全球生技產業發展動向與研發趨勢

近代主導生技產業最重要的技術核心為DNA,其雙螺旋構造早於1953年4月Nature雜誌發表,經過50年後,人類在生物學研究上的另一項突破,即是完成人類基因組解碼工作,而整體生技產業也以此一大事為中心,無論是研發、產業投資均十分熱絡。

本文將由各不同角度探討西元2003年全球生技產業研發趨勢及產業發展。

1.主要研究趨勢與成果

  1. 基因解碼後續計畫(Encyclopedia of DNA Elements,ENCODE)計畫
    人類基因組計畫(HGP)是在西元1996年2月,由全世界6個國家(美、英、日、法、德、中),24個機構所組成之國際性聯盟Human Genome Consortium共同執行。西元2000年6月鹼基定序工作大體完成,西元2003年4月14日宣布人類基因解碼全部完成。

    HGP計畫完成後,期望能夠將此成果應用到產業方面,在後續研究中,較大型計畫之一是由美國所主導的「ENCODE Project」,目的在探討人類基因組上所有機能單元。

    ENCODE計畫不僅探討調控蛋白質的基因,還包括偽基因與轉錄調節單元等,基因組上所有具有生體機能的單元均在研發範圍。計畫執行前3年屬先導計畫,執行分二大方向,一是鎖定人類基因組大約1%,也就是3,000萬對鹼基部分,以現有技術探索既存的機能單元,此一領域中,以大小為50萬對鹼基到200萬對鹼基的44處,分別由5~15個研究團隊負責。西元2003年之預算為美金1,000萬元。另一為創新技術、設備與試藥之開發,由4~8個機構各自進行研發。西元2003年的預算為美金200萬元。3年後再依此先導計畫的成果進行真正的研發計畫。

    除ENCODE大型計畫外,對HGP計畫執行設備投資的3所大學,包括MIT、Washington與Baylor Medical University,亦利用其大型定序設備,持續進行基因組定序工作。定序生物由所有研究人員自由推薦,再交由學者所組成的委員會Genome Resources and Sequencing Priority Panel(GR ASPP)審查,以決定定序生物的種類。

    依此制度,目前已決定多種生物基因組定序,包括黑猩猩、水稻、果蠅、紅毛猿、鱷魚、雞、蜜蜂及黴菌等,其中黑猩猩及蜜蜂的定序工作大致完成。

    微生物基因組定序方面,由美國NIH屬下的國立過敏感染症研究所(NIAID)與美國The Institute for Genomic Research(TIGR)簽訂委託合約,依合約內容,TIGR以每年經費美金6,500萬元,一年定序數十種微生物,對象為病原菌及由病原菌所媒介的低等生物,研究成果有助於疫苗與治療藥物之開發。

    在水稻基因定序方面,西元2002年12月完成第二期定序工作,由國際水稻基因組鹼基配對解讀聯盟(IRGSP)宣布此項成果,台灣科學家也有參與此項研究工作。水稻屬單子葉植物,其基因組大小約為4.3億對鹼基,相較於玉米與小麥皆較小。

    水稻基因解碼成功最大意義在於將野生種或突變種與「標準種」進行差異比較,以鑑定出能生成有用物質之基因,進一步應用這些資訊,研發出更具實用價值之新品種。

  2. RNAi對核酸生技醫藥之衝擊

    RNAi是核酸生技醫藥的一種,近年來突然竄起,引發核酸生技醫藥的大革命。

    RNAi(RNA interferance)是指以人工合成的雙股RNA,由細胞外進入細胞內,將具有同序列基因組上的基因表現,進行選擇性的干擾破壞的現象,可應用在基因解析技術及新藥開發方面。

    將mRNA之功能以鹼基序列特異性阻礙法為理論基礎,包括有反義RNA及ribozyme。但反義RNA效率不高,僅有20~30%,而RNAi則可高至80~90%。

    RNAi的發現迄今僅有5年。在農業領域上,以減毒的植物病毒接種到植物體,可干擾強毒株感染,提高抵抗力,並應用在番茄與胡瓜的栽培上。此為長度適當的病毒疫苗產生的RNAi,同一現象也在動物中的線蟲出現,詳見圖3-1。

    但是在哺乳動物上當初並沒觀察到RNAi現象。將雙股RNA分子引入細胞的話,哺乳動物細胞會誘導出細胞自殺現象,引起感染細胞的死亡。線蟲、植物與哺乳動物細胞之差異無法解釋。

