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药明康德深度研究报告观往昔,展未来,奋楫

来源:医药信息 时间:2022/10/22
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(报告出品方/作者:兴业证券,黄翰漾、孙媛媛、徐佳熹)

1、窥历史:看药明康德成功的基因

公司成立于年,并于年在上海自主搭建了国产第一个现代化通风橱,开启了合成化学外包服务的时代。基于“Followthemolecule”的原则,公司从实验室级别的小分子药物合成业务出发,逐渐发展了工艺级和研发型生产级的合成业务。在生物学方面,公司通过建立生物分析和安评服务完善了临床前药物研发所需的各个环节。年,公司收购了美国Apptec公司,进一步在美国立足的同时也将公司业务从小分子创新药产业链的服务拓展到生物药和器械检测领域。

随着药物早期发现业务和临床业务的建立与发展,公司实现了创新药产业链的全覆盖。近年来,公司积极布局新技术和新领域,同时注重各项业务的整合与创新,成立了国内新药研发服务部(DomesticDrugServiceUnit,DDSU)和以细胞和基因治疗为主的高端治疗事业部(AdvancedTherapies),全方位赋能全球创新药企的药物研发,真正使客户做到“一张纸、一支笔、一张信用卡”就可以进行创新药的研发。

1.1、国内CXO的领军者---天时、地利、人和

年,药明康德成为第一个在国内开展化学药研发外包服务的企业,从那时开始,药明康德就一直处于国产CXO的龙头地位,其优势的建立与保持源于合适的建立时机、国家政策的导向以及吸引到的大量海内外人才。

天时---BigPharma转型升级,Biotech跃跃欲试

年,诺华研发的伊马替尼相继在美欧获批上市,成为第一个获批的第一个小分子靶向药物,宣告肿瘤药物的治疗进入靶向时代,新获批肿瘤药物的占比也从上世纪80年代的4%升至20年的34%。靶向药物的成功也意味着药物的发现方式进入基于靶点的药物发现时代。20世纪80-90年代,药物发现的主要方式偏随机化,由于很少有明确的靶点,药物往往直接在动物模型上考察药效情况,而进入靶向时代后,药物的研发更具程式化,在靶点活性测试模型较易构建的情况下,批量设计合成化合物并进行高效快速的检测成为发现候选药物的快捷方式。21世纪初也是组合化学(CombinationalChemistry)走向成熟的时代,利用排列组合的方式,可以迅速提升合成化合物的数量级,提高研发效率。对于BigPharma来说,化合物的合成和靶点生物活性的测试不再是药物研发中的难点和护城河所在,但对研发效率的要求非常高,因此这些工作全部由外企研发部的高层次科学家承担就显得性价比较低,外包意愿显著增强。年后美股科技股泡沫破灭,经济不景气的药企也更加寻求低成本研发和产品国际化,以中国、印度为代表的新兴市场依靠工程师红利的优势可以有效降低研发成本,因此将相关研发外包至新兴市场成为一种新趋势。

药物研发方式的革新以及各国对产学研的政策支持使得一批Biotech逐渐兴起,以美国波士顿为例,该地区内有哈佛、MIT、塔夫茨等国际一流学府,医院、哈佛医学院、新英格兰医学中心等临床医疗资源,产学研配合下形成了“bed-bench-bed”(临床-实验室-临床)的创新药研发模式,借助基础科研和临床研究中发现的新靶点和新机制,科学家创立的Biotech有能力进行原创的药物发现,当这些公司进行药物研发时,同样需要大量合成新化合物和进行相关的生物测试工作,但Biotech很难像BigPharma那样在短期之内构建出完整的科学家团队,因此需要外包相关业务来实现研发项目的迅速推进。

地利---国家政策的改革与创新

年对中国是非常重要的一年,成功加入世界贸易组织(WTO),意味着国家的相关政策向国际化和规范化倾斜,特别在专利方面,中国更加重视对知识产权的保护,让外企逐渐信任国内企业,开始尝试更深的合作模式。更加开放的医药市场也吸引了外企“引进来”,-年罗氏、辉瑞、诺华和葛兰素史克相继在上海张江药谷建立研发中心,其中罗氏研发中心为其在新兴市场设立的第一个研发中心,为海内外的业务协作架起了桥梁。

