:【趨勢】生物醫用材料國內外產業現狀和發展趨勢

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樓主 2019-10-14 09:10:58
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生物醫用材料(Biomedical Materials),是用來對生物體進行診斷、治療、修復或替換其病損組織、器官或增進其功能的材料。


??生物醫用材料基本情況


生物醫用材料作為一種研究人工器官和醫療器械的基礎,生物醫用材料現在已經成為了當代材料學科的重要分支,尤其是隨著生物技術的蓬勃發展和重大突破,生物醫用材料已經成為了各國科學家競相進行研究和開發的熱點,近幾年來,有關醫用材料以及醫用材料在高新醫療技術領域應用研究相關報道層出不窮。


生物醫用材料按照用途進行分類可分為骨、牙、關節、肌腱等骨骼-肌肉系統修復材料,皮膚、乳房、食道、膀胱和呼吸道等軟組織材料,人工心臟瓣膜、血管、血管內插管等心血管系統材料,血液凈化膜和分離膜、氣體選擇性透過膜、角膜接觸鏡等醫用膜材料、組織粘合劑和縫線材料,藥物釋放載體材料,臨床及生物傳感器材料等。


生物醫用材料不是藥物,其作用不必通過藥理學、免疫學或代謝手段實現,為藥物所不能替代,是保障人類健康的必需品,但可與之結合,促進其功能的實現。今年6月份,歐盟議會和歐盟部長會議代表就歐盟醫療器械和體外診斷指南的修訂達成了折中決議。決議要求限制使用可致癌、易導致有機突變、有毒再生或具有干擾荷爾蒙功能的物質,這一決議對加強人體植入醫用材料的市場監管大有裨益。生物醫用材料的研究與開發必須有明確的應用目標,即使化學組成相同的材料,其應用目的不同,不僅結構和性質要求不同,制造工藝也不同。


因此,生物醫用材料科學與工程總是與其終端應用制品(一般指醫用植入體)密不可分,通常談及生物醫用材料,既指材料自身,也包括醫用植入器械。


按國際慣例,醫用生物材料的管理劃屬醫療器械范疇,所占醫療器械市場份額>40%。作為高技術重要組成部分的生物醫用材料已經進入1個快速發展的新階段,其市場銷售額正以每年16%的速度遞增,預計在未來20年內,生物醫用材料所占的份額將趕上藥物市場,成為1個支柱產業。



生物醫用材料是當代科學技術中涉及學科最為廣泛的多學科交叉領域,涉及材料、生物和醫學等相關學科,是現代醫學兩大支柱—生物技術和生物醫學工程的重要基礎。由于當代材料科學與技術、細胞生物學和分子生物學的進展,在分子水平上深化了材料與機體間相互作用的認識,加之現代醫學的進展和臨床巨大需求的驅動,當代生物材料科學與產業正在發生革命性的變革,并已處于實現意義重大的突破的邊緣─再生人體組織,進一步,整個人體器官,打開無生命的材料轉變為有生命的組織的大門。在我國常規高技術生物醫用材料市場基本上為外商壟斷的情況下,抓住生物材料科學與工程正在發生革命性變革的有利時機,前瞻未來20-30年的世界生物材料科學與產業,刻意提高創新能力,不僅可為振興我國生物材料科學與產業,趕超世界先進水平贏得難得的機遇,且可為人類科學事業的發展做出中國科學家的巨大貢獻。


生物醫學材料的應用雖已取得極大成功,但是,長期臨床應用亦暴露出不少的問題,突出表現在功能性、免疫性、服役壽命等不能很好地滿足臨床應用的要求。如人心瓣膜植入12年后死亡率達58%,血管支架植入后血管再狹窄率達≈10%,人工關節有效期老年組為12-15年,中青年組僅≈5年等,根本原因是材料或植入體基本上以異物存在體內。


當代醫學對于組織及器官的修復,已向再生和重建人體組織或器官、或恢復和增進其生物功能,個性化和微創傷治療等方向發展,傳統的生物醫學材料已難于滿足臨床要求。賦予材料生物結構和生物功能,充分調動人體自我康復的能力,再生和重建被損壞的人體組織或器官,或恢復和增進其生物功能,實現被損壞的組織或器官的永久康復,已成為當代生物醫學材料的發展方向。主要前沿領域集中于:可誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械(包括組織工程化產品);以及用于治療難治愈疾病、恢復和增進組織或器官生物功能的藥物和生物活性物質(疫苗、蛋白、基因等)靶向控釋載體和系統等。


