生命科学领域产业链系列报告之一：模式动物：技术迭代需求放量，快步迈入产业化时代

“活试剂”助力研发，基因修饰动物成主流：模式动物是指经过选择、改造后具有稳定性状的实验动物，可以揭示普遍生命科学规律，被称为“活的试 剂”，处于生命科学产业链上游。随着科研发展与对新靶点的持续追求，对模式动物的需求由普通动物，发展至经人工培育得到的特殊模式动物，再到依需求构建的基因修饰动物。基因修饰动物可以精准满足用户需求，正快速发展为模式动物市场主流产品。GMI数据显示，2019年全球基因修饰动物模型市场规模约为100亿美元，预计2023年将增至141亿美元，占动物模型服务市场近67%。 研发高投入，模式动物需求旺盛：得益于科研及新药研发投入的持续增长，中国模式动物市场虽然起步晚、规模较小，但近年来发展迅速。我国对生命科学领域研究的投入由2015年的434亿元增长至2021年突破千亿元，CAGR接近16%；我国医药研发则预计从2019年的211亿美元增长至2024年的476亿美元，其中用于临床前研发的实验小鼠相关市场规模将在2030年达37亿元，2019-30年CAGR高达38.8%。我们认为，中国模式动物市场的增长主要动力来源于工业客户需求扩张，得益于我国临床前CRO市场规模增速高于生命科学研发投入增速。 技术与质控迭代，实现工业化供给：近年来ES细胞打靶、Talen、CRISPR- Cas9等多个基因编辑技术的涌现，使编辑效率提高且成本降低。技术进步使我国模式动物供应商可以迅速开发不同品系的动物模型，如药康生物、南模生物等公司累计开发品系均过万，具有较高的市场竞争力。相较于各实验室独立开发动物模型，供应商经过长年大量的动物构建，在技术上具有深厚积淀，在质量把控上也形成完整体系，可以稳定大批量进行动物供应。2019年我国动物模型市场份额仅占全球7%，远低于我国临床前CRO市场近20%的市场份额。我们认为，随着我国模式动物供应商近年来品系的快速扩张与产能的大幅提升，其全球市场份额将迅速提高。 投资建议：随着我国对创新药研发政策导向进一步加强，临床前研发周期短、需求大，对模式动物的需求将进一步提升。2022年国内头部模式动物供应商陆续上市，融资用于快速扩大产能，研发新模式动物品系，并开拓海外市场。我们认为，中国公司有望凭借更低的价格、更高效的服务、以及不断推出的品 系，形成较强的竞争力，成为全球CXO产业重要一环，重点推荐药康生物、南模生物，建议关注百奥赛图。 风险分析：新药研发投入不及预期；海外市场开拓不及预期；小鼠销售不及预期。 投资聚焦 模式动物属于CRO产业链上游的细分领域，对生命科学研究与新药开发具有重要作用，被称为“活的试剂”。其中基因编辑模式动物因科学研究及新药开发的需求上升，迅速成为市场主流。 我国的模式动物市场正在步入快速发展阶段，主要受需求端扩张拉动，以及供给端提效推动。一方面，我国生命科学领域研究投入与新药研发投入持续加 大，尤其以临床前CRO市场高速增长，催生对模式动物的需求；另一方面，技术与质控体系的迭代，使模式动物供应商可以稳定、高效且低成本地生产动物模型，同时我国厂商登陆资本市场进一步扩大产能和品类，有望提升全球市场份额。 我们的核心观点 模式动物的主要客户可以分为科研用户与工业用户两大类。我们从需求端出发，提出中国模式动物市场的发展，将更多地受工业客户需求的提升而驱动。 一方面，我国模式动物市场起步晚，2019年工业客户占比不足50%，低于海外成熟市场的70%占比，工业客户市场份额具有提升空间。另一方面，我们梳理得出我国生命科学基础研究投入增速低于临床前药物研发CRO市场规模增速，进一步佐证我国工业客户对模式动物市场发展的推力更大。 我们还从我国不同CXO领域占全球市场份额出发，指出2019年中国模式动物占全球市场份额仅约7%，远低于中国临床前CXO占全球近20%市场份额，表明我国模式动物供应商在全球产业链地位具有提升空间。 