    RNAi現象對生技醫學產生衝擊,帶動生技服務業中的RNA委託合成產業及雙股RNA引入細胞相關儀器設備的發展。由於基礎研究成果,牽動許多相關周邊產業,也會同時使同類型研究快速進展,如微小RNA(micro RNA)之探討等。



                                                圖3-1    線蟲與植物細胞RNAi作用機制

    資料來源:日經BIO年鑑,2004年日本產經新聞社。

  3. 下一世代蛋白質生產技術

    與人類基因組計畫所衍生的後基因組時代之新藥開發並列的熱門生技研究為蛋白質體學(proteinomics)。

    目前蛋白質醫藥的生產在實驗室中是利用大腸菌或酵母菌,在實際商業上則以大腸菌、酵母菌與CHO細胞為主。而未來的生產技術可能是無細胞多種大量合成系,如:雞與植物等。其優點為方便、短時間、種類多及成本低,有別於以大型動物(如牛、羊)所進行生產的動物工廠(animal bioreactor)技術。

    下一世代蛋白質生產技術是基因轉殖雞。選擇以雞為對象的理由有幾點:雞個體不大,飼養容易;每天產生富含蛋白質的蛋;.雞隻抗體對於proteinA或proteinG不具親和性,所以純化容易;雞為哺乳類,容易產生抗體;醣鏈構造類似人類。製作基因轉殖雞的操作流程,詳見圖3-2。

                 
                                                    圖3-2     基因轉殖雞操作流程

    資料來源: 日經BIO年鑑,2004年日本產經新聞社。

    西元2003年美國Avigenics公司以基因轉殖雞成功的得到人類干擾素aIIb,連續三代都確認有干擾素,而此種干擾素的醣鏈結構與人類的相同。日本名古屋大學也以反轉錄病毒當載體,將雞胚導入抗體基因,成功的在雞蛋白中得到3~8g/ml,是高濃度的抗體。

  4. 生技醫藥品(biopharmaceuticals)

    生技醫藥品是目前生技產業中發展最早、具潛力的項目,多數國家在推動生技產業之初,均以生技醫藥品的研發為重點。依Burrill & Company在西元2003年發表之資料顯示,全球生技產業龍頭的美國,生技公司於研發領域的分布,生技製藥占53.3%、基因體與蛋白質體占11.6%、診斷相關占9%、藥物傳輸占6.7%、生技服務業占4.9%、農業(含保健食品)占4.5%、生技材料為3.7%、設備與器材有3.3%、CRO有2.1%及生物資訊占1.2%,由這些數據顯示生醫領域占有85%左右。

    a.生技醫藥品市場

    就整體生技產業而言,發展三大方向為生技醫藥品、農業生物技術及特化品生技,詳見表3-1,其中以生技醫藥品仍占優勢。

    表3-1 美國生技產業發展三大方向

    領 域
    西元2003年市場(美金百萬元) 西元2003~2013成長率(%)
    生技醫藥品

    治療用藥

    人用診斷試劑

    17,000
    11
    3,130
    7
    農業生技
    1,600
    14
    特化生技
    845
    13
    非醫用檢驗試劑
    425
    10
    總計
    23,000
    11

    資料來源:Consulting Resources Corporation。

    西元2002年全球藥品平均市場成長率為9.6%,而生技醫藥品成長率為24%。西元2002年銷售額為美金333億元,占全球藥品市場之7.9%。依地區分,北美洲占有58%、歐洲22%、日本9%及其他地區為11%。以產品分,以紅血球生成素(25.3%)排名第一、其次是干擾素(17.2%)、胰島素(13.2%)、單株抗體(12.4%)、血液因子(10.7%)、細胞群落因子(8.2%)、生長激素(5.1%)、介白素(0.6%)、成長因子(0.4%)、治療用疫苗(0.2%)及其他(6.7%)。

