè)市場規(guī)模從 2013 年的 14.6 億元增加至 2017 年的 72 億元,CAGR=29.2%,到 2022 年市場規(guī)模預計將達到 266.6 億元國內政策利好+精準醫(yī)療需求雙輪驅動數(shù)字 PCR 快速發(fā)展。數(shù)字 PCR 領域未來發(fā)展?jié)摿薮螅饕寗右蛩匕ǎ?人口增長與老齡化:我國人口老齡化趨勢導致腫瘤醫(yī)藥市場增長和體外檢測需求增長,而數(shù)字PCR在腫瘤檢測、傳染病檢測、遺傳病等疾病檢測上優(yōu)勢明顯,醫(yī)療市場的擴容將進一步推動數(shù)字PCR的增長。?國內政策利好:根據(jù)國家科技部辦公廳發(fā)布的《“十三五”醫(yī)療器械科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》,要求重點開發(fā)POCT檢測、新型基因測序儀、隨檢全自動核酸檢測系統(tǒng)、定量數(shù)字PCR等系統(tǒng);精準醫(yī)療與腫瘤治療需求:精準醫(yī)療的基礎在于個體化醫(yī)療,對致病突變檢測和定量分析的精確性要求較高, 亟需新一代PCR技術的應用,而數(shù)字PCR在這方面優(yōu)勢明顯PCR 技術更迭速度快,從傳統(tǒng)的普通 PCR 到新興的數(shù)字 PCR,靈敏度不斷提升。作為國內應用最為廣泛的分子診 斷技術平臺,PCR 具有靈敏度高、特異性好、使用方便等優(yōu)點,廣泛應用于感染性疾病病原體檢測、腫瘤基因檢測、 血篩、遺傳病檢測等領域,占分子診斷市場規(guī)模的比例超過 30%。第二代熒光定量 PCR 是目前 PCR 技術的主流, 第三代數(shù)字 PCR 是未來發(fā)展方向,應用前景廣闊。國內達安基因、艾德生物、凱普生物等是 PCR 技術領域的龍頭 企業(yè),在傳染病、HPV、伴隨診斷等不同細分領域擁有絕對的競爭優(yōu)勢。
1.3 高通量測序(NGS):引領分子診斷走向高端,應用前景廣闊測序技術更迭速度快,二代高通量測序(NGS)為市場商用主流。從 1977 年第一代 DNA 測序技術(Sanger 法)發(fā)展至今,測序技術經(jīng)歷了第二代高通量測序(NGS)、第三代單分子測序技術和第四代納米孔測序技術的發(fā)展變 革,各代技術應用領域不盡相同,各有優(yōu)缺點,目前處于三代技術并存的局面。第一代 Sanger 測序技術具有測序讀長較長、準確率高的優(yōu)點,但由于通量低、成本高等因素沒有得到大規(guī)模應用;二代測序技術自 2005 年以來快速發(fā)展,憑借高通量、低成本、測序時間端等優(yōu)勢,在全球測序市場中仍占據(jù)主導地位;第三/四代技術在測序流程、測序時間和讀長上進一步優(yōu)化,在 ctDNA 測序、單細胞測序等也具有明顯優(yōu)勢,是未來發(fā)展趨勢,但目前由于錯誤率較高、分析軟件不夠豐富等原因,商用受到一定限制,未來隨著技術的改善有望進入成熟應用階段。高通量測序技術(NGS)又稱為下一代測序技術,是指通過模板DNA 分子的化學修飾,將其錨定在納米孔或微載體芯片上,利用堿基互補配對原理,在 DNA 聚合酶鏈反應或 DNA 連接酶反應過程中,通過采集熒光標記信號或化學反應信號,實現(xiàn)堿基序列的解讀,一次性可完成幾十萬至上百萬條序列的測定。NGS技術可提供滿足評估目標 靶向基因所需的擴展性、速度和分辨率。可以同時對許多樣本中的多個基因進行評估,如此便可運行多個獨立的分析,從而節(jié)省時間并降低成本。另外,與范圍更廣的方法(如全基因組測序)相比,靶向基因測序生成的數(shù)據(jù)量更少,更易管理,因而分析起來更加輕松。多因素驅動 NGS 市場高速發(fā)展。隨著 NGS 技術進步和測序成本的降低、腫瘤醫(yī)生和病人對 NGS 檢測認知不斷完善、測序服務對象和應用細分領域的拓展、企業(yè)間合作的增加,NGS 有望迎來快速發(fā)展。根據(jù)美國Markets and Markets 報告顯示,預計全球高通量基因測序市場規(guī)模將從 2019 年的 78 億美元增加至 2025 年的 244 億美元, CAGR 為 20.9%。