中國生物工程學會會刊 ? ? 創刊于2005年

位置:主頁 > 技術與市場 >

個體化醫療技術與市場分析

時間:2018-05-29來源:未知 點擊:

個體化醫療,又稱個性化醫 療或精準醫療,是指以個人基因 組信息為基礎,結合蛋白質組、 代謝組等相關內環境信息,為病 人量身設計出最佳治療方案,以 期達到治療效果最大化和副作用 最小化的一門定制醫療模式 [1]。 相比于傳統醫療,個體化醫療具 有提升治療質量、減輕副作用等 得天獨厚的優勢。

個體化醫療萌芽于19 世紀, 隨著制藥技術、成像技術、基 因技術和數據挖掘技術的發展, 人類對個體化差異有了更深入 的了解,21 世紀基因測序技術 的飛速進步使個體化醫療成為 可能。個體化醫療的發展引起 了全球各國的關注,不僅成為 科研機構爭搶的高地,也是投 資者關注的重點。2015 年1 月 30 日,美國總統奧巴馬正式批準“精準醫學計劃”,提議國會 在2016 年財年向該計劃投入2.15 億美元,以推動個體化醫療的發 展。2015 年3 月,中國科學技術 部舉辦首屆國家精準醫療戰略專 家會議并成立由19 人組成的專 家委員會,計劃在2030 年前投 入600 億元(中央財政支付200 億元、企業和地方財政配套400 億元)推動我國個體化醫療的 發展(圖1)[2]。

1 個體化醫療的界定與應用 前景

隨著分子醫學水平的提高以 及大數據技術的廣泛應用,個體 化醫療迎來新機遇,對于個體化 醫療的定義與界定眾說紛紜,個 體化醫療的技術與模式也越來越多地應用于各個領域。

1.1 個體化醫療的定義和界定

“個體化醫療”通常被描述 為“在合適的時間,對合適病患 采取合適的治療方案”。從更廣 義的角度來看,個體化醫療可 以被認為是在預防、診斷、治 療和后期康復的全過程中,依 據病患的個體特征、需求和偏 好設計治療策略。幾個類似的 術語如“ 精準醫學(precision medicine)”、“分層醫學(stratifi ed medicine)”、“靶向醫療(targeted medicine)”、“ 藥物基因組學 (pharmacogenomics)”一般與“個 體化醫療”混合使用。其中,“精 準醫學”是與“個體化醫療”最 接近的詞,它被美國國家科學 院(National Academy of Sciences, NAS)定義為使用基因組、表觀 基因組等相關數據明確個體的疾 病模式,從而找到更好的個體治 療方法。“分層醫學”一般是指把 患有特定疾病的病患根據對特定 藥物與治療方法的不同反應分成 亞型。“分層醫學”是“個體化醫 療的核心”。“藥物基因組學”是研 究遺傳基因對藥物在人體內吸收、 代謝、療效及不良反應產生影響的 現象及其機制,是“個體化醫療” 最近興起的重要研究領域[3](表1)。 總體來說,個體化醫療從寬 到窄涵蓋了多個層面的定義。從 狹義來看,個體化醫療是指結合 個人基因組、蛋白質組、代謝組 等內環境信息以及生活方式等外 環境信息,為病人量身設計出最 佳治療方案與治療藥物。從廣義 來看,個體化醫療是依據個體差 異進行疾病管理,以期達到治療 效果最大化和副作用最小化的一 門定制醫療模式。

1.2 個體化醫療表現出廣闊的應 用前景

個體化醫療是臨床應用的重 大趨勢。世界上第一個正式被批 準用于基因治療的病例是先天性 腺苷脫氨酶(ADA)缺乏癥。目 前,能夠通過基因治療的遺傳疾 病已有很多,包括珠蛋白生成 障礙性貧血、血友病、苯丙酮 尿癥和其他先天性代謝缺陷病等 (表2)[1]。

目前個體化醫療在臨床的實 際應用領域涉及腫瘤、血液病、精神病、傳染病、心血管疾病等 多種疾病。其中,腫瘤和血液系 統疾病是個體化醫療涉足的重點 (圖2)。

2 個體化醫療技術發展的現 狀與趨勢

從個體化醫療的過程來看, 可以分為個體化診斷和個體化治 療兩個部分。通過大數據、云計 算等數據分析方法使個體化診斷 的結果更好地為個體化治療服 務,即通過將檢測獲取的指標與 數據庫中相關數據進行比對,獲 得診斷結果,通過診斷結果的分 析,醫生可以在個體化治療階段 更好地制定治療策略(圖3)。