生物醫學材料及植入器械的前沿研究正在不斷取得重大進展,美國FDA已批準7個組織工程化產品上市,中國SFDA已批準可誘導骨再生的骨誘導人工骨及組織工程化皮膚上市,并頒布了七個組織工程化產品標準,一大批可再生組織的植入器械正在國內外臨床試驗中。前沿研究已面臨實現重大突破的邊緣—設計和制造有生命的人體組織,進一步整個人體器官。


其發展和應用已催生一個新的學科—再生醫學,預計再生醫學的發展將萌生一個再生醫學產品的新產業,未來20年內其市場銷售額將突破US00億元。再生醫學產品主要由干細胞、以生物材料為支架的組織工程化組織和器官、以及可供移植的生物組織和器官所構成,生物醫用材料是其發展的基礎。


??國外生物醫用材料產業和技術現狀及發展趨勢


1、產業現狀、規模、競爭優勢及發展趨勢


據統計,生物醫用材料在2000-2010年全球市場復合增長率(CAGR)高達22%以上,2010年全球市場達US20億元,預計2009-2020年市場CAGR可保持15%左右,2015年世界市場可達US50余億元,2020年達US40余億元,與此同時帶動相關產業(不含醫療)新增產值約3倍,2015年和2020年直接和間接銷售總額分別可達4×US50億元≈US200余億元,和US560余億元。


全球最大的醫療器械生產和消費國家是美國,2010年它占全球市場的40%左右,消費全球產品的37%,年增長率約8%;由于經濟發達,社會醫療保障體系健全,歐盟成為全球第二大醫療器械市場,占有全球市場份額的29%;亞太地區是全球第三大市場,占有18%的市場份額,其中日本是亞-太地區醫療技術最先進且發展最快速的國家,是世界第三大醫療器械消費國。


我國和印度則最具備成長潛力與空間,因擁有最多的人口,且其醫療保健系統正在發展當中尚未成熟,東南亞國家的醫療保健系統也還有很大的改善空間,因此市場也將持續成長;拉丁美洲是另一個成長最迅速的區域,墨西哥、巴西、阿根廷和智利等國家都逐步向工業化國家發展,預估未來對醫療器械的需求也將會保持較大速度增長。


生物醫用材料及植入器械產業是學科交叉最多、知識密集的高技術產業,其發展需要上、下游知識、技術和相關環境的支撐,因此產業高度集中(壟斷),產品多樣或多角化是生物醫用材料產業發展的又一特點和趨勢。


2010年世界醫療器械產業由27000個醫療器械公司構成,其中90%以上為中小企業。發達國家的中小企業主要從事新產品、新技術研發,通過向大公司轉讓技術或被大公司兼并維持生存。大規模產品生產及市場運作基本上由大公司進行。不同于我國醫療器械企業“多、小、散”的局面,發達國家醫療器械產業已形成“寡頭”統治的局面,全球市場也呈現類似的格局。


2009年,排名前50位的跨國大公司占有全球醫療器械市場的88%,其中排名前25位的公司占有75%;2008年6家美、英公司:DePuy,Zimmer,Stryker,Biomet,Medtronic,SynthesMathys和Smith&Nephew占有全球骨科材料和器械市場的≈75%,其中前4家美國公司和英國Smith&Nephew公司占有人工關節市場的90%;6家大公司:Johnson&Johnson,Abbott,BostonScientific,Medtronic,CRBard(美國),Terumo(日本)公司占有心腦血管系統修復材料及植(介)入器械市場的80-90%;5家大公司:BaxterInternational(美國),Fresenius(德國),Gambro(瑞典),Terumo和AsahiMedia(日本)占有血液凈化及體外循環系統材料和裝置市場的80%;牙種植體和牙科材料市場基本上為Straumann(瑞士),DentsplyInternational(美國),NobelBiocare(德國)和Osstem(韓國)等大公司所壟斷。


為提高市場競爭力,保持優勢,世界醫療器械行業的兼并和整合一直在進行,僅1998-2009期間,美國行業年均兼并收購達200起,行業集中度或壟斷度不斷提高是生物醫用材料產業發展的一個重要趨勢。


為提升企業市場競爭力,回避風險,發展壯大企業,國外跨國公司已從最初的較單一產品生產,通過企業內部技術創新和并購其它企業,不斷進行產品生產線延伸和擴大,實現多品種生產。