NGS 在 NIPT 領域應用最成熟,腫瘤早篩、個體化用藥等前景廣闊。與其他分子診斷技術相比,NGS 技術具有通量高、準確度高、可以多重檢測、所需樣本量少等優(yōu)點,在醫(yī)學研究及臨床檢測中得到廣泛應用和推廣,主要包括無創(chuàng)產前檢測(NIPT)、胚胎植入前遺傳學診斷/篩查(PGD/PGS)、遺傳病診斷、腫瘤診斷和個性化治療、致病基因檢測、病原微生物檢測等:?(1)?無創(chuàng)產前檢測(NIPT):是?NGS 臨床應用最為成熟的領域,國內 NIPT 檢測價格大多在 800-2400 元之間,深圳、天津等地區(qū)已經(jīng)將 NIPT 納入醫(yī)保,未來隨著價格不斷降低以及對 NIPT 認知度提升,滲透率或穩(wěn) 步上升。國內目前共?10 個基于 NGS 的 NIPT 檢測試劑盒獲批上市,其中華大基因和貝瑞基因先發(fā)優(yōu)勢 明顯,占據(jù) 70%的市場份額,形成雙寡頭競爭格局。國外代表公司包括美國Sequenom、Natera、Verinata 和 Ariosa 以及歐洲的 LifeCodexx。(2)?胚胎植入前遺傳學診斷/篩查(PGD/PGS):PGD/PGS 是指在輔助生殖過程中,對胚胎進行種植前的活檢和 遺傳學分析,以選擇無遺傳學疾病的胚胎植入子宮。相比傳統(tǒng)的 FISH 和 PCR 技術,NGS 最大的優(yōu)點在 于它不僅可以檢測胚胎的非整倍體,還能檢測單基因遺傳疾病,目前該領域仍處于探索階段,國內僅有蘇州貝康的胚胎植入前染色體非整倍體檢測試劑盒(半導體測序法)于 2020 年 2 月獲批上市,另外華大基因、中儀康衛(wèi)、貝瑞基因、安諾優(yōu)達等也在積極推進其胚胎植入前檢測產品的上市。PDG/PGS 在輔助生殖領域的應用價值越來越明顯,未來隨著測序成本降低和更多產品獲批,市場需求有望持續(xù)擴大,或成為 繼 NIPT 之后 NGS 在生育健康領域新的“藍?!笔袌?。?(3)?腫瘤領域伴隨診斷、腫瘤早篩和藥物研發(fā)是 NGS 檢測在腫瘤領域應用的三大場景,其中伴隨診斷是當前腫 瘤 NGS 檢測最主要的應用領域(超過 95%),2018 年燃石醫(yī)學拿到“國內腫瘤 NGS 檢測試劑盒第一證”,此后艾德生物、世和基因和諾禾致源的腫瘤 NGS 檢測試劑盒相繼獲批。根據(jù)灼識咨詢報告顯示,在中國 NGS 癌癥治療方案提供商市場的醫(yī)院細分市場中,按檢測患者人數(shù)計,燃石醫(yī)學 2019 年市場份額達到 79.9%,先發(fā)優(yōu)勢明顯。在腫瘤早篩領域,目前主流技術液體活檢仍存在一定局限性。(4)?感染性疾病病原體檢測:在病原微生物檢測方面, NGS 檢測具有獨特的優(yōu)勢,不受限于傳統(tǒng) PCR 技術需要 利用已知物種的 DNA 序列設計 PCR 引物探針,可實現(xiàn)對未知的疾病相關的微生物快速鑒定,目前已經(jīng)成功應用于 H1N1 病毒基因組的發(fā)現(xiàn)和結核桿菌分子分型等。但目前 NGS 在微生物領域應用仍處于方法學的標準品驗證階段,全球尚無該領域的檢測試劑盒獲批,應用前景值得期待。
1.4 不同技術平臺應用場景重疊度較低,多種方法或長期共存?分子診斷技術應用場景多樣化,不同技術各有優(yōu)勢。在實際應用中,針對每種特定的應用場景,往往需要綜合考慮患者治療過程、不同癌癥的采樣方式和病例組織形態(tài)、患者身體狀況和經(jīng)濟水平等因素來決定使用哪種診斷手段。不同平臺各有優(yōu)勢,未來 3-5 年呈現(xiàn)長期共存、相輔相成的局勢,以不同突變基因和突變類型為例:(1)?HER2 擴增或過表達:對 HER2 基因表達的檢測辦法可以采用 FISH、IHC、CISH 等,一般來說,實驗室首先 采用 IHC 方法進行 HER2 蛋白檢測,如果檢測結果為 2+,則使用 FISH 技術進行 HER2 基因檢測確認;(2)?染色體片段微缺失微重復(CNV):基因芯片技術對片段微缺失微重復(CNV)具有較好的檢驗結果,而目前測序較難對 CNV 進行準確的檢測;(3)?ALK 基因擴增和 ROS1 基因融合:FISH 是目前使用的主流技術。
