基因浪潮的方向是什么?我们邀请了16位KOL《 瞭望2020》(上)

关键词/基因行业前瞻战略讨论    文/基因慧

即将进入的2019年是2020年前的重要过渡年。2020年,“十三五”收尾,“精准医学”国家重点专项取得阶段性成果,高通量基因测序大规模产业历经第一个十年,大数据的规模效应、临床应用路径和政策窗口期都可能溢出或改变。特此,基因慧组织《瞭望2020》活动,邀请各领域KOL讨论行业前瞻战略风向。本篇上集为政策和科研方向的16位行业KOL的见解。欢迎留言讨论,精选留言者将获得《2019年基因行业报告》。

 

追踪政策风向

   
 

生物技术作为“十三五”国家战略性新兴产业之一,以此为主题的《国家生物技术发展战略纲要》也将面世。到2020年,我国生物产业规模将达到 8-10万亿元,年复合增长率超过15%,将成为新时代的经济引擎。而基因产业在高通量测序技术的工具驱动下,是生物最前沿领域之一,自身产业达到千亿市场规模,CAGR超过30%,同时链接信息技术、智能制造、物联网等跨界领域。

经历2014年的叫停后,基因检测一直得到政策的快通道支持,窗口期有多远,未来监管方向如何?为此基因慧邀请包括国家卫健委医药卫生科技发展研究中心李青主任、深圳市盐田区经促局陈晓武局长在内的5位专家参与前瞻讨论,内容如下。

  划重点  

  1. 监管政策进一步趋严,抓住机遇的关键仍是创新。
  2. 政府推进专业园区建设和资源配套,生命健康产业呈集群化发展。
  3. 学会/协会搭建政产学研用交流平台,推动行业规范化发展。
  4. AI更加渗透入基因健康行业,基因大数据政策体系需建立。

 1   监管政策进一步趋严,抓住机遇的关键仍是创新。

2020年,“精准医学”和“出生缺陷防控”两个国家重点研发计划项目将取得阶段性成果,我国将初步建立百万人规模的健康人群、专病和出生缺陷队列,包括信息平台、数据和知识库、生物样本库在内的国家层面的精准医学研究体系初见端倪,为科技创新和产业发展奠定基础。国家卫健委医药卫生科技发展研究中心李青主任表示,2020年,生物医药产业市场空间将进一步扩大,但监管政策也将进一步趋严,基因产业的机遇与挑战并存,抓住机遇的关键仍是创新。对于创新的理解,李青主任讲到,以重大疾病病因阐明、新药物和治疗靶点发现、基因组关键信息发掘为代表的真正“颠覆性硬创新”尚需时日和积累;基于现有知识的诊疗技术实用化规范化、重要疾病的伴随诊断和精准治疗等“技术性创新”有可能突破;改革服务模式、付费模式等的“模式创新”将层出不穷,使行业发展愈加欣欣向荣。

 2   政府推进专业园区建设和资源配套,生命健康产业呈集群化发展。

根据《“十三五”生物技术创新专项规划》,2020年全国将打造10到20个产值过100亿的生物医药专业园区及5到10个产值过100亿的生物制造专业园区。生命健康产业将呈现集群化规模化发展状态。

在我国改革开放的前沿深圳,盐田区坐拥国家基因库和龙头企业,享有粤港澳湾区地理优势,在过去的一年中推出一系列创新举措,加速生命健康产业生态建设,深圳市盐田区经促局局长陈晓武介绍到,盐田区正全力打造专业载体,推出特区内规模最大、配套最优的大百汇生命健康产业园;联手深创投和大百汇集团,创立园区创业发展基金;同时也为企业配套了研发资助、租金优惠、人才住房等扶持政策。

关于盐田区生命健康产业的未来发展,陈晓武局长表示,盐田区已选定生命健康产业作为产业转型升级的主要赛道,将探索与旅游、健康服务业等跨界融合发展,制定更精准的专项政策,加快集聚人才、技术和资金,随着粤港澳大湾区战略规划的推进,也将借助区域协同作用推进发展。在基因测序、精准医疗领域形成龙头引领、链条延伸、集群共进的局面。

南京江北新区近年来也将生物产业规划提上章程,南京江北新区科技投资集团董事长、总经理高磊博士介绍到,南京市委市政府正大力推动江北新区打造“两城一中心(基因之城、芯片之城、新金融中心)”产业体系,江北科投集团作为直属于江北新区管委会的科技创新投融资发展平台,在机遇下承载起助推新区发展的使命。