    生技藥品於西元2006年時,銷售額預估可達美金600億元,占全球藥品市場之10%。

    目前已上市之生技藥品中,以感染性疾病相關最多,其次是血液疾病,而研發中項目最多的是癌症相關藥品,其次是感染性疾病關聯藥品。

    b.生技醫藥品研發與商品化

    西元2003年主導生技產業市場的兩大項目為生技醫藥品及基因轉殖作物。西元2003年一年間,美國及歐洲即有多種生技醫藥品上市,影響生技產業市場極大。

    西元2002年底至2003年初,美國Eli Lilly公司的重組DNA副甲狀腺激素(PTH)製劑「FORTEO」核准上市,用於治療骨質疏鬆症。第二代抗體醫藥之一,完全人類抗體藥物「HUMIRA」商品化-抗腫瘤壞死因子抗體,可用於風濕性關節炎。西元2003年1月31日美國Biogen公司生產的「AMEVIVE」(aleficent)獲准上市-重組DNA的融合蛋白質製劑,用於乾癬病患。4月時美國Genzyme公司上市「Fabrazyme」(agalsidasebeta)。Genzyme與Bioluarine公司共同研發的黏多醣體沈著症I(MPSI)治療藥也正式商品化-重組DNA艾杜糖醛(iduronidase)製劑「Aldurazyme」(Laronidasc)。

    西元2003年6月上市的生技藥品,包括經鼻流感疫苗「FluMist」(美國Wyatt公司),非何杰金氏(Hodgkin)淋巴腫瘤抗體醫藥「BEXXAR」(美國Corixa公司,英國GlaxoSmitnkline公司),抗IgE抗體「Xolair」(瑞士Novartis公司等),10月則有抗CD11a抗體「Raptiva」上市(美國Genentech公司)。

    「學名藥」為生技醫藥品重要發展趨勢之一,由於許多生技藥品在美歐日的專利紛紛到期,中國與韓國已紛紛出售生技藥品之學名藥。生長激素的學名藥研發極為熱門,瑞士Novartis pharma公司集團旗下的Sandoz公司以發展學名藥為主,目標為生長激素製劑「Omnitrop」。加拿大Cangene公司自行確立Streptomyces的蛋白質表現系,可用以生產人體生長激素學名藥。美國SICOR公司之子公司SICOR Biotech公司獲准重組DNA人體顆粒球群落刺激因子之學名藥「Grasalva」。由此可見,生技醫藥品學名藥的時代已來臨,此一發展值得注意。

    由西元2002年全球暢銷藥品排行榜來看,前八名的產品中有六項已有學名藥,詳見表3-2。

    表3-2 暢銷生技藥品及其學名藥研發
                                                               單位:億美元

    藥品名稱
    2002年銷售額
    廠商
    適應症
    學名藥研發狀況
    Procrit / Eprex 42.7 Johnson & Johnson 貧血
    Intron A /Peg-Intron /Rebetron 27.4 Schering-Plough 白血症 有 
    Epogen 22.6 Amgen 貧血    有 
    Neupogen 13.8 Amgen 嗜中性白血球減少症 有   
    Remicade 12.9 Johnson & Johnson   關節炎 有  
    Rituxan 11.6 Genentech / Idec Pharmaceuticals  非何杰金淋巴腫瘤  
    Avonex  10.3 Biogen 多發性硬化症 有  
    Humulin 10.0 Eli Lilly   糖尿病 有 

    資料來源:生技中心及工研院IEK。

  5. 檢驗試劑

    檢驗試劑在西元2003年之研發極佳,尤其在單株抗體檢驗試劑方面。由於流感一直威脅著人類,在西元2001年後抗流感藥物陸續上市,如「Tamiflu」,這是一種對於神經氨酸(neuraminidase)、唾液酸酸(sialidase)的阻礙劑,另一藥物為「Relenza」。

    這些流感藥物上市後,帶動臨床上快速診斷之需求,使得流感快速檢驗試劑(POC)的市場提升不少,這類POC試劑不僅可用於流感偵測,並可應用於小孩感冒相關的腺病毒檢驗試劑的研發。

    美國Abbort Laboratories與Orasure Technologies公司共同研發出快速檢查HIV-I抗體的試劑,這是依臨床上由指尖採血,由全血樣本來偵測的方法,20分鐘之內可得知結果,感度99.6%、特異性高達100%。

    西元2003年亞洲地區盛行SARS,因此許多研發單位投入SARS病毒之檢驗試劑開發。

  6. 基因轉殖作物

    基因轉殖作物是生技產業中相當重要一項研發項目,由西元1970年末至1995年間,許多農業生技公司投入基因轉殖植物的研發,西元1995年首次基因轉殖番茄上市。由西元1995年至2000年初期,許多基因轉殖作物紛紛上市,創造高成長佳績。西元2003年後,由於多種作物基因解碼的成功,基因轉殖作物也會以不同形態出現。

    a.市場概況

    基因轉殖作物占整體農業生技市場最大宗,依Global Industry Analysis統計,西元2000年農業生技的市場產值美金27億元,其中基因轉殖作物就占其中之美金21億元。預估西元2004年市場將成長至美金30億元,西元2010年將成長至美金60億元,平均年成長率為11.2%。基因轉殖作物中以大豆、玉米、棉花及油菜為主,其中大豆占市場總值約48%,其次是玉米(33%)、棉花(16%)與油菜(3%)。

