生物医疗低温存储系列报告之二：从生物样本库看生物医疗低温存储领域投资机会.pdf

投资评级：推荐（维持） 报告日期：2020年 03月 25日 分析师：赵浩然 S1070515110002 0755-83511405 zhaohaorancgws 联系人（研究助理）：谭竞杰 S1070118070038 0755-83516207 tanjingjiecgws 联系人（研究助理）：谢欣洳 S1070118090028 0755-83660814 xiexinrucgws 行业表现 数据来源：贝格数据 相关报告 2020-03-03 2020-02-07 2019-12-27 从生物样本库看生物医疗低温存储领域投资机会 生物医疗低温存储系列报告之二 股票名称 EPS PE 19E 20E 19E 20E 海尔生物 0.72 0.80 50.30 36.51 澳柯玛 0.25 0.33 18.84 14.22 中科美菱 资料来源：Wind，长城证券研究所 生物样本库建设必要性：生物样本库是转化医学与精准医疗基础，国家重要战略资源；在转化医学领域，无论是“从实验室到病床”还是“从病床到实验室”的转化研究，均需进行大量生物样本分析，生物样本库是决定转化医学发展速度与程度的最重要因素之一；在精准医疗领域，精准医疗实施的前提条件是有丰富的临床患者及人群队列样本可供分析、对比与验证，以精确寻找靶点、精准分类疾病，生物样本库的规模和质量一定程度决定精准医疗进程；同时，生物样本库是保护国家生物资源和人类遗传资源安全、避免潜在生物威胁重要手段。 生物样本库建设与运营：生物样本库的建设与运营以标准化、信息化为主要方向，标准化即以标准化流程、标准化方法进行样本采集、处理、转运、出入库及管理，信息化即通过样本库管理系统追踪每一份样本的采集、处理、接收、出入库与销毁，实现全生命周期可追溯，同时建立信息库整合样本各类数据，以实现大样本量数据搜索、关联与分析；基于标准化和信息化，通过信息共享平台进行资源共享以满足现代科学研究大样本量需求，进一步提高样本库价值，是未来发展大趋势。 从生物样本库特点及 Brooks Automation 发展历程看生物医疗低温存储领域投资机会：一方面，生物样本库重资产属性明显，高标准、高质量样本库建立与运营均需要大量资金支持，各国大型样本库基本均由政府出资支持，鉴于生物安全被提升至国家安全高度，生物安全法加速立法，精准医疗及转化医学得到国家大力支持，我国生物样本库或迎来新一轮发展机会，生物医疗低温存储设备作为生物样本库核心基础设施，存放量预期；另一方面，现代生物样本库大型化、规模化趋势明显，对于自动化、信息化需求旺盛，生物医疗低温存储设备自动化、智能化、兼容信息化管理平台成为未来大方向；此外，随着生物样本存储需求增加，商业化存储模式或将兴起，拥有设备优势的供应商有望同时成为商业化存储服务提供商，拓宽自身业务范围。国内生物医疗低温存储设备供应商在生物样本库领域目前仍以提供存储设备为主，且存储设备多为单机、非自动产品主，仅少数头部企业开始探索自动化、互联化产品，尝试提供整体解决方案，切合-10%0%10%20%30%医药 沪深300核心观点 重点推荐公司盈利预测 分析师 证券研究报告 行业专题报告 行业报告 医药行业 行业专题报告 未来发展方向，参考全球生命科学样本管理解决方案领先提供商 Brooks Automation发展历程，已布局“设备+互联网“产品及整体解决方案企业或已占先机。 投资建议：随着生物安全提升至国家安全高度，生物安全法加速立法，转化医学、精准医疗得到国家大力支持，我国生物样本库或迎来新一轮发展机会，生物医疗低温存储设备作为生物样本库核心基础设施，存放量预期；生物样本库所用生物医疗低温存储设备自动化、智能化、兼容信息化管理平台为未来发展方向，拥有设备优势的供应商有望同时成为商业化存储服务提供商，拓宽自身业务范围，参考全球生命科学样本管理解决方案领先提供商Brooks Automation发展历程，我们建议关注已布局“设备+互联网“产品及样本库整体解决方案的供应商海尔生物（688139.SH）、澳柯玛（600336.SH）、中科美菱（835892.OC）等。 