2.1 分子診斷是個體化診斷技術 的核心

疾病診斷經歷了從實驗生物 學到分子生物學的轉變,在生化 診斷與免疫診斷領域,技術已非 常成熟,而在分子診斷領域,基 因芯片、微滴式數字PCR、第三 代測序等新興技術百花齊放,推 動了個體化診斷的快速發展。 分子診斷是應用分子生物學 方法,通過檢測患者體內遺傳物 質的結構或表達的變化來進行診 斷的技術[4]。分子診斷檢測的是 遺傳物質的變化,因此人體基因 遺傳物質的狀態和變化檢測是其 核心。核酸檢測從工藝上來說包 括核酸提取、核酸擴增和核酸檢 測,核酸檢測技術包括核酸分子 雜交、基因測序、基因芯片技術 等。分子診斷涉足的領域包括感 染性病原體檢測分型、遺傳性疾 病診斷、腫瘤個體化檢測等。

在感染性病原體檢測分型領 域,利用分子診斷技術能早期、 快速、敏感、特異地檢測感染性 病原體核酸。涉及的技術包括原 位雜交、斑點雜交、RT-PCR、基 因測序技術等。目前,分子診斷 已可以成功檢測各類肝炎病毒、 梅毒螺旋體、肺SARS病毒、各 類流感病毒等。

在遺傳性疾病診斷領域,分 子診斷通過對患者染色體和基因 靶點的檢測進行遺傳篩查和鑒別 診斷,并能夠對家族性遺傳病的 發生進行預測。染色體核型分 析、熒光原位雜交技術、RT-PCR 技術等可用于檢測染色體畸形, 隨著高通量測序技術的成熟,基 于高通量測序技術的無創產前基 因檢測成為重要的應用領域。 在腫瘤個體化檢測領域,分子 診斷可通過檢測相應基因的改變, 評價個體患病風險,進行疾病的早 期預防和診斷。通過DNA測序、 RT-PCR和FISH等技術檢測基因 擴增、突變、表達和多態性等, 指導腫瘤靶向治療(圖4)[5]。 總之,分子診斷技術以其具 有的靈敏度高、特異性強、簡便 快速、可進行定性定量檢測等優 勢,為個體化醫療的發展奠定了良好的基礎。

2.2 大數據技術搭建“診斷”與 “治療”的橋梁

在個體化檢測的基礎上,大 數據技術幫助獲取和分析診斷 信息為個體化治療設計提供指 導,大數據是“個體化診斷”通 向“個體化治療”的橋梁。在個體 化醫療中,大數據分析技術可對醫 療影像數據、基因數據等內容進行 收集和分析,通過分析軟件進行 深度挖掘,從而實現更加精準的 醫療。國外很多公司都建立了自 己的大型數據庫并開發相關的軟 件進行快速的醫療數據分析,如 Myriad Genetics公司通過大數據 的一體化分析解釋不確定的遺傳 檢測結果,使該公司擁有了顯著 性的戰略優勢。Illumina公司開 發了BaseSpace云計算與存儲平 臺進行遺傳信息的分析。Seven Bridges Genomics公司在人類基 因組排序和分析中綜合應用了云 計算和NoSQL數據的技術,推出 EC2、S3和MongoDB 等數據分析 工具[6]。我國華大基因的生物信 息超算中心,具備每秒運行157 萬億次的超級計算能力,數據存 儲量達12.6PB,基因測序能力位 居全球第一。

2.3 先進技術驅動“個體化治療” 快速發展

在越來越成熟的分子診斷技 術的驅動下,個體化醫療無論是運 用前景還是商業利潤都呈現出越來 越大的價值,然而,先進治療技術 的快速進步才是個體化醫療落地的 關鍵所在。從靶向藥物,到細胞免 疫療法,再到基因編輯技術,“個 體化治療”領域的重大突破無不撼 動著整個生物醫藥行業,推動著人 類醫療技術的發展(表3)。

個體化醫療雖然呈現出巨大 的可能性與商業價值,但目前還 存在很多局限阻礙其進一步發 展。從技術角度來看,首先,個 體化醫療的費用高昂,質量難以 控制,人口眾多難以推廣。個體 化醫療的普及依賴基因測序,雖 然基因測序的成本已下降很多, 但對普通民眾來說仍然花費較高。 其次,標志物的研究是個體化醫 療開展的基礎,雖然目前檢測設 備已可以精確地檢測絕大多數標 志物,但同一種遺傳標志物應用 在不同人群的效果是否存在差異, 多種遺傳標志物是否對同一個體 產生協同效應等問題尚不明確。