2016年10月,原国家卫计委批准在南京江北新区开展国家健康医疗大数据中心及产业园试点建设,江北科投集团以此为契机,依托多个国家级重大科技平台(国家新药检测中心、国家基因编辑技术中心等),搭建起五大公共技术服务平台,设立13支基金扶持优质创新项目,现已有近百家生命健康企业顺利入驻。

 3   学会/协会搭建政产学研用交流平台,推动行业规范化发展。

我国基因科技领域起步较晚,存在标准缺失、研究维度单一,基础科研与临床实际应用脱节,产业化程度不高等问题。广东省精准医学应用学会常务副会长兼秘书长孙炳刚认为广东省精准医学应用学会搭建了一个拥有多学科专家资源的合作交流平台,并与政府部门紧密联系,将推动行业规范化、科学化发展。今年7月,广东省卫计委成立了广东省临床基因检测质量控制中心,挂靠在广东省精准医学应用学会,这是全国第一个省级基因检测质量控制中心。目前学会已经着手启动临床遗传咨询、精准用药指引规范的研究工作,并计划对基因检测质量控制体系进行研究。

谈及对行业的期望,孙会长表示,希望到2020年,我国在基因检测领域能够建立起比较系统的标准和规范体系,特别是靶向药、免疫治疗等建立起科学、高效的研发和注册许可制度,加快成果转化。

 4   AI更加渗透入基因健康行业,基因大数据政策体系需建立。

国家药监局医疗器械技术审评中心已于今年早些时候成立了医疗AI研究组,预计明年将有部分医疗AI产品问世。当前AI正在进入医院的科室,辅助医生进行疾病诊断和治疗。美国FDA前评审组长、美国NIH前项目主任孙立英教授认为,2020年或有望实现个体化人工智能诊疗系统,最先可能出现在遗传病和肿瘤领域。和检测几个基因预测疾病的传统方法不同,这种个体化人工智能诊疗系统将对患者病例进行系统跟踪和复杂的多因素分析,达到精准治疗、改善生活质量及延长寿命的临床目的。

除此之外,孙教授还认为在未来几年我国预期有如下几个方面的重大突破: 巨量临床基因数据存储技术和快捷分析方法;用人工智能技术开发基因数据和临床数据;根据基因序列开发多肽/蛋白药品的技术。

为迎接未来大数据领域的快速发展,孙教授认为相关政策方应推动建立:人类基因医疗大数据管理办法、基因医疗大数据临床应用指南、基因医疗大数据模型临床注册标准。

 

   探索前沿技术

   
 

基因行业的发展以技术进步为驱动因素,技术的推陈出新带来临床成果和进一步的商业化,在科学研究日新月异的今天,如何才能把握基因行业前沿讯号?液体活检、DNA合成、单细胞测序技术这些目前正值风口的技术在未来可能有怎么样的发展路径?基因慧邀请包括中国科学院北京基因组研究所研究员方向东教授、北大清华联合中心高级研究员张泽民教授在内的11位专家参与前瞻讨论,内容如下。

  划重点  

  1. 精准医学大数据领域:建设标准化技术体系、数据存储及分析平台、大数据有效挖掘技术、临床决策支持系统。
  2. 癌症基因组学领域:液体活检迎来准入批准,泛癌种早筛风口。
  3. 合成生物学领域:自主研发的DNA合成仪和新一代DNA生物合成技术是焦点。
  4. 单细胞领域:拓展至生命活动及疾病机理研究,单细胞表观遗传技术迎来突破。
  5. 海洋基因组领域:提升样本进一步处理技术是关键。

 1   精准医学大数据领域:建设标准化技术体系、数据存储及分析平台、大数据有效挖掘技术、临床决策支持系统。

随着各国陆续开展精准医学队列计划,未来精准医疗将依托于基因大数据的处理和分析,中国科学院北京基因组研究所研究员方向东教授认为,未来可以实现各数据平台之间的数据快速传输、备份、浏览和集成,医生将根据病人的基因特征,联合临床信息、个人家族史、生活习惯等,制定适合的治疗方案,并通过远程监控系统及临床决策支持系统实现对慢性病人的个性化健康管理。