随着CRO业务的逐渐兴起,国家在政策层面也及时做出了相应的改革和创新,年CFDA公布了《药物临床试验质量管理规范》对CRO业务进行了明确的定义,为CRO服务正名。药品上市许可持有人(MAH)制度则将中国的创新药研发推入了百花齐放的时代,年国务院在44号文件中提出MAH制度试点,年《药品管理法》使得MAH制度在药品全领域实施,MAH制度使得上市许可和生产许可分离,为Biotech打通创新药研发生产全过程提供了方式,为科研人才的新药梦提供了更多的机会,也为CXO业务带来了更多增量。

人和---海归人才的回国潮与本土高学历人才井喷式增长

中国自年恢复高考,年前后逐渐积累了一定数量的海归医药领军人才(本硕博10年、海外科研机构和药企经验5-10年)以及本土高学历人才。年国内招收研究生3.3万人,其中博士0.5万人,到年国内招收研究生12.9万人,其中博士2.5万人,高学历人才呈井喷式增长。彼时的中国医药领域创新能力较为薄弱,国内药企以低端仿制药和中成药为主,无自主创新能力和相关经验,从外包的角度,国内的药企或相关化工企业的管理人员对创新药的认识有限,无法有效对接海外的相关需求,需要海归领军人才建立规范化的研发团队,按照国际化标准的质量体系从事相关工作。而较高的质量标准以及对研发的高要求使得企业对高学历人才的需求也非常高,基层的研发人员需要专业的知识体系培训才能高效完成相关任务。

药明康德创始人李革博士年北大本科毕业后赴美留学,在哥伦比亚大学完成博士学业,博士研究方向为当时较新的组合化学技术大学,之后与导师一起创办了组合化学公司Pharmacopeia,担任研发总监近6年后回国创业。在药明康德年招募的第一批研发人员中,包括北京大学药物化学博士董径超以及旅日归来的有机化学博士马汝建,两人目前均为药明的重要管理人员,董径超博士为高级副总裁,领导化学服务部,马汝建博士则为副总裁和公司的首席化学家,两人从基层研发人员出发,逐渐成长为公司的中流砥柱,高素质、高学历的人才也是药明康德能够逐渐做大做强的基石。

1.2、药明康德的那些“一”

纵观药明近20年的发展,很多变革创新药的研发方式和相关技术手段都是由公司在国内第一个引进和采用,公司的这些“一”并不只代表公司愿意承担风险引进新技术,更多的是来自于公司对整个研发形式的研判。通过各项业务的经营以及与大客户长期密切的关系,公司可以准确把握新技术在创新药物研发过程中的变化情况,当相关技术接近成熟时,引进就能有较为充足的订单保障,提前布局也能使得公司在相关领域获得先发优势。对于CDMO业务,公司可以在早期研发阶段(早期CRO服务)感知相关新技术进入临床阶段的时间点,准确布局,有效避免产能过剩的情况。

1.3、兼收并蓄,布局优势赛道

作为一家CXO公司,并购是公司迅速获得先进技术平台并迅速为客户的主要方式,从公司历史的并购案例可以看到,公司积极布局新技术,取长补短,向一体化的研发生产平台而努力。公司在化学业务上一直处于全球的领先地位,所以在化学相关的研发生产领域并无很大的并购案例,收购BMS瑞士生产基地主要为了在欧洲拥有终端生产基地,以MNC为代表的大药企倾向于将临床后期及商业化阶段API和制剂端的生产放在本国进行,瑞士生产基地的建立有助于帮助公司得到更多执行临床后期及商业化阶段的API或制剂一体化订单的机会。