另外,如何對多因素協同考察仍 是個體化醫療的難點,由于研究條 件的差異,研究對象的種族、生活 地域、生活習慣的不同等因素,同 樣的檢測結果往往需要不同的治療 手段,這些都期待在未來技術發展 的過程中加以完善[7]。

3 個體化醫療市場發展的現 狀與趨勢

隨著醫療保健支出的不斷上升、 癌癥患病率的日益增加、政府醫療 負擔的不斷加重,個體化醫療的需 求持續增長。據美國市場研究公司 Grand View Research發布的報告顯 示[8],2014年全球個體化醫療市場 規模為10 079億美元,預計2022年 將達到24 525億美元,年復合增長 率超預期11.8%。隨著更多的個體 化醫療服務被納入報銷范圍以及監 管環境的日益完善,相信其影響力 將進一步提升。

3.1 個性化藥物占新藥比重持續 提升

2015年, 個性化醫學聯盟 (PMC)發布的報告顯示[9],FDA 批準的個性化藥物數量呈上升趨 勢,2015 年,FDA共批準新藥 45種,其中個性化藥物13種,占 比為28%(2014年FDA審批通過 的新藥中個性化藥物占的比例為 21%)。從藥物針對的疾病種類來 看,除了腫瘤特異性藥物,針對遺傳性罕見病的新藥批準數量也 在增長,充分體現了個性化藥物 在各個領域的應用潛力,也可以 看出各制藥公司對于個性化藥物 研發予以巨大的投入,對其前景 抱以很大的期待 (表4)。

3.2 北美地區是全球最大的個體 化醫療市場

2014年,北美地區個體化醫 療市場占全球主導份額。美國國 立衛生研究院的大力扶持,政府 對相關臨床試驗、電子醫療檔 案、醫院計算機操作系統等方面 的持續資助,臨床從業人員的增 長,下一代測序技術的創新以及 成本下降都推動了個體化醫療技 術的發展。2014年,北美地區個 體化醫療的收入超過500 億美元。 與之相比, 亞太地區預計 是個體化醫療發展最快的市場, 2015 ~ 2022年的年均增長率將達到 13%。與其他區域相比,亞太地區 人口眾多,市場滲透率高,西方和 東方個體化醫療參與者間日益緊密 的合作也將是其發展的重要因素[8]。

3.3 國際醫藥巨頭搶占全球個體 化醫療產業

隨著個體化醫療產業的不斷 發展,眾多國際大型藥企紛紛通過 合作、自身研發或并購方式進入個 體化醫療領域,如羅氏、安進、默 克、輝瑞、諾華、百時美施貴寶、 阿斯利康等。值得注意的是,除了 制藥巨頭外,以Google、IBM、微 軟為代表的科技巨頭也開始布局個 體化醫療。以2013年上市、向公眾 提供癌癥基因檢測服務的生物科技 公司Foundation Medicine為例,微軟 擁有其4%的股權,Google旗下風 投Google Ventures持有該公司9%的 股權,羅氏隨后以12億美元入股 該公司。Google投資的另外一家公 司23andMe也是基因測序領域最具 代表的公司。IBM利用其最領先 的大數據技術,推出了超計算機 Watson,助力像MD安德森、梅奧 這些全美頂尖的醫院開展癌癥的個 體化醫療。另外,IBM投資數十億 美元建設云計算平臺,提供大數據 存儲和處理服務(表5)[10]。

3.4 監管規范化是個體化醫療持 續發展的關鍵

個體化醫療作為一項與人體 健康息息相關的新興技術,其市 場化的推動與政府審批規范的 出臺及政策的引導密不可分。在 我國,干細胞療法、免疫細胞療 法等多種技術因為政府未及時出 臺有效的標準與監管方法,導致 市場出現亂象,嚴重制約了技術 的發展。雖然近年來我國出臺了《干細胞臨床試驗研究管理 辦法》、《干細胞臨床試驗研究 基地管理辦法》等規范加以完 善,但其適用范圍、審批流程、 操作條件等多個細節仍有待進 一步明確。與之相比,美歐日 韓等科技發達國家/地區已建立了適合各自國情的個體化醫療監 管體制。特別注意的是, 美國 FDA發布的《Paving the way for personalized medicine》, 明確 了新時期美國FDA在推動個體 化醫療中需要發揮的作用,值 得參考。報告提出,美國FDA應在評價個體化醫療產品的獲益 和風險、推動科學技術的迅速進 步、為新領域的醫療產品提供明 確與可預測性的治療原則以及告 知參與方臨床試驗設計和藥物設 備發展的相關規范等多個領域進 行努力(表6)[3]。

腾讯彩票奖金计算器