风险提示： 政策落地不及预期风险，市场拓展不及预期风险，下游需求不及预期，研发失败风险，产品质量问题等突发事件风险 行业专题报告 目录 1. 生物样本库建设必要性：转化医学与精准医疗基础，国家重要战略资源 . 5 1.1 转化医学与生物样本库 . 5 1.2 精准医疗与生物样本库 . 6 1.3 生物安全与生物样本库 . 8 2. 生物样本库建设与运营：基于标准化、信息化，实现数据运用与共享才能真正发挥作用 9 3. 从生物样本库发展特点及Brooks Automation发展历程看生物医疗低温存储领域投资机会：设备融合物联网企业已占先机 . 10 4. 投资建议 . 19 5. 风险提示 . 19 行业专题报告 图表目录 图1：生物样本库是转化医学基础 . 6 图2：各国布局精准医疗 . 7 图3：生物样本库是精准医疗基础 . 8 图4：现代生物样本信息包含内容 . 9 图5：Brooks Life Sciences发展历程 . 11 图6：Brooks Life Sciences一体化样本管理解决方案 . 15 图7：Brooks Life Sciences收入情况（百万美元） . 15 图7：海尔生物生物样本库解决方案 . 16 图8：海尔生物BIMS生物样本信息管理系统 . 17 图9：澳柯玛智慧全冷链整体解决方案 . 17 图10：中科美菱MIBS智能生物样本库解决方案 . 18 表1：Brooks Life Sciences主要产品/服务一览 . 12 表2：重点推荐公司盈利预测 . 19 行业专题报告 1. 生物样本库建设必要性：转化医学与精准医疗基础，国家重要战略资源 生物样本库又称生物银行，根据经济合作与发展组织（OECD）定义，其是一种集中保存各种人类生物材料，用于疾病临床治疗和生命科学研究的生物应用系统；具体来说，这一系统既包括标准化收集、处理、储存及应用健康和疾病生物体的器官、组织、细胞、血液、体液、分泌物、排泄物以及生物大分子衍生物等人类遗传资源实体样本，也包括与这些样本相关的知情同意、临床诊断、治疗、随访等信息及对样本开展质量控制、实验分析等所产生的数据，是融合生物样本实体、生物信息以及样本表型数据和样本研究信息的综合资源库。 生物样本库作为生命科学基础研究重要资源，对于开展人类疾病预测、诊断、治疗研究具有不可替代的重要作用，随着转化医学和精准医疗的兴起，逐步成为生物医药领域核心竞争力之一，尤其近年来生物安全受到各国重视，生物样本库已提升至国家重要战略资源高度，美国、欧洲、加拿大、澳大利亚、日本等均持续投入大量资金进行生物样本库的建设与运营。 1.1 转化医学与生物样本库 转化医学一词最早出现于1996年，由Geraghty J在The Lancet杂志撰文提出，目前已成为国际医学领域一个新的学科分支，其核心即搭建基础医学研究与临床应用桥梁，一方面将基础医学研究的最新成果快速、有效的转化为临床可用技术和产品，另一方面将临床应用实际情况反馈给基础科研人员开展针对性研究，即完成“从实验室到病床“和”从病床到实验室“的双向转化研究。 转化医学的提出和发展主要为解决基础医学研究与临床应用严重脱节的问题。20 世纪下半叶以来，分子生物学、生物信息学发展迅速，基础医学对疾病病因及转化机理的研究已经深入到基因组、蛋白质等微观水平，突破性科研成果层出不穷，然而这些耗资巨大的科研成果并没有被及时、有效的转化成临床可用技术和产品，患者及民众实际受益有限，为改变这种“研究成果多，实际应用少“的局面，转化医学应运而生。2003 年，美国国立卫生研究院（NIH）发布生物医学发展中长期规划NIH 医学研究路线图（the NIH roadmap of medical research, NIH roadmap），提出转化医学发展路线图和多项转化研究计划，引起学界重视。 转化医学的发展离不开高质量、大规模的生物样本库，一方面，实验室研究成果需要经过大样本量进行验证，以确认具有普适性、真实性、可靠性，以此为基础，再向临床转化，完成“从实验室到临床“过程；另一方面，临床提供大量病人样本，反应疾病真实情况，基础科研人员通过分析、比对病人样本及健康人群样本，进行针对性研究，可深入探究疾病机理，提高科研认知，完成”从临床到实验室“过程。