公司在生物业务并购的案例较多,其中生物疗法的工艺研发和生产是公司布局最为成功的一个领域,尽管年收购APPTEC后因金融危机的原因放弃了生物药的CDMO业务,但当时已积累一定的研发经验,后续年重启生物业务时公司已具备一定的先发优势。后续公司连续并购了百奇生物、XenoBiotic和辉源生物,深化在生物业务方面的布局,因为生物检测方法的更新频次较高,需要不断更新技术体系,以保证药物筛选优化过程的质量。临床CRO并购的意义也尤为重要,因为业务种类较多,主要服务的临床试验中心也是遍布世界各地,公司通过并购津石杰诚、ResearchPointGlobal、Pharmapace等公司,既增强数据统计等新业务的能力,也实现在全球的布局。对于新技术,公司也在优势赛道做了提前布局,比如细胞和基因治疗相关赛道(详见第4章),年收购的APPTEC就包括了细胞和基因治疗的研发和生产,年收购的OXGENE也是在该领域较为创新的平台,结构生物学/药物早期发现领域的Crelux也为较为前沿的平台。

2、观现在:全产业链布局+高效管理架构,构筑市占率持续提升的基石

2.1、Followthemolecule---一个小分子药的诞生

小分子药物的研发分为四个主要阶段:筛选、优化、临床前和临床研究。对于一个药物靶点来说,首先需要找到一个能对该靶点有作用的东西,就像对于一个锁孔来说,要打造一个完美契合的钥匙,第一步就是要发现一个整体形状较为契合的模子,模子的筛选就如同大海捞针,需要从海量的化合物库中找到一批对目标靶点有一定作用的分子,得到的这些分子称为苗头(Hit)化合物,随后就到优化阶段,因为苗头化合物有很多性质不满足一个上市药物的需求,需要根据相关的知识经验以及对靶点的深入研究对苗头化合物进行改造,并进行各项成药性(主要表现为化合物进入体内的吸收、分布、代谢、排泄,即ADME,又可称DMPK)的研究最终确定临床前候选化合物(PreClinicalCandidate,PCC)进入临床前研究阶段,通过安评和进一步的机制研究可进行临床试验申请(IND),临床研究阶段则是通过临床1期到3期的临床研究确定该候选药物是否真正可以使患者获益。

公司的一体化平台涵盖了从最初期的筛选工作一直到小分子药物上市的全过程,可以有效赋能“长尾客户”,以“followthemolecule”(跟随药物分子)的方式助力创新药诞生的全过程。

2.1.1筛选前述提到,筛选就如同大海捞针,筛选得到的苗头化合物质量和筛选效率成为筛选方式革新的两个主要改进目的。

苗头化合物质量主要依托化合物库的质量,早期的库的构建更偏随机,即药企利用自身积累的化合物库(以前药物研发中的合成的候选药物分子或中间体)作为筛选库,后续库的构建方法的创新主要依赖于组合化学技术,通过片段之间的排列组合就可以批量产生化合物,所以将成药性较高的片段进行排列组合就可以提高库的质量,还能针对不同的疾病类型建立不同的子库(如中枢神经系统类靶点因为要透过血脑屏障就需要分子量小,亲脂性稍高等;如激酶类靶点则需要ATP结合位点有作用的杂环结构)。

影响筛选效率最为重要的指标是筛选的通量,即单位时间内可检测化合物的数量。早期的高通量筛选主要通过酶联免疫检测法(ELISA)等技术,但通量仍受一定限制,主要因为是化合物需要待在独立的“房间”(即如孔板中的一个孔)中,这样才能一对一的得到数据。近10年较为火的技术是DEL技术和FBDD技术,其对化合物库和筛选方法都进行了革新,通过将化学片段加上DNA标签,通过DNA链的互补配对可以拉近拟反应的片段,增加局部浓度提高反应效率,这样很多传统组合化学无法生成的结构就可以生成。在筛选方面,DNA标签可以通过测序仪识别,筛选时化合物就不用隔开,可以一起与目标蛋白结合,最后对留在蛋白上的DNA标签测序即可确认与蛋白有作用的分子。