    全球第一項基因轉殖作物為Flavr Savr番茄-Calgene公司在西元1993年獲美國核准商品化,且於西元1994年獲供食用許可,這是以重組DNA技術來延緩番茄的成熟以延長保存期限。西元1996年首件耐除草劑與抗蟲的基因轉殖作物上市、西元1998年棉花、玉米、油菜及大豆的基因轉殖品種持續推出。基因轉殖作物市場以北美及拉丁美洲為主,銷售額占98%以上。Agrow Reports 選出全球20大農業生技公司,詳見表3-3。

    表3-3 全球前20大農業生技公司  

    公司名稱(國家)
    公司類型
    已上市的基因轉殖作物
    Advanced TechnologiesCambridge(英國) 技術平台
    Advanta(荷蘭) 種子 油菜、玉米、大豆
    BASF(德國) 作物保護
    Bayer CropScience(德國) 作物保護 油菜、玉米、大豆、稻米、甜菜
    Ceres Inc (美國) 技術平台
    CropDesign NV(比利時) 技術平台
    Delta and Pineland(美國) 種子 棉花、大豆
    Dow AgroScience(美國) 作物保護 玉米
    DuPont(美國) 作物保護 大豆、棉花
    Exelixis(美國) 技術平台
    Group Limagrain(法國) 種子 玉米、大豆
    KWS SAAt(德國) 種子 玉米、大豆
    Large Scale Biology Corp(美國) 技術平台
    Maxygen(美國) 技術平台
    Mendel(美國) 技術平台
    Monsanto(美國) 作物保護 番茄、玉米、大豆、油菜、棉花、馬鈴薯
    Paradigm(美國) 技術平台
    Savia (Seminis/Bionova)(墨西哥) 種子 南瓜
    Stine Seed Company(美國) 種子 玉米、大豆
    Syngenta(瑞士) 作物保護 甜菜、玉米、番茄

    資料來源:Agrow Reports,2003年。

    b.研發趨勢

    基因轉殖作物的研發大致可分為三階段,西元1995年∼2002年第一代作物的發展目的是在改變作物特性,例如抗蟲、疾病、耐除草劑、增加產量、加速生長及保鮮等,以降低成本。此時期主要參與研發公司,包括Monsanto、Syngenta、Dupont、Dow及Exelixis。第二代作物是從西元2003年開始,預期會持續到西元2010年左右,主要目標在增加作物營養價值,如添加β胡蘿蔔素的黃金米及甜甜米、高維生素作物等,以期食用者食用時達到保健目的。

    第三代基因轉殖作物發展預計將從西元2010年開始,以基因轉殖作物生產人類醫藥品,稱之為分子農場(Molecular pharming)。目前研發目標為疫苗、抗體及生醫原料等。

    基因改良食品問世後,一直有安全性爭論,消費者並未能完全接受,雖然如此,基因轉殖作物種植面積仍自西元1997年到2003年增加6倍。

  7. 再生醫學產業化

    再生醫學(Regenerative Medicine)是生物技術中之一項新興領域,涵蓋範圍極廣。其中幹細胞(stem cell)是其發展主軸,也是進入再生醫學產業中最被看好的方向。