为了实现上述目标,方教授认为需要着重建设标准化技术体系、数据存储及分析平台、大数据有效挖掘技术、临床决策支持系统。基于均匀、无偏、精准扩增和高通量测序的单细胞组学技术,挖掘疾病分型、早期筛查与诊断的靶标分子;研发快速、高效、准确的数据分析、疾病分型、风险预测、疾病诊断、药物疗效等模型;建设专病数据库和慢病监测系统等。

目前国际上群体基因组数据进入十万或百万人群级别,可以检测的变异逐步扩大到大的结构变异,人类得以对自身基因组的认知更加细致。上海生物信息技术研究中心/上海生物医学研究院个人基因组研究组组长丁国徽博士表示,期待2020年分子进化理论方面迎来突破,可以获得更精细的群体水平的基因组图谱,对肿瘤异质性和发生发展过程方面有更好的描绘和理论上的解读。

丁国徽博士希望基于科学家对中国人群精细基因组图谱、儿童免疫系统等的深入研究,能够在未来两三年内迎来更多的遗传病或罕见病有效临床干预和治疗方案,新生儿的疾病筛查技术将会进行技术迭代,基因组水平的筛查将会被临床接受。同时也希望科学界、医疗机构、行业协会或学会多合作,增加培训和科普工作。

中国国家罕见病注册系统执行总监、神州医疗副总裁弓孟春博士非常重视数据科学在精准公共卫生和罕见病领域的应用,他引用与西澳大利亚洲发育疾病登记中心主任Gareth Baynam教授在2018年亚洲精准公共卫生大会上做的总结:精准公共卫生旨在利用传统和创新的技术及数据科学的结合及应用,精确地描述和分析全生命周期中个体、人群及其环境的关系,从而在社会文化可接受的范围内对于高危人群制定预防策略,改善人群的整体健康水平。

弓孟春博士认为,精准公共卫生学科发展的支柱正是基因组学数据的处理及运用,而罕见病是备受关注的疾病领域。大数据、云计算、人工智能等新兴技术和数据科学的应用和组合,可以实现准确描述和分析生命历程中的个体及其环境,为风险群体定制预防性方案,最终改善人口整体健康状况。基于基因组学等相关技术和数据科学,未来可以从罕见病研究中为更多常见疾病的预防、治疗提供解决方案。

 2   癌症基因组学领域:液体活检迎来准入批准,泛癌种早筛风口。

近期液体活检领域发展迅猛,以癌症早筛为概念的新兴项目获得资本青睐,思勤医疗创始人茅矛博士认为NGS液体活检的临床应用将越来越广泛,在用药指导的基础上,复发监测会成为液体活检的第二大应用场景。2020年会有CFDA的市场准入批准,真实世界数据的总结将会展现其临床应用的价值。泛癌种早筛将在2019年出现小规模的商业化,突变和甲基化的检测会是两大主流技术,人工智能也将扮演重要角色,学术界研究成果将进入更大规模的临床验证,工业界研发重点仍会集中在灵敏度/特异性、溯源和性价比。2020年在技术手段多样化的基础上,也会呈现更大规模和多样化的商业推广。

技术实现突破后,茅矛博士认为监管部门的接受程度和如何批准上市将会成泛癌种早筛的最大挑战,单癌肿早筛会更容易被监管部门接受,结直肠癌、肺癌和肝癌早筛将成为上市批准的突破口,而泛癌种早筛将会成为资本最大的风口。

南京医科大学生物医学工程与信息学院副院长汪强虎教授认为,外周血游离DNA(cfDNA)甲基化逐渐成为学界公认的肿瘤早筛标志。目前,基于单个或少量位点的cfDNA甲基化检测在早筛精度上还不能满足需求,基于高通量测序的cfDNA甲基化检测在送检样品量及高昂的检测成本等限制了肿瘤早筛技术的大规模推广和应用。巨大的需求将倒逼技术发展,未来1-2年将是肿瘤早筛技术突破带动市场爆发的关键节点,诊断出的大量早期肿瘤病例也将推动早期肿瘤治疗或干预的医疗技术发展。

 3   合成生物学领域:自主研发的DNA合成仪和新一代DNA生物合成技术是焦点。

近两年我国在合成生物学领域屡次实现技术突破,2017年成功完成4条酿酒酵母染色体的人工合成,2018年,成功合成仅有一条染色体的酿酒酵母。关于合成生物学未来的发展,中科院天津工业生物技术研究所研究员江会锋博士举例介绍了两个重要的发展方向,一个是在化学品合成方面的应用将更加广泛;另一个是在中药药效成份鉴定与新药开发、药效合成途径发掘与高产新种培育、中药人工细胞模拟等发挥重要作用,推动我国传统中药产业变革和可持续发展。