FBDD技术与DEL的主要区别在于筛选和组合的先后顺序。DEL先进行片段之间的组合再进行筛选,筛出来的是苗头化合物,而FBDD则是将片段直接去进行筛选,得到的是对靶点蛋白有一定作用的片段分子,随后对这些片段进行分析,看其作用在蛋白上的具体的位置,这样位于蛋白不同位置且相近的片段就可以连接起来(以片段生长的方式),通过尝试不同的连接方式和选择不同的片段就可以得到不同的苗头化合物。药明康德的筛选业务主要是放在研究服务部(ResearchServiceDepartment,RSD)中的Hits事业部,目前最为核心的就是DEL业务,药明康德年推出了DEL服务,主要分为三种类型DELpro、DELight和DELopen。DELpro是经典模式,即客户提供靶点蛋白,药明康德进行为客户进行分子筛选的全过程,包括亲和筛选、洗脱未结合的化合物、PCR扩增、高通量测序的全过程,完成整个过程后一般会得到数十个候选化合物供客户挑选,也可根据客户要求免费进行苗头化合物的验证(重新合成不带DNA标签的该分子再进行测试和验证,因为原测试中分子上的DNA标签可能会对结合情况产生影响)。DELight则是考虑到客户对靶点保密的需求创造出如下图的试剂盒,数以百亿计的候选化合物就以溶液的形式存放在一个小管中,待测的DEL库小管一共有四个,为同样的库不同的标签(可做交叉验证),客户将蛋白结合到磁珠后,与候选化合物一起孵育,洗去未结合的化合物后再通过高温将候选分子与磁珠脱离就可封存寄回药明,由药明的Hits事业部进行PCR扩增和高通量测序,这样的好处是客户做到了对靶点绝对的保密,但需要客户自身有靶点蛋白表达与纯化的能力。DELopen则主要用于开拓市场以及与学术界建立联系,客户可以先尝试后付款,学术界也可以通过共享资源,构建起一个候选化合物的基因组平台。

药明康德Hits事业部负责人、副总裁彭宣嘉博士在药明拥有近15年化学工作经验,执行主任蒯乐天博士则是团队中生物方面的专家,在GSK的DEL库有过10余年生物方面的研发经验。药明康德的DEL方面主要也是分为化学和生物两个主要团队,化学团队负责继续扩充DEL库,并研发更高效的库构建方式,已发表多篇研究论文,其中3篇发表在有机化学前沿期刊OrganicLetters上;生物团队则负责对新靶点蛋白进行分离提纯和筛选研究(特别是一些不稳定有挑战的靶点),并执行DEL筛选相关的业务。药明康德在筛选阶段为客户赋能还有FBDD、结构生物学和化合物库构建的相关业务,前二者布局在HITs事业部,依托收购Crelux平台构建,可以有效帮助客户筛选得到对靶点有一定作用的片段(Fragment),然后对片段和靶点蛋白的复合物进行结构生物学的分析,在相关分析的基础上构建得到苗头化合物。化合物库的构建业务则在化学服务部(ChemistryServiceUnit,CSU)来进行,化学服务部拥有组合化学、化合物库设计和合成经验,总交货量超过万化合物,其设计原理是基于组合化学的原理,通过排列组合快速合成化合物并为客户构建较全面的化合物筛选库,方便客户进行高通量筛选的工作。

2.1.2优化

获得苗头化合物只是“漫漫长征”的第一步,从苗头化合物到最后得到临床前候选化合物,还需要通过多轮的改造,需要对“模子”精心打磨才能铸就一把完美的钥匙。这个过程中主要涉及三个学科的工作,分别是药物化学、生物学和DMPK(成药性)。从整体来看,药物化学是基础,生物学和DMPK则是必要条件。药物化学家是画出最终药物的分子式并第一个实现其合成的人,他们研究最多的内容被称为构效关系(Structure-ActivityRealtionship,SAR),即研究具体的化学结构变化对靶点活性产生的影响,任何设计都不可能一蹴而就,需要不断设计结构,然后把这些结构做出来去做各项测试来看这些结构的作用如何,这时就需要生物学的帮助,生物学家最为关键的作用是需要构建多个维度(蛋白、细胞、动物等)的生物试验,验证分子是否真正能产生比较好的效果,这个就被成为有效性。但另一方面,有些分子在体外(就是蛋白和细胞的维度)试验中表现很好,但他在人体中并不能达到靶点位置,这就涉及前述提到的成药性内容,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。从苗头化合物到最终得到的PCC之间,有个关键的节点是先导(Lead)化合物,先导化合物的主要特征有:(1)存在明确的构效关系,即在结构骨架确定的情况下,增减原子或者基团能够较为准确地预测其活性数据。(2)具有较理想的体外成药性质。(3)可改造性强,即在这个结构的基础上还是方便进行进一步改造。先导化合物的结构骨架往往与最终的PCC结构较为接近。从苗头化合物到先导化合物的过程被称为HittoLead,该过程中追求较多的是效率,即需要尽可能快的做出化合物并进行快速的分析,因此对化学团队的要求是迅速合成化合物,生物和DMPK团队则需要用较为便捷快速的实验进行分析(常采用蛋白、细胞等非动物实验)。