    再生醫學產業化所遭遇的困難有臨床試驗的不確定性與法規,不易取代主要競爭技術、產品,且資金回收期限很長等因素。目前再生醫學的主要研發項目與競爭產品,詳見表3-4。

    表3-4 再生醫學對象及競爭技術

    器官•臟器
    疾病•用途
    再生醫療技術
    主要競爭技術
    腦細胞•神經    阿滋海默病症 神經幹細胞移植 膽鹼脂抑制劑
    帕金森氏病症 神經幹細胞移植 多巴胺製劑
    腦中風    
    脊髓損傷 神經幹細胞移植  
       角膜損傷 角膜上皮幹細胞植 角膜移植
    色素網膜變性症 網膜幹細胞植
    網膜剝離 網膜幹細胞植 外科手術
      鼓膜損傷 再生鼓膜移植 外科手術
    高齡重聽 內耳幹細胞植 人工內耳
    牙周病 再生齡槽骨移植
    血管 動脈硬化 血管幹細胞移植 血管移植
    胰臟 糖尿病 再生胰臟移植 胰島素製劑
    肝臟  肝炎•肝硬炎 再生肝臟移植 干擾素
    生體肝移植    
    乳房 乳癌手術造成損害 再生脂肪細胞移植 乳房再建術
    皮膚     燙傷 培養皮膚移植 人工
    褥傷 培養皮膚移植 創傷被覆材
    糖尿病皮膚潰瘍 培養皮膚移植  
    母斑•刺青•癪痕等 培養皮膚移植 外科手術
    雀斑 培養皮膚移植 雷射治療、維生素A酸
    皺紋 培養皮膚移植 維生素A、視黃醇
    軟骨 老人性膝關節症等 培養皮膚移植 葡萄糖酸胺

    資料來源:日經BIO年鑑,2004年日本產經新聞社。

    由於幹細胞是再生醫學中極為熱門課題,在近幾年投入的研究單位與廠商極多。但幹細胞因涉及倫理道德問題,使其發展趨勢值得注意的。

    全球幹細胞研發概況

    a.美加地區

    從最初的骨髓移植算起,幹細胞在美國已進行30多年。但直到西元1998年,美國威斯康辛大學的James Thomson實驗室和約翰霍普金斯大學的John Gearhart實驗室分別於科學期刊(Science)和美國科學院期刊(Proceeding of National Academy Science, PNAS)同時發表人類胚胎幹細胞的體外培養成功,才開始帶動全世界幹細胞工程研究熱潮。

    美國國家衛生研究院(NIH)特別於西元1999召開二次公聽會,說明幹細胞的發展經過和可能之應用方向,目前已初步製訂胚胎幹細胞的發展綱要與研究指南,而各大公、私立權威研究單位,也都在進行各種幹細胞來源及分化功能的研究。

    加拿大,也在西元2002年春天籌組一個由超過65位科學家組成的全國性幹細胞研究聯盟(The Stem Cell Network)。該研究聯盟以渥太華(Ottawa)大學為中心。美加地區的重要幹細胞研究單位,詳見表3-5。

    表3-5 美加地區的重要幹細胞研究單位

    美國
    單位名稱 連接網址 研究說明
    University of California at San Francisco http://escells.ucsf.edu/ 提供人類胚胎幹細胞株
    WiCell Research Institute http://www.wicell.org 提供人類胚胎幹細胞株
    Johns Hopkins University http://www.hopkinsmedicine.org 人類胚胎幹細胞研究
    Washington University http://medicine.wustl.edu/~escore/ 人類胚胎幹細胞研究
    University of Texas http://www.utexas.edu/ 人類胚胎幹細胞研究
    Kansas State University http://www.vet.ksu.edu/index.htm 將臍帶基質分離出的幹細胞分化培養成神經細胞
    University of Minnesota Stem Cell Institute http://www1.umn.edu/stemcell/ 發現老鼠骨髓中的多能性成體前驅細胞
    Stanford University http://mednews.stanford.edu/stemcell-index.html 預計利用幹細胞發展癌症與帕金森氏症的治療方法
    Tulane University, Center for gene therapy http://www.som.tulane.edu/gene-therapy/ 人類骨髓快速增生幹細胞研究
    加拿大
    單位名稱 連接網址 研究說明
    The Stem Cell Network http://www.stemcellnetwork.ca 幹細胞治療研究、專業人才培訓以及將技術推展至市場應用

    資料來源:Consulting Resources Corporation。

    b.英國

    英國的幹細胞研究居於世界領先地位,也是世界第一個將複製研究合法化的國家。在英國,研究者不但可以使用人工授精術所剩餘的胚胎,為了供應研究所需,還可以製造人類胚胎,甚至使用無性繁殖術複製胚胎及其所包含的幹細胞。後者這種情形俗稱「治療性複製(therapeutic cloning)」。為防止人類胚胎幹細胞可能的誤用,英國設立了「人工受精及胚胎管理局」( Human Fertilization and Embryology Authority , HFEA)來管制人類胚胎的製造與使用。