一些特定基因檢測往往需要結合多個診斷手段,提高檢測準確率。以 ALK 基因檢測為例,根據(jù)《中國非小細胞肺癌 ALK 檢測臨床實踐專家共識》,Ventana-D5F3 IHC、FISH、RT-PCR、NGS 四種技術均可用于 ALK 基因融合檢測, 但沒有一種方法可以保證 100%準確率,在檢測時需要根據(jù)具體情況結合多個技術以避免出現(xiàn)漏檢、錯檢的問題。
NGS 近些年發(fā)展迅速、異軍突起,廣闊的市場應用前景吸引大量企業(yè)爭相入局,疊加資本市場季度青睞,NGS 迎來 井噴式發(fā)展,市場普遍認為 NGS 終將會取代以 PCR 為主導的傳統(tǒng)分子診斷技術平臺,企業(yè)布局 NGS 一定比 PCR 更具有未來。但根據(jù)我們的觀察和分析,我們認為?PCR 技術和 NGS 技術優(yōu)勢互補,分別滿足不同場景的臨床檢測需求,將在相當長的一段時間內優(yōu)勢互補、共同發(fā)展。
1.5 產業(yè)鏈上游儀器端受外資把控,試劑和服務端國產多點開花分子診斷產業(yè)鏈由上游的設備和試劑、中游的基因測序服務、下游的醫(yī)院等需求終端組成:上游診斷試劑和儀器供應商:國內分子診斷試劑發(fā)展較為迅速,基本已經(jīng)實現(xiàn)國產化;診斷儀器領域,國產儀 器占比較小,其中核酸提取儀、普通 PCR 儀、基因芯片儀、分子雜交儀等技術相對容易攻破的中端儀器領域 基本已經(jīng)實現(xiàn)國產替代化,而包括數(shù)字 PCR 儀和基因測序儀在內的高端儀器主要由外資品牌主導,技術壁壘 極高,國產品牌正處于起步階段。數(shù)字 PCR 儀目前市場上基本被 Bio-Rad、Thermo Fisher、Stilla Technomogies 國際大品牌所占有。基因測序儀領域基本被 Illumina、Thermo Fisher、Rocher 等外資品牌 壟斷,目前國內僅有華大基因等個別優(yōu)秀國產品牌實現(xiàn)了自主研發(fā)生產的基因測序儀,大多數(shù)企業(yè)是通過 OEM (貼牌)和合作研發(fā)的形式完善產業(yè)鏈布局。?中游測序服務供應商:國內基因測序服務競爭激烈,企業(yè)眾多。國內基因測序服務提供商普遍對上游儀器和試 劑供應商依賴嚴重,絕大部分廠商不具備自主研發(fā)基因測序儀和和核心試劑的能力,議價能力弱。華大基因從 基因測序服務為切入口,目前已經(jīng)發(fā)展成全球最大的基因測序機構,同時還擁有自主研發(fā)的基因測序儀,是國 內為數(shù)不多的布局基因測序上中下游產業(yè)鏈的企業(yè)之一。?下游需求市場:分子診斷產業(yè)鏈下游是為患者提供醫(yī)療服務的機構,包括醫(yī)院、第三方醫(yī)學檢驗服務機構、科 研機構、藥企等。與發(fā)達國家相比,我國獨立實驗室發(fā)展較晚,市場規(guī)模小,占醫(yī)學診斷市場比例低,其中檢 測項目以普檢為主,高端檢測比例低。NGS 測序儀由外資品牌主導,國產品牌逐漸發(fā)力。測序設備生產商是整個 NGS 產業(yè)價值鏈的上游部分,技術壁壘 較高,從全球范圍看目前被 Illumina、LifeTech、Roche 等少數(shù)幾家廠商壟斷,呈現(xiàn)典型的寡頭壟斷競爭格局。根 據(jù)前瞻產業(yè)研究院數(shù)據(jù)顯示,2018 年 Illumina 占據(jù)全球二代基因測序儀 84%的市場份額,LifeTech(2013 年被賽 默飛收購)和 Roche 合計占據(jù) 15.2%,其他廠商不到 1%。在國內市場,鑒于成本和技術難度等問題,進行測序研 發(fā)設備的企業(yè)數(shù)量較少,近年來,國內以華大智造(和華大基因是兄弟公司,測序儀主要供應商)為首的基因測序儀制造商逐漸興起,并占據(jù)一定的市場份額,但由于發(fā)展時間短,國產測序儀在測序讀長和測序穩(wěn)定性方面仍有待提高。