从先导化合物到PCC的过程被称为先导化合物优化(LeadOptimization),该过程中需要同时兼顾效率和准确性,因为到先导化合物的节点,已经对构效关系有了较多的认识,做出对靶点作用较好的小分子药物较为容易,但如何平衡各方面的成药性质则成为了主要矛盾,这也是小分子药物研发中最大的难题,同时,因为最后要选出一个分子进行临床前研究和推进临床试验,这个决定需要在大量数据的支持下才能准确做出,所以在该阶段不管是生物学试验还是成药性试验需要更有深度,也需要在动物体内有药效和成药性的验证。对一个药企而言,优化过程中最为关键的是研究团队在设计和挑选分子方面的决策能力,即根据已经拥有的化合物各项数据,来判断下一步改造的主要方向是怎样,如何设计化合物,在选择PCC时,如果有多个化合物都拥有较好的数据,如何在多项数据表征中做出抉择,选择最合适的分子进入临床前研究阶段。这个决策能力需要科学家具有较为完备的知识体系、丰富的经验以及深入的思考,而知识体系和经验的建立则需要有较为高效的化合物合成和生物/成药性评价作支持,所以临床前外包的重点在于帮助客户做出这些化合物并完成相关化合物性质的测试表征工作,而药企则需要做好决策的工作,这也是药企自研团队的竞争力所在。药明康德在临床前相关外包业务的布局上也是以化学、生物和成药性评价三块业务为主线,化学和生物相关业务主要隶属于研究服务部(RSD),而成药性评价则主要隶属于测试事业部(LaboratoryTestDepartment,LTD)。

2.1.2.1化学业务

化学业务主要分为两种业务模式,FTE(FullTimeEquivalent,全时当量服务)和FFS(FeeForService,客户定制服务)。FTE模式的计费方式是根据药明研究人员单位时间的费用乘以总服务时间,在这些时间内,相关研究人员和团队由购买方直接领导,产出全归购买方所有。FFS模式则是购买方提出需求,根据最后的目标来讨论合同,比如有一个化合物的合成需求,就根据这个化合物的潜在合成路线,所需的总成本进行一定比例的加成后得到目标价格。BigPharma和拥有较强早期研发团队的Biotech会倾向于FTE模式,因为他们有水平高超的化学家,不仅可以设计分子,对于分子的合成方法也具有较高的水平,因此可以和药明的团队一起进行项目,每周跟进项目进度,并对项目中出现的一些难点提出自己的观点。而对于一些刚从仿制药尝试转型创新的药企以及团队较小的初创药企更愿意采用FFS模式,他们相对缺乏有经验的化学家,对化学项目的指导能力较弱,因此设计好分子后交由CRO公司独立完成项目效率更高。研究服务部下的国际新药研发服务部(InternationalDrugServiceUnit,IDSU)主要就采用FTE模式,如1.4所述,药明康德在成立初期就与默沙东、辉瑞、葛兰素史克等跨国药企建立了不错的合作关系,化学FTE以出色的交付能力与项目质量持续为头部药企赋能,-年公司前10大客户保有率%。“化学英雄”授予了默沙东“elbasvir/grazoprevir”组合研发团队,其中包括了药明康德FTE团队的胡斌、钟滨团队,当时默沙东科学家认为有个很难合成的结构片段有望改变分子的平面性并起到关键作用,通过讨论胡斌、钟滨团队决定继续其合成研究,成功攻克合成难关,最终的上市药物elbasvir中就包含药明团队攻克的片段。通过这样的合作体验,能够使得外企对公司相关团队的信心感进一步增加,是公司大客户保有率的基础。化学FFS模式在优化中的主要体现是定制合成业务,分属于药明康德的化学服务部(CSU),公司的定制合成业务有超过名化学合成人员,每年能完成46,单个化合物的合成,项目按时交付率95%,量级涵盖毫克级到公斤级,包含了临床前的全过程。