    英國在西元2002年末設立國家幹細胞庫(UK Stem Cell Bank),位於國家生物標準暨管制研究所(National Institute for Biological Standards and Control, NIBSC)之下,除負責幹細胞株的管理,未來也將建立各項符合標準的設施,作為各種幹細胞株的生產、檢驗與輸出之用。其工作目標分為兩個階段,第一階段為建立良好的控管流程(非GMP)標準,提供幹細胞株給國內外單位進行基礎研究;第二階段則是建立符合GMP規範的設備流程,生產人類治療可用的幹細胞。

    此外,英國政府在西元2002年底宣布在西元2003-2006年之間,將為幹細胞研究提供額外的英鎊4,000萬元(美金約6,400萬元)的資助資金,以吸引海外研究人員和刺激對這一領域的商業投資。

    c.德國

    德國則在西元2002年1月通過「胚胎幹細胞進口法案」,定於同年7月開始施行,首先通過許可的是波恩大學神經生物學家(Bruestle),申請進口胚胎幹細胞用於科學研究。

    d.瑞典

    瑞典於西元2003年1月成立Lund Stem Cell Center,希望針對幹細胞分化的調控進行深入研究,並促進細胞治療的進步與發展,詳見表3-6。

    表3-6 瑞典Lund Stem Cell Center的組成

    組成部門
    主要實驗室
    說 明
    Stem Cell Institute     Hematopoietic Stem Cell Lab 主要針對幹細胞基礎與生物發生學方面進行研究    
    Neural Stem Cell Lab
    Non-Mammalian Development Biology Lab
    Stem Cell Functional Genomics Lab
    Computational Biology
    Preclinical Research   Molecular Medicine and Gene Therapy Lab 利用幹細胞建立動物疾病治療與器官移植模式  
    Neurogenesis and Cell Therapy Lab
    Neural Stem Cell Transplantation Lab
    Clinical Research   HSC transplantation Section 人類幹細胞移植、神經細胞取代,與因治療的臨床試驗部分  
    Neural Cell Replacement Section
    Gene Therapy Section

    資料來源:Lund Stem Cell Center。

    e.日本

    在日本,幹細胞研究是國家「千禧年世紀工程」中的核心內容之一。西元2001年秋天,日本文部科學省制訂研究指導原則,幹細胞相關研究因而解禁,到西元2002年3月,文部科學省開放允許製作人類胚胎幹細胞,並批准京都大學進行再生血管的研究計畫,日本的人類胚胎幹細胞研究正式展開。此外,日本通產省也自西元2003年度起,展開一項為期5年,委託民間企業進行的「再生醫療」計畫,第一年預算已編列日圓8億元,計畫目標是培養體內血管及神經再生。

    日本第一家幹細胞治療公司Stem Cell Scicnces公司,也已於西元2002年4月在神戶正式成立,由日本Sosei公司與澳洲Stem Cell Sciences(SCS)合資成立的公司。未來希望藉由澳洲SCS公司提供胚胎幹細胞生長、分化與純化的技術,從事亞洲地區的幹細胞治療服務,並與日本物理化學研究所(RIKEN)針對幹細胞的計畫,進行合作研發。以發展幹細胞治療為主要的公司尚有田邊製藥,曾與京都大學共同完成將猴子的胚胎幹細胞誘導分化成神經元細胞。

    未來預估有約日圓10兆元的市場規模可拓展,其中包括日圓7兆元的醫藥品市場,以及日圓3兆元的醫療器材市場。

  8. Bio IT產業

    生物技術與IT(資訊科技)的結合早就開始,只不過在最近五、六年來更為蓬勃,基礎研究方法也有大變革,所衍生受矚目的生物資訊與系統生物學的研究在西元2003年的發展方向可由硬體、軟體與解析技術等方面探討。

    a.系統生物學(System Biology)的興起

    系統生物學的興起與基因解碼有密切關聯。科學家在人類基因體計畫進行時,都期盼基因解碼能對生技醫藥有大貢獻,如疾病診斷、個人醫療、疫苗開發及致病機制的探討等。然因為基因解碼對新藥貢獻並不如預期,系統生物學在這種背景下逐漸受重視。