最后，我们对国内头部模式动物供应商进行总结，并与海外公司对比，阐述了各公司发展逻辑与业务规划，比较了药康生物、南模生物、百奥赛图三种不同的发展路径，分别是高毛利商品化公司、药物发现至药效评价的一体化公司、及以模式动物为核心技术的新药研发公司。 投资建议 临床前研发周期短、需求大，我国对模式动物的需求将随着对创新药投入进一步加大而提升。2022年国内头部模式动物供应商陆续上市，融资用于快速扩大产能，研发新模式动物品系，并开拓海外市场。我们认为，中国公司有望凭借更低的价格、更高效的服务、以及不断推出的品系，形成较强的竞争力，成为全球CXO产业重要一环，重点推荐药康生物、南模生物，建议关注百奥赛图。 1、模式动物，生命科学研究的“活试剂” 1.1、模式动物，标准化的实验动物 模式动物是实验动物的重要分支，指经人工繁育选择，采用基因工程或其他方式获取的具有稳定性状、重复性好的标准化实验动物。因其可用于揭示具有普遍规律的生命现象，也被称为“活试剂”，尤其是具备特殊基因型或表型的动物，在药物开发中具有重要作用，常用来解析疾病发病机理、发现潜在治疗靶点或者验证新药的安全性和有效性。 实验动物作为生命科学工具之一，与实验设备、实验试剂、生物信息等同处于生命科学产业链上游。其下游客户则可主要分为科研用户与工业用户两类：科研客户主要包括科研院校和三甲医院；工业客户主要包括创新药企和CRO研发企业。在科研端，利用模式动物可以进行针对基因、生理活动等展开基础科学研究，揭示普遍的生命科学规律；在工业端，模式动物则为新型治疗手段的发现与验证起重要作用，可用于靶点验证、药效评估、药动药代研究、安全性评价等多个方面。 图1：动物模型产业链 按动物种类区分，模式动物主要分为鼠类、猴类、犬类、兔类、线虫、果蝇、斑马鱼等，以适用不同需求。不同种类的模式动物各有特点，其具体应用场景也有所不同，如线虫、果蝇、斑马鱼在基因研究中扮演重要角色，而鼠类、兔类、犬类及猴类在药物开发中起关键作用。 图2：模式动物种类、特点及其应用场景 按动物模型来源区分，以小鼠模型来源方式为例，可分为自发性动物模型、诱发性动物模型、基因工程动物模型、生物医学动物模型以及阴性动物模型。目前应用最为广泛的是诱发性动物模型及基因工程动物模型。 图3：不同来源方式的小鼠模型分类 1.2、实验小鼠，应用最为广泛的基础模型 在所有哺乳动物中，小鼠作为模式动物应用最为广泛。根据GMI数据，2019年，全球小鼠模式动物规模约76亿美元，预计2023年将增至107亿美元，占比超过50%，是最主要的模式生物载体。根据2017年《中国实验动物资源调查与发展趋势》数据，我国实验小鼠生产数量约占全部实验动物生产数量的70.56%。小鼠成为最基础的实验动物的主要原因有： 与人类基因高度同源。小鼠生理生化及生长发育的调控机理和人类基本一致，在小鼠基因组中引入人类疾病的致病突变，可以导致小鼠产生和临床类似的疾病表型。99%的人类蛋白编码基因在小鼠中具有同源基因，通过小鼠实验可以研究人类同源基因功效。 繁殖周期短。与非人灵长类等大动物相比，小鼠繁殖周期短且饲养成本低，其孕期仅在21天左右，一年可产6-9胎，每胎5-12只。作为对比，食蟹猴的孕期可长达150天左右，一年可产1-2胎，每胎一只。因此小鼠在新药临床前动物实验中具有重要地位。 遗传背景明确。实验小鼠经过多代培养，绝大多数是近交系品系，具有较一致的DNA遗传背景，可以增加实验的可重复性。常用的15种小鼠近交系品系均已完成全基因组测序，使其成为良好的实验对象。 图4：2019年全球模式动物类型分布（按销售额,亿美元；%） 图5：2017年中国模式动物类型分布（按数量分布，%） 由于上述多种优势，小鼠成为动物模型的最主要品类，根据Frost & Sullivan的数据，2020年全球小鼠模型市场规模约81亿美元，预计至2023年可达107亿美元，占模式动物市场规模比例达50%。2020年我国小鼠动物模型市场规模约30亿元，预计2023年可增长至66亿元，CAGR为30%，显著高于全球市场增速。 