2.1.2.2生物业务

公司的生物业务同样隶属于研究服务部,主要有生物部和肿瘤免疫部两大部门,公司年并购的辉源生物同样承接生物方面的业务。肿瘤免疫部独立形成一个事业部主要基于两方面的原因,一是肿瘤学和免疫学是目前创新药研发最为火热的领域,有望承接大量的业务,二是肿瘤免疫学中有一些不同靶点都可以共通使用的平台,有助于更高效地分配实验资源。药明康德的生物业务不止针对小分子,以抗体为代表的大分子药物以及细胞/基因治疗等创新疗法都可以依托药明康德的生物评价平台进行相关药效的研究。在前述小分子药优化过程的相关介绍中,苗头化合物到先导化合物的阶段主要需要快速的进行体外生物学的研究,而从先导化合物到PCC则需要全方位考察体外(蛋白、细胞层面)/体内生物学(动物层面),药明康德生物部主要分为体外生物学和体内药理药效两大平台。体外生物学平台的核心是快速赋能,建立之初主要是赋能化学团队的构效关系研究,通过多年的发展已经形成了可提供独立方法开发、生物物理学、HTS高通量筛选、基因-蛋白-结构分析、体外安全评估、新技术(如PROTAC等)等全方位一站式服务的平台。不同靶点、不同疾病细胞模型的测试方法不尽相同,对于药企,特别是Biotech来说对于不同的靶点单独去开发一套测试方法会较为耗费精力,因此药明康德一站式的平台可以使客户以最高效的方式得到设计新化合物的数据。体内药理药效平台的核心是验证属性,主要解决的是动物模型的开发以及相关测试,动物的种类以小鼠和大鼠为主,啮齿类动物模型相对成熟、价格合理且易操作,常为先导化合物优化阶段所选,而兔、猪和猴等大动物则具有很多与人体实际环境相似性更高的模型,比如猪和猴的肺动脉高压(PAH)模型、犬的QT间期延长模型等,在PCC的确定以及后续相关临床前研究需要更为严谨的实验设计,以预测潜在的临床效果。另一方面,一部分动物药理实验需要较为复杂的实验设计,如阿尔兹海默症、精神分裂症等研究中较为重要的动物模型为水迷宫,需要对小鼠/大鼠的游泳池进行精心设计以及有较为灵敏的行为学跟踪仪器和分析装置,具有较高的壁垒。生物部还有一大特色是抗感染相关平台,其中在肝病的体外/体内研究中拥有丰富的经验,HBV平台业务涵盖从早期生化、细胞等维度的研究、人源小鼠乙肝模型研究到最后的临床乙肝病毒检测,可以为客户提供一体化药物开发和临床研究服务。

肿瘤免疫部的设计主要是源于肿瘤学和免疫学在创新药领域的独特地位以及这两类学科在生物实验研究方面的特殊性。该部门的特色平台有CRISPR/Cas9基因编辑、肿瘤动物模型和肿瘤免疫平台。CRISPR/Cas9基因编辑平台主要为了构建肿瘤和免疫实验模型,很多肿瘤疾病都是由相关基因的突变驱动(如非小细胞肺癌患者有很大一部分存在19外显子缺失或21外显子LR突变),因此高效的编辑技术可以使得平台迅速构建与疾病相关的突变细胞/动物模型,更有利于相关肿瘤药物筛选。在肿瘤动物模型中,使用较多的是PDX(PatientDerivedXenograft,人源肿瘤异种移植)模型和CDX(CellDerivedXenograft,细胞系异种移植)模型,两个模型的差别在于PDX直接将病人的肿瘤组织移植到小鼠上建立的模型,而CDX则是将培养好的肿瘤细胞系移植到小鼠上。药明康德肿瘤免疫部共有+CDX模型和0+PDX模型,可以很好满足肿瘤药理学测试的要求。肿瘤免疫平台则重点

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