    系統生物學是研究DNA、RNA、蛋白質、酵素活性及反應途徑間等相互作用,以提供更準確模式來說明疾病與藥物作用。藉由系統生物學的研究,在細胞組成與生物系統運作上的認識,更能預測複雜生物系統及其行為,也更能明白微生物與人類細胞如何因應外界環境的變化,以及清楚了解疾病發生原因與藥物作用模式,因而可有效加速新藥研發與發展出疾病之有效療法。

    b.Bio-IT產業市場與需求

    依國際數據資訊公司(International Data Corporation, Ltd, IDC)的估計,由於後基因體時代,生物技術的發展造成資訊操作,未來Bio-IT相關產業市場看好。至西元2006年時產值將達美金380億元。Bio-IT對新藥開發將有密切關聯,如Bio-IT結合微流體晶片及精密機械,實驗室自動化等將能達到超高通量藥物篩選目的。

    目前Bio-IT依需求可分為七類,電腦架構(Computing and Architecture)、儲存與資料管理(Storage and Data Management)、資訊工具與資料(Informatics Tool and Data)、生命科學應用(Life Science Applications)、生命科學設備(Life Science Equipment)、系統整合與諮詣(System Integration and Consulting)以及知識管理與互通(Knowledge Management and Collaboration)等。

    生物技術資訊在結合了IT技術後必能推動系統生物學的發展,此一領域的趨勢值得關注,詳見圖3-3。

    Massive Datasets Ubiquitous Computing
    Mining, Visualization and Embedded Intelligence Grids, Sensors and Directed Decisions
    Distributed Computing and Collaborative Environments Automation engineering and Robots
    Computational Biology Materials Science
    Pharmacogenetics Micro/Opto electronics

                   圖3-3 生技平台技術-Wet與Digital的結合

    資料來源:Burrill & company。

    資料來源
    江晃榮 博士
    台灣生物科技開發基金會董事長
    工研院經資中心生醫組顧問

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2.全球生技/醫藥產業與投資情況

西元2002年全球經濟延續不振,同時因美伊戰爭,使得新藥審核速度方面步調變慢,有30種生技醫藥品在臨床二期與三期時失敗,全世界生技產業市值也下降美金2,240億元,較西元2001年減少41%。

進入西元2003年,全球景氣逐漸好轉,在生物技術大會上,美國總統布希表達政府對生物技術的重視,在「美國臨床腫瘤醫學會」會議上宣布癌症治療上的重大突破,美國政府於同年核准21項生技疫苗與新藥。足見西元2003年後全球生技產業已呈現欣欣向榮趨勢。

依生物技術應用的領域區分,目前生技產業三大潮流為生技藥品(含治療用藥,診斷試劑等)、工業生技以及農業生技,其中生技藥品仍是生技產業中的大宗。

全球生技產業市場由西元1998年的美金417億元呈現穩定成長,到西元2007年預估將有美金1,297億元,詳見圖3-4。在各地區分布情形,西元2003年美加地區占48%,歐洲為25%、日本是20%、亞太占5%,其他地區共為2%。



                             圖3-4 全球生技產業市場成長變化
資料來源:工研院IEK。

歷年來生技產業募資情況隨景氣起伏,其中以西元2000年的美金314億元為最佳,就整體而言已有逐年成長的趨勢,詳見表3-7,若以生技公司上市家數來說明生技產業規模的話,美國仍是全球生技產業龍頭,其次為加拿大,詳見表3-8。

表3-7 全球生技產業歷年募資情況變化

年份 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
金額
31
22
42
85
52
55
67
314
147
109
145

資料來源:Frost & Sullivan (2003)。

表3-8 全球生技產業規模前十二大國

國別 美國 加拿大 德國 英國 法國 澳洲 瑞典 以色列 瑞士 紐西蘭 芬蘭 丹麥
上市公司家數
1,466
417
360
331
239
200
179
149
129
85
76
75

資料來源:Burrill & Company (2003)。

全球製藥產業市場由西元2000年的美金3,320億元,呈現逐年成長現象,預估到西元2007年將有美金6,637億元,詳見圖3-5。


                           圖3-5 全球藥品市場變化情形

資料來源:BCC。

若以處方藥治療領域來看市場分布,西元2002年全球銷售額最大的是心血管藥物,占20%,其次為中樞神經系統疾病17%、接著是呼吸疾病(10%)、抗感染(9%)、代謝疾病(7%)、胃腸疾病(7%)、肌肉骨骼疾病(6%)、腫瘤(5%)及血液製劑(3%)等。西元2002年全球藥物銷售額排行列於,詳見表3-9。西元2003年全球藥品銷售市場排名前十名的藥廠依序為Pfizer/Pharmacia, GSK, Merck, AstraZeneca, Johnson & Johnan, Aventis, Bristol-Myers Squibb, Novartis, Roche, Wyeth。