生物样本分析属于转化医学核心环节，生物样本库是决定转化医学发展速度与程度的最重要因素之一。 行业专题报告 图 1：生物样本库是转化医学基础 资料来源：生物样本库与转化医学研究，长城证券研究所 近年来，各国纷纷加大投入，推动转化医学发展。美国2004年初步投入1.25亿美元，并以每年约 5 亿美元的资助力度推进转化医学研究，2006 年设立临床及转化科学基金（CTSA），2011年成立国家转化科学促进中心（NCATS），目前已建立超60个转化医学中心或临床转化科学中心，代表性中心包括哈佛大学临床与转化医学中心、芝加哥大学转化医学中心、耶鲁临床研究中心、梅奥转化医学中心等。欧盟 2007 年正式启动为期 7年的第七框架计划（FP7），其中健康研究计划预算 60.50 亿元，转化研究为其三个重点领域之一，作为 FP7 延续的“地平线 2020”计划于 2014 年启动，在健康领域预算约 75亿欧元，“将知识转化为临床实践和大规模创新策略”仍为重点内容之一。英国 2007 年宣布加大医学研究领域投入，2007-2011 年提供超过 4.5 亿英镑用于资助 5 个综合性和 6个专科性生物医学研究中心进行转化医学研究，2011年启动“发展计划”，宣布未来五年持续资助 7.75 亿英镑用于癌症、心脏病等疾病领域转化研究；德国在 2011-2014 年投入约80亿美元用于转化医学研究。转化医学同样是我国重点支持领域，2013年国务院印发国家重大科技基础设施建设中长期规划（20122030 年），明确提出“建设转化医学研究设施，从分子、细胞、组织、个体等方面系统认识人类疾病发生、发展与转归的规律，促进生物医学基础研究成果快速转化为临床诊疗技术”，同时将转化医学研究设施列入“十二五”优先建设的重大科学基础设施，2013 年 8 月启动首批 13 家国家临床医学研究中心建设。 鉴于各国大力支持转化医学发展，为满足其发展需求，大规模、高质量生物样本库建设不可或缺。 1.2 精准医疗与生物样本库 精准医疗是以个体化医疗为基础、随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式，本质上是通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，对于大样本人群与特定疾病类型进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点，并对一种疾病不同状态和过程进行精确亚分类，最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的，提高疾病诊治与预防的效益。 行业专题报告 精准医疗概念最早由哈佛商学院教授Clayton Christensen于2008年提出，2011年美国国家科学研究委员会发布迈向精准医疗：构建生物医学知识网络和新疾病分类体系报告，对精准医疗进行了详细的阐述，2015 年美国总统奥巴马在国情咨文演讲中提出“精准医疗计划“，并于1月30日宣布启动。此后，精准医疗引起了各国广泛关注。 美国2016年启动的精准医疗计划，短期以实现精准医疗技术在肿瘤防治领域应用、提高肿瘤防治水平为目标，长期目标是将精准医疗技术应用于健康相关的所有领域。联邦政府计划在2016财年投入2.15亿美元，资助相关研究，其中1.3亿美元将用于资助NIH建立百万人群规模的全国研究队列，收集相关样本及医疗数据（包括病历、遗传和代谢图谱、环境和生活方式等信息），形成数据共享机制，为深入了解疾病、开展精准医疗研究奠定大数据基础。除美国外，各国均纷纷布局精准医疗，如英国 2012年启动“十万人基因组计划”，耗资 5.23 亿美元于 2018 年完成，同年推出“五百万人基因组计划”；法国2016年 6.7 亿欧元启动基因组和精准医疗项目“法国基因组医疗2025”；韩国 2015年启动万人基因组计划；澳大利亚 2016 年启动零儿童癌症计划等。