生產和銷售國際化是生物醫用材料發展的突出趨勢。幾乎所有生物醫用材料的大型企業均是跨國公司,其銷售額的相當部分來自國際市場,如2010年美國強生公司,銷售額為40%(US2億元),BostonScientific銷售額為46%(US.9億元),2011年美敦力銷售額為43%(US.37億元),均來自境外市場。為開拓國際市場,跨國公司通過向境外技術和資金輸出,在國外建立子公司和研發中心,就地生產和研發。同時,為適應國際貿易的發展,國際標準化組織(ISO)不斷制定和發布生物醫用材料和制品的國際標準。



2、重點產品、核心技術及其發展趨勢


生物醫用材料產業的發展強烈依靠相關領域先進技術的支持及經濟實力。美國醫療器械的高速發展及其在國際上的領先地位得力于其航天技術,生物技術,微電子技術,精密加工技術,軟件開發等領域為醫療器械產業發展提供的支撐,以及良好的政策環境。


目前發達國家依靠其頂尖的科技創新和經濟實力,主要生產技術含量高的生物材料和植入器械,勞動密集型、資源消耗型企業已逐漸向海外轉移,因此其技術裝備非常先進。各種高檔的加工中心、專用機床、激光微加工及涂層等設備已裝備于生物材料企業;自動化、信息化技術已在生產中廣泛應用;最先進的檢驗設備在大公司中隨處可見。先進的技術裝備確保了其產品的先進性及市場的壟斷地位。


??我國的生物醫用材料產業現狀和發展走向


經過近十幾年的發展,我國現代生物醫用材料產業已具雛形,并進入高速發展階段。在我國,促使生物醫用材料快速發展的原因主要有四個,即人口老齡化的加劇,人體組織和器官壽命有限,將導致對生物醫用材料的需求增加;交通和體育等事業發展導致的中、青年創傷的增加;經濟持續增長,人民生活水平的持續提高,健康意識逐漸增強以及生活方式的變化,特別是醫改政策的實施;行業技術創新能力和技術層次的提升,促進產業向價值鏈上游轉移。


據統計,2010年我國生物醫用材料市場銷售額已近100億美元,復合增長率為30%。保守估計2020年年銷售額將達到1355億美元,10年內將成長為世界第二大生物醫用材料市場。在2015年,我國工信部發布的《新材料產業“十二五”發展規劃》就明確提出,預計2015年全國需要人工關節50萬套/年、血管支架120萬個/年,眼內人工晶體100萬個/年,醫用高分子材料、生物陶瓷和醫用金屬等材料的需求將大幅增加。從國家政策層面來看,不管是從國務院發布的《生物產業發展規劃》還是到今年發布的,“十三五”發展規劃,都明確指出要大力推動醫用新材料產業。


但是,我國是人口大國,每年臨床所需的醫用植入體依然大都來自美國和歐洲發達國家,從醫療器械市場規模與藥品市場規模的對比來看,2012年全球醫療器械市場規模大致為全球藥品市場規模的47%,而我國這一比例僅為14%。我國出口產品主要以醫用耗材、按摩器具、常規設備等中小型、低技術含量、低附加值產品為主。


縱觀中國的人口基數和國情現狀,到2025年和2050年,中國人口老齡化比例將分別達到12%和25%。因此大力發展醫用新材料和醫用植入器械產業,已經成為當務之急。目前我國生物醫用材料產業存在的問題比較多。首先是產業規模較小,技術裝備落后、規?;笠瞪形蔥緯?、缺乏市場競爭力。


2010年我國從事生物醫用材料生產的企業約2400家,年平均銷售額約為120萬美元/家,年銷售額超過10億元的企業非常少,上億元的企業僅30家左右,銷售額排名前5位企業銷售額總和占國內生物醫用材料總銷售額僅10.2%。除此之外,我國科技成果轉化能力比較低,產業技術創新能力不強,產品技術結構落后,技術高端產品70%以上靠進口。


我國生物醫用材料科學與工程研究成果工程化、產業化水平低,80%-90%的成果仍待在實驗室;企業規模小、研發經費缺乏,2010年本土企業研發經費平均僅占企業銷售收入的1.77%。