表3-9 全球藥物銷售排行

產品名
用途/適應症
公司名

2002年銷售額

(美金億元)

Lipitor 降膽固醇 Pfizer
79.7
Zocor 降膽固醇 Merck & Co.
55.8
Prilosec/Losec 胃潰瘍 AstraZeneca
46.2
Procrit/Eprex 貧血 Johnson & Johnson
42.7
Norvasc 高血壓 Pfizer
38.5
Zyprexa 精領分裂症 Eli Lilly
36.9
Prevacid 胃潰瘍 Tap Pharmaceutical Products
31.6
Paxil/Seroxat 憂鬱症 GlaxoSmithKline
30.8
Celebrex 關節炎 Pharmacia and Pfizer
30.5
Zoloft 憂鬱症 Pfizer
27.4

資料來源:工研院IEK。

以整體藥物研發趨勢來看,從過去的感染性疾病治療轉為與高齡化人口相關病症,更進一步朝向免疫療法,但由於藥物的研發支出與新藥產出不成比例,研發經費的投入是藥廠開發新藥沈重的負擔之一,加上新藥產品生命週期逐年縮短,暢銷藥品專利陸續到期及健保藥價劑減等因素,使得製藥產業面臨極大挑戰。因此目前製藥產業擬出因應策略以面對未來的發展:

(1)引進生物技術,協助藥物開發。

(2)併購及策略聯盟,如Phizer及Pharmacia,Biogen與IDEC。

(3)延長產品的生命週期。

(4)藥物傳輸新技術的研發。

(5)降低研發支出,提高研發效率,其中委外研發(CRO)及委外製造
      (CMO)是一大趨勢。

(6)強化行銷。

在中草藥方面,年平均成長率為7%~10%,全球市場由西元2002年的美金137億元預估可增長至西元2007年的美金187億元,以地區分布來看的話,美洲占52%、歐洲為23%、亞洲10%,其他地區則是15%。西元2002年歐美地區暢銷中草藥以銀杏為第一,詳見表3-10,中國大陸方面以心血管疾病的地奧心血康最為暢銷,詳見表3-11。

                          表3-10 歐美地區暢銷中草藥

產品 2002年市場值(美金億元) 適應症
Gingko biloba銀杏
8.0
抗老化、促進血液循環
Prunus africanus樹皮的萃取物*
2.2
抗衰老、活化細胞
Saw palmetto鋸棕櫚
3.5
減少頻尿
St. John’s wort金絲桃素
5.0
抗憂鬱
Milk thistle乳薊
1.5
保肝
Valerian纈草
1.5
舒緩精神緊繃

資料來源:BBC, Inc.。
* Prunus africanus樹皮的萃取物,種樹長在非洲南部,盛產在中非某些地方如馬達加斯加島。

表3-11 中國大陸暢銷中草藥排行

產品
2002年銷售額人民幣(億元)
適應症
地奧心血康
4.9
心血管疾病
複方丹參滴丸
4.4
心血管疾病
銀杏葉片
3.5
心血管疾病
胃蘇沖劑
2.2
慢性胃炎
急支糖漿
3.0
急性支氣管炎感冒咳嗽
消渴丸
2.5
糖尿病
西瓜霜潤喉片
2.5
上呼吸道及口腔疾病
三金片
1.2
泌尿系統疾病
脈絡寧注射液
2.4
脈管炎
參脈注射液
2.0
冠心病病毒性心肌炎
消痛貼膏
1.9
跌打損傷骨質增生

資料來源:工研院IEK。


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3.展望未來生技/醫藥產業發展

   由西元2003年全球生技/醫藥概況來觀察往後發展,可得到下列未來展望:

  1. 前十大生技公司在未來兩年,平均營收成長可達30%以上。

  2. 生技公司將集中研發在特定領域,以促使產品提早上市。

  3. 生技產業邁入成熟階段,業界持續進行併購,將突顯出各公司的獨特技術。

  4. 資訊、電子產業呈現飽和,將會有更多資產進入生技領域。

  5. 資金市場持續回升,IPO大為看好。

  6. 產品上市審核過程效率提升,商品化會加速。

  7. 大藥廠引進研發型公司產品,包括臨床前至臨床二期藥品,將強化研發與產品上市能量。

  8. 委外研究將指向東歐及亞太地區。

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