中国精准医疗计划始于2015年，2015年3月科技部召开国家首次精准医学战略专家会议，提出中国精准医疗计划，并计划在2030年前投入600亿元，2016年精准医疗被纳入“十三五”重大科技专项，同年，“精准医学研究”重点专项 2016 年项目指南公布，共包括大规模人群队列研究、精准医学大数据的资源整合、存储、利用与共享平台建设等五个主要任务，实施周期为2016-2020年。 图 2：各国布局精准医疗 资料来源：基因慧，长城证券研究所 精准医疗实施的前提条件是有丰富的临床患者及人群队列样本可供分析、对比与验证，以精确寻找靶点、精准分类疾病，因此高质量、大规模的生物样本库是精准医疗实现基础，这也是各国精准医疗计划都投入大量资金进行临床患者和大规模人群队列研究，建立大样本量基因库及其他各类生物样本库的原因所在。基于生物样本库生物样本，通过基因测序等手段获得相关组学数据，结合生物样本信息(性别、年龄、出生地、病史、家系、随访记录等)，建立疾病与基因、环境关联，细化疾病亚型分类，这个过程贯穿精准医疗始终，生物样本库的规模和质量是决定精准医疗进程的关键因素之一。 行业专题报告 图 3：生物样本库是精准医疗基础 资料来源：长城证券研究所 1.3 生物安全与生物样本库 生物安全是指包括动物、植物和人类在内的所有生物的健康以及整个生态系统的稳定处于不受生物疾病、生物技术和外来生物等与生物相关因素危害或威胁的状态。 从国际经验方面看，生物安全问题已得到国际社会普遍重视，联合国通过禁止生物武器公约生物多样性公约国际植物新品种保护公约国际植物保护公约等国际公约，美国、德国等诸多国家将生物安全纳入国家安全战略。 我国对生物安全问题重视程度也逐步增加，2014年4月，中央国家安全委员会第一次会议将生物安全列入总体国家安全观；2019 年生物安全法立法工作正式启动，2019 年 10月21日，生物安全法草案首次提请十三届全国人大常委会第十四次会议审议，草案规范、调整的范围分为八大类：一是防控重大新发突发传染病、动植物疫情；二是研究、开发、应用生物技术；三是保障实验室生物安全；四是保障生物资源和人类遗传资源安全；五是防范外来物种入侵与保护生物多样性；六是应对微生物耐药；七是防范生物恐怖袭击；八是防御生物武器威胁；此外，草案设专章规定了生物安全能力建设，主要体现为通过加大经费投入、基础设施建设、人才培养，鼓励和扶持自主研发创新、科技产业发展等途径对生物安全工作给予财政资金支持和政策扶持等；2020年2月14日习近平主席主持召开中央全面深化改革委员会第十二次会议并发表重要讲话，强调把生物安全纳入国家安全体系，尽快推动出台生物安全法，生物安全法立法速度加快。 生物安全法草案明确将“保障生物资源和人类遗传资源安全”作为规范内容之一，生物资源是指对人类具有现实和潜在价值的基因和物种的总和，包括植物、动物、微生物资源和人类遗传资源；人类遗传资源指含有人体基因组、基因及其产物的器官、组织、细胞、血液、核酸、核酸制品等资源材料及相关的信息资料，具有稀少性、一次性和不可再生性。我国国土面积广阔，拥有全世界五分之一人口，决定了我国的生物资源和人类遗传资源更为丰富，为研究物种进化、基因多样性、致病机理等提供了便利，但同时我国也是生物数据输出大国，大量人类遗传资源样本、数据流失至外国数据中心、外国生物实验室进行研究，产生潜在生物威胁。保护生物资源和人类遗传资源安全的重要手段之一，即建立高质量、大规模生物样本库，一方面最大程度保存各类生物样本，延长其生命周期，丰富生物样本量将极大支持生物医药及现代医学领域发展；另一方面，通过严格管控生物样本库的样本及相关资源去向，避免我国生物资源和人类遗传资源流失，避免潜在生物威胁。 行业专题报告 2. 生物样本库建设与运营：基于标准化、信息化，实现数据运用与共享才能真正发挥作用 现代成熟生物样本库一般由实体库、信息库和资源信息共享平台三部分组成。实体库主要承载实体样本的收集、标准化处理、储存与管理功能；信息库进行生物样本信息的储存与管理，生物样本信息不仅包括样本采集机构、采集时间、采集方式、样本提供者性别、年龄、疾病类型等基本信息，还包括样本提供者的生活史、病史、家系、随访记录等表型信息，各类已完成检测的数据，以及涉及此样本的相关医学研究，内容十分繁杂，早期信息库作为实体库的附属存在，仅储存样本基本信息，后续随着样本数量、研究需求、信息共享需求增加，生物样本信息范围扩大且数据量庞大，逐步发展成独立平台；资源信息共享平台基于实体库、信息库进行建设，主要为了满足科学研究对于大样本量的需求，通过资源共享加快科研进展，是最大化生物样本库价值的主要手段。 