華大基因成國產品牌翹楚,測序儀全球裝機量領先。目前獲 NMPA 批準上市的測序儀中,國產品牌中一半都是來自華大基因(包括其參股公司華大智造),其他二代測序儀大多數(shù)是通過海外產品的 OEM(貼牌)或者基于海外企業(yè) 的核心技術進行合作研發(fā),產品價格還是受到國外企業(yè)的控制,比如達安基因的 DA Proton、貝瑞和康的 NextSeqCN500、安諾優(yōu)達的 NextSeq550AR 等產品走的都是貼牌路線。從市占率看,Illumina(全球裝機 1.1 萬 臺)和賽默飛在國內市占率約 67%,華大智造國內市占率約 33%(全球裝機 1100 臺),其它國產測序儀未量產投放。國內 NGS 發(fā)展受制于檢測費用過高,國產化替代是關鍵。目前 NGS 在在腫瘤檢測領域的應用受制于費用過高,根 據(jù)思略特研究數(shù)據(jù),2017 年國內腫瘤 NGS 基因檢測平均單次費用為 7500 元,遠高于 NIPT 檢測的 1000-2000 元 /次,這主要是由于上游測序儀仍由進口品牌壟斷,進口品牌擁有較高的話語權和定價權。華大智造雖然有潛力實現(xiàn)在測序儀領域的“突圍”,但仍需要經(jīng)歷一段較長的市場培育期,而對于大多數(shù)不具有測序儀自主研發(fā)實力的本土 企業(yè)來說,需要更多來打破進口品牌的寡頭壟斷。只有當國產品牌在上游儀器端全面實現(xiàn)突破并掌握話語權,NGS 檢測成本才能不斷降低、可及性才能逐步提升,從而加快在國內醫(yī)院端的落地。


1.6 小結:PCR 和 NGS 優(yōu)勢互補,儀器端國產替代空間大國內分子診斷行業(yè)起步晚但技術起點較高,目前市場規(guī)?;鶖?shù)較小,是近幾年增速最快的體外診斷領域,在新技術 發(fā)展迅猛、應用領域持續(xù)拓寬、國產替代進程加速等驅動下,未來 3-5 年有望維持 30-50%的高速增長。根據(jù)智研咨詢報告顯示,預測 2025 年國內分子診斷市場規(guī)模將達到 260 億元,未來前景可期。從不同技術平臺看,一方面,PCR 仍將是被市場認可、應用成熟的主流分子斷技術平臺,液體活檢、數(shù)字 PCR、NGS 等新興技術的快速發(fā)展將進一步豐富分子診斷的應用領域,作為未來進入臨床轉暖的儲備力量,潛力十足;另一方面,鑒于分子診斷復雜的應用場景、各類患者多樣化的臨床需求,新技術的出現(xiàn)不是為了完全取代傳統(tǒng)技術,而是 更好的補充和完善現(xiàn)有技術平臺,比如 PCR 技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展也沒有完全淘汰 FISH 技術,后者仍是檢測 HER-2 基因狀態(tài)的“金標準”;根據(jù)應用場景和檢測需求的不同,NGS 和 PCR 上各有優(yōu)勢,PCR 適合基因位點已知、對靈敏度要求較高以及組織樣本的檢測,NGS 在發(fā)現(xiàn)未知基因、血液 ctDNA 檢測上則更具優(yōu)勢,二者是優(yōu)勢互補、長期共存的關系。從國產替代進程看,目前國內在產業(yè)鏈上游的測序儀開發(fā)商仍處于弱勢競爭地位,雖然華大基因和貝瑞基因擁有自主研發(fā)生產的二代測序儀,但大多數(shù)企業(yè)還是通過貼牌貨合作的方式引用進口 PCR 和基因測序儀,議價能力弱。分子診斷尤其是 NGS 的發(fā)展很大程度上將依賴于上游設備的國產替代進程。預計隨著政策鼓勵以及更多優(yōu)秀企業(yè)向上 游儀器端布局,國產替代進程有望進一步加速。血液篩查等,以及目前處于萌芽期或快速發(fā)展期的腫瘤早篩、新型微生物檢測、藥物基因組學等。我們將在下文重點剖析和對比?NIPT、伴隨診斷、腫瘤早篩、傳染病檢測和消費級基因檢測 5 個細分應用場景以及特定場景下不同技術的使用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。


未完待續(xù)


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