图6：全球小鼠模型市场规模（十亿美元） 图7：中国小鼠模型物市场规模（十亿元） 1.3、基因修饰动物，可定制化的新兴模型 模式动物中，基因修饰动物作为一个细分领域正在迅速崛起。近年来靶向药物因为其靶点明确、安全性高、疗效好等原因，在商业化上取得巨大成功，2021年全球前五大畅销药中三款是靶向药（其余两款为新冠疫苗），因此靶向药研究也成为热门方向。这类药物的临床前开发依赖于针对相关靶点的基因编辑动物模型，可以对靶向药的机理、药效评价等方面做出评估，进而筛选出临床候选分子。 基因修饰动物模型是通过基因编辑技术对模式动物进行修饰，导入或删除目的DNA片段，获得具有特定基因型及表型的动物，进而应用于基础研究或药物开发。相较于传统的实验动物，基因修饰动物可以更特异性地服务于针对特定基因或疾病开展的研究，具备独特应用方式： 1）发现基因功能：通过敲入/敲除动物模型的特定基因，研究其相关功能。 2）研究疾病机制：构造模拟人类疾病表型的动物，可以研究其相关生理活动与基因水平活动。 3）药物研发和药效评估：针对药物发现，全人源动物模型可以产生人源化抗体，进而筛选药物；针对临床前研究，基因修饰动物模型可以特异性地评价药物效果、药物动力、安全性等。 随着技术革新，制备基因修饰动物模型的技术层出不穷，常见主流方法包括ES打靶和定点基因编辑如CRISPR/Cas9等两大类。前者于1990年左右得到发展，应用历史较久远，是比较成熟的基因修饰动物构建方法；后者则是在 2007-2010年间迅速发展，并因其便利性迅速在科研及工业界得到推广。两种方法各有优劣，共同成为基因修饰动物的两大构建技术。 依据需求不同，基因修饰动物的构建可以按类别分为转基因、普通敲除、条件敲除、基因点突变、基因敲入等，以小鼠为例，构建方式具体如下： 表1：基因修饰动物模型构建方式 2、需求增长，工业化供应降低使用门槛 根据Frost & Sullivan统计，全球模式动物市场（不含动物模型相关服务）从2015年的108亿美元增长至2019年的146亿美元，复合年增长率为7.8%，预计至2024年可达226亿美元，2019-2024年间CAGR达9.2%。 相较于海外市场，中国模式动物市场起步较晚，规模较小，但近年来发展迅速，预计将由2019年的11亿美元增长至2023年的15亿美元。其中啮齿类实验动物作为实验动物模型中最重要的一大类，2015年至2019年间其市场规模由10亿元增长至33亿元，CAGR为34.7%。预计至2024年总规模将达到98亿元，整体增长速度远高于全球模式动物市场增速。 图8：全球模式动物市场规模（不含动物模型相关服务，十亿美元） 图9：中国啮齿类实验动物产品和服务市场规模（十亿元） 基因修饰动物作为模式动物市场的新兴领域，正在快速发展并成为模式动物市场的主流产品。GMI统计显示，2019年基因修饰动物模型市场规模约为100亿美元，预计到2023年将增至141亿美元，占模式动物市场近67%。中国基因修饰动物市场则相对较小，在2019年仅约8亿美元，预计2023年增至10亿美元。 图10：全球基因修饰动物模型市场规模（亿美元） 我们认为我国模式动物市场的快速发展主要由两方面因素驱动：1）需求端的结构化改善与需求放量；2）供应端的产业化发展。一方面，模式动物两大类客户群体，科研客户与工业客户均持续驱动市场发展，且工业客户占比有望进一步提升；另一方面，技术进步降低高端模式动物构造成本，并且行业从分散作坊式供应转变为高效工厂化供应，更好更快地提供稳定的动物模型。 2.1、科研需求稳步提升，工业需求快速增长 根据销售额拆解模式动物的客户结构，我国科研客户与工业客户占市场比例相近，而海外则是工业客户占据主要地位。以国内实验小鼠产品及服务的销售为例，2019年其市场规模为28亿元，科研客户销售为15.9亿元，占比为56.0%；工业客户销售为12.5亿元，占比为4