图 4：现代生物样本信息包含内容 资料来源：精准医疗背景下生物样本信息的价值初探，长城证券研究所 生物样本库的建设与运营以标准化、信息化为主要方向，标准化即以标准化流程、标准化方法进行样本采集、处理、转运、出入库及管理，目的在于保证样本高质量；信息化一方面指通过样本库管理系统追踪每一份样本的采集、处理、接收、出入库与销毁，实现样本全生命周期可追溯，提高管理水平，另一方面指建立信息库整合样本各类数据，以实现大样本量数据搜索、关联、分析与共享；此外，由于生物样本库大型化、规模化趋势明显，传统依靠人力进行查找与存取的方式效率较低，自动化存取低温保存设备应运而生，自动化存取设备高效率、高准确度、便于样本库存自动化管理，且存取过程避免温度波动对样本质量产生影响，已被很多大型样本库采用。 生物样本库建设的目的并不单纯是为了存储，存储只是其基本功能，“只存储不使用”没有任何意义，基于标准化和信息化，将样本资源及关联信息用于基础研究、转化医学、行业专题报告 精准医疗等领域，才能真正实现生物样本库价值。由于现代科学研究对于大样本量的需求，生物样本库间通过信息共享平台实现资源共享越发频繁，资源共享不仅可以提供充足样本与信息，进一步提高样本库价值，还能避免重复低水平建设，节约资源，是未来发展大趋势。 3. 从生物样本库发展特点及 Brooks Automation 发展历程看生物医疗低温存储领域投资机会：设备融合物联网企业已占先机 我国生物样本库建设起步较晚，但发展迅速，目前已建立各类生物样本库 200 余个（根据国家人类遗传资源共享服务平台统计），多数依托医院、学校和科研机构而设，虽然数量众多，但多数生物样本库规模有限，一半以上样本数量在十万份以下，以几万人份较为常见，有的仅有几千份样本，少部分依托知名三甲医院或大型队列研究项目而建的样本库样本数量可达到几十万人份，储存量在百万份以上样本的大型生物样本库很少。2018年协和医学杂志发表文章，对国内63 个主要生物样本库展开问卷调查，其中有运营规划的生物样本库比例仅为 19%，绝大多数处于筹备、或者尚未运营规划阶段。综合来看，我国生物样本库仍处于初步发展阶段，规模化、信息化、管理操作规范化等方面均落后于发达国家，小而散特点明显，缺乏共享机制。 一方面，根据其他国家经验，生物样本库重资产属性明显，高标准、高质量样本库建立与运营均需要大量资金支持，目前仍未形成有效的商业盈利模式，各国大型样本库基本均由政府出资支持，如英国生物样本库最初的启动资金 900 万美元源于英国政府健康部的药物研发机构，欧洲生物样本库2003年至2006年由欧洲理事会提供资金，从2007年起加入欧洲 FP6 并获得资金，卢森堡政府提供了 2 亿美元用于卢森堡联合生物样本库的扩展，法国、加拿大、日本、澳大利亚等国政府都投入了相当可观的资金用来建立国家级和区域性生物样本库，从一定程度上来说，政府投入程度决定了生物样本库发展速度。鉴于生物安全被提升至国家安全高度，生物安全法加速立法，精准医疗及转化医学得到国家大力支持，我国生物样本库或迎来新一轮发展机会，生物医疗低温存储设备作为生物样本库核心基础设施，存放量预期。 另一方面，现代生物样本库大型化、规模化趋势明显，对于自动化、信息化需求旺盛，传统单库封闭式管理模式已无法满足实际应用需求，多库资源共享形成生物库联盟或网络以丰富样本类型与数量成为发展大趋势，在此背景下，对于生物医疗低温存储设备供应商提出更高要求，设备自动化、智能化、兼容信息化管理平台成为未来大方向。此外，随着国内创新药研发持续火热，各类初创生物技术公司、生物制药公司崛起，以及细胞疗法兴起，对生物样本存储需求增加，鉴于独立建设生物样本库并运营投入巨大，商业化存储模式或将兴起，拥有设备优势的供应商有望同时成为商业化存储服务提供商，拓宽自身业务范围。 以全球生命科学样本管理解决方案领先提供商 Brooks Automation 发展历程为例，探寻生物医疗低温存储设备供应商在生物样本库领域未来可能发展路径。