在醫用材料產業鏈管理方面,完整的產業鏈尚未形成。我國已向全球提供60%-70%的低值醫用耗材,卻無醫用級金屬、高分子及其他高分子等專門供應商,也無通用基礎原材料的國家或行業標準。同時,缺乏產業化接軌機制,風險投資出口狹窄,融資渠道不通暢,缺乏成果產業化及企業技術改造資金。相應的管理部門缺乏協調機制,未能形成統一的全面規劃和管理機制,重復立頂,多頭管理常見;政策法規不健全,產品注冊時間過長,處理效率低,一些政策規定和灰色的行規不利于中資企業的發展。



在我國生物醫用材料產業的發展初期,涌現了不少以生產低值耗材為代表,采用廉價勞動力和自然資源驅動型發展模式的企業。隨著互聯網技術、3D打印技術、基因測試技術等新型技術的問世,生物醫用材料的應用拓展到可穿戴設備、個性化植入物、精準醫療等新領域,并購、IPO上市、新三板掛牌和成立投資基金等各種形式的資本運作也在生物醫用材料領域風起云雨。資源消耗和廉價勞動力等物質要素驅動型的產業發展模式不可持續,必須向技術創新和資本驅動型發展模式轉變。在產業結構方面,我國應當結合目前的基本情況,通過專業孵化器、稅收優惠等手段促進中小企業向專業化、精細化,特殊化和創新性方向發展,使之與大型企業形成良性互補和競爭關系,從而優化產業結構。


目前,我國生物醫用材料產業鏈領域比較領先的企業有樂普(北京)醫療、江蘇魚躍醫療、廣東冠昊生物、山東威高、上海微創、創生醫療和康輝醫療等企業。生物醫用材料行業專利申請居前十的申請人申請總量在2014年共計392件,其中大學和研究機構是主要的申請人,申請數量較多的無錫中科光遠生物材料有限公司,在2014年申請專利69件,占比17.60%,其次是西安中邦鈦生物材料有限公司,2014年的申請量為57件,占比15.56%,其中浙江大學、上海交通大學、四川大學、復旦大學以及清華大學均進入專利申請前十。


通過對我國生物醫用材料市場的整體分析可知,當前醫用材料制品正向規?;?、精準化、個性化、智能化方向發展。技術創新化、產品高端化、產業融合化、區域集群化和布局國際化是生物醫用材料產業的發展大趨勢。在全球的一體化的大背景下,傳統生物醫用材料產業結構急需優化,產業創新能力有待加強。


令人欣慰的是,我國幾家優秀的企業(如樂普醫療、泰格醫藥等)實現了不同細分領域之間的跨界融合,并衍生出新的產業形態,實現了自身跨越式發展,推動了我國生物醫用材料產業發展模式從資源消耗和廉價勞動力等低級要素驅動向技術創新和資本等高級要素驅動的轉化,并向生態模式發展,有效推動了整個生物醫用材料行業的健康發展。


此外,傳統生物醫學材料生物學性能的改進和提高,亦是當代生物醫用材料發展的另一個重點。生物醫用材料植入體內與機體的反應,首先發生于植入材料的表面/界面,即材料表面/界面對體內蛋白/細胞的吸附、黏附。


傳統材料的主要問題是對蛋白/細胞的隨機吸附/黏附,包括蛻變蛋白的吸附,從而導致炎癥、異體反應、植入失效??刂撇牧媳礱?界面對蛋白的吸附、進而細胞行為,是控制和引導其生物學反應、避免異體反應的關鍵。因此,深入研究生物材料的表面/界面,發展表面改性技術及表面改性植入器械,是現階段改進和提高傳統材料的主要途徑,也是發展新一代生物醫用材料的基礎。


可以預料,在未來20-30年內,生物醫用材料和植入器械科學和產業將發生革命性變化:一個為再生醫學提供可誘導組織或器官再生或重建的生物醫用材料和植入器械新產業將成為生物醫用材料產業的主體;表面改性的常規材料和植入器械作為其重要的補充。保守估計,2030年左右兩者可能導致世界高技術生物材料市場增長至≈US.5萬余億元,與此相應,帶動相關產業新增間接經濟效益可達US.5萬余億元。


醫用合成塑料和橡膠等作為生物材料的一種,在醫療領域有著廣泛的應用,從簡單的塑料制品到技術含量較高的精密介入導管、人工心臟輔助裝置和人工血管等。醫用塑料制品,相較于其他塑料產品,對其制造材料和生產過程都有著更加嚴苛的要求:材料安全可靠、生產車間潔凈;生產設備精密化,低成本高效率。


文 |?紐脈醫療(微信號 New-Med)


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