除了上述发展方向,深圳国家基因库合成与编辑平台负责人沈玥博士补充到,DNA合成在以合成生物学为技术主导的多个生物技术领域都具有重要的价值。例如生物检测领域,DNA合成技术被广泛运用于生物传感器的开发中;医疗健康及制药领域,合成的DNA能够直接作为寡核苷酸药物用于疾病的治疗;生物能源及农业领域,合成DNA在菌种及品种改造中的需求逐年递增;再生医学领域,也会通过引入特定设计合成全新的基因组片段的方式实现器官或组织再生的目标;新兴领域如基于DNA介质的数据信息存储也依赖于DNA的大量合成。生命遗传物质DNA的人工设计与合成是实现重构生物系统的核心基础,因而该方向的发展程度直接影响到合成生物学的发展速度以及国际竞争力。

江会锋博士介绍,DNA合成是合成生物学的核心技术,而DNA合成仪是DNA合成的核心装备,目前主要被美国公司垄断,是我国合成生物学发展的“卡脖子”技术。另外,随着美国新一代DNA生物合成技术的突破,资本市场大量投入,新一代DNA生物合成技术必将成为DNA合成技术的下一个焦点。

沈玥博士也认为,应当加大DNA合成仪核心工具、试剂研发投入,重点解决新一代DNA合成仪研发中的国产仪器空心化问题,提升我国在合成生物学领域的国际竞争力。

 4   单细胞领域:拓展至生命活动及疾病机理研究,单细胞表观遗传技术迎来突破。

单细胞测序技术的出现为科学家研究人体发育和疾病机理提供了一种新的方法,对生命基本单位的研究为人类开辟了了解世界万物的新视野。关于单细胞技术的发展,耶鲁大学基因组分析中心副主任王桂林博士认为,明年将是单细胞基因组技术逐渐成熟和突破的一年。以10x Genomics为代表的单细胞转录组和相关表面蛋白技术会日益成熟,成本逐渐降低,并有可能通过结合组织实体结构获得单细胞水平的三维结构转录组图谱。单细胞表观遗传技术,特别是单细胞基因组甲基化会有突破。

王桂林主任认为未来单细胞基因组学将在精准医学和癌症诊断中有广泛应用,有望实现在单细胞水平的实时跟踪、检测癌症的发生、发展和预后,需要克服的难点主要会在数据分析。

北大清华联合中心高级研究员张泽民教授专注于单细胞领域癌症研究,关于单细胞测序技术未来发展,张泽民教授认为还有几大挑战,包括克服扩增步骤中引入的技术噪声,以及需要提高细胞捕获的通量。单细胞表观基因组学、多组学和空间单细胞测序技术将是单细胞测序技术未来发展的一些主要方向,将带来癌症研究的革新。

哈尔滨医科大学生物信息科学与技术学院科研负责人肖云教授认为,在未来的两年里,单细胞研究将会逐步扩展至生命活动和疾病发展机制的探索中,有望产生革命性的治疗理念。因而,全面地剖析生物系统的多样性以及细胞间的生态系统将是未来主要研究方向。

肖教授认为单细胞研究仍需要从以下几个方面推动:分离细胞、提取遗传物质和扩增等多层面产生的信噪比问题是后续分析准确性的关键;准确可靠的数据处理和分析技术也是重要核心手段。

 5   海洋基因组领域:提升样本进一步处理技术是关键。

海洋来源的生物样本具备的特殊生物学性质、特殊蛋白和代谢产物,都决定了海洋基因组研究能够带来巨大的生命科学基础研究和产业应用价值。然而目前相比其他生命科学领域较为薄弱,青岛华大基因研究院执行院长刘心博士认为,当前需要重点解决的问题是样本的进一步处理技术,简单到如何获取海洋样品的高质量DNA,复杂到如何原位实现各种海洋环境的基因组研究。解决上述问题之后,结合最新的长片段建库测序、单细胞测序等各种组学研究技术,预计在未来一两年内海洋基因组研究能够在某些重要物种研究上取得从样本获取到基因组研究的突破,引领更多具有产业价值的海洋生物资源的高效开发。

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