生物仿真市场 分析

全球生物模拟 市场预计将达到 到2030年,从2023年的1,901.9百万美元增加到5,894.4百万美元,显示 在预测期间,CAGR为17.5%.药物开发过程中的建模和模拟是一种科学方法,用于关键的药物开发决策。 为了避免发现和发展新药物时出现问题,生物模拟提供了一种很有希望的工具,同时节省时间、金钱,并提高药物开发初期的可预测性。 生物模拟是指生物系统的模拟.

美国食品和药物管理局(FDA)也在药物开发过程中使用并购. 美国FDA的药物评价和研究中心(CDER)目前正在使用模型和模拟来预测临床结果,为临床试验设计提供信息,支持有效性的证据,优化剂量,预测产品安全,并评价潜在的不良事件机制. 生物模拟对药物开发很重要,因为它提供了剂量精度,分子层面的药物相互作用,以及使用精密的心脏,肝脏和其他系统的药物动力学模型进行基于生理的药物动力学建模. 根据美国FDA临床药理学办公室(OCP)2014年的数据,PBPK建模:药物与其他药物相互作用的数学预测被FDA越来越多地用于药物发现和早期开发过程中. 此外,在药物开发的不同阶段越来越多地采用生物模拟工具可推动全球生物仿真市场的增长。

全球生物仿真市场-区域透视

• 北美 预计在预测期内将是最大的生物仿真市场,占2023年市场份额的39.32%以上。 北美市场的增长归功于私营公司和学术机构对药物开发的大量参与。
• 欧洲 预计是第二大生物仿真市场,占2023年市场份额的30.4%。 市场增长的原因是保健开支增加以及该区域主要行为者的存在。
• 亚太 预计生物仿真市场增长最快,预测期CAGR超过18.9%。 亚太区域市场的增长归因于生物模拟技术的不断发展。

图 1. 全球生物模拟 按地区分列的市场份额(%),2023年

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分析视图 :

由于制药和生物技术工业的研发投资增加,预计未来五年全球生物仿真市场将出现增长。 抑制药物开发成本的压力越来越大,对个性化药品的需求也越来越大,这可以刺激发现和发展工作流程中对生物模拟工具的需求。 虽然由于主要制药公司和研究机构的存在,北美目前占据主导地位,但由于政府对生物医学研究的资金不断增加,亚洲太平洋地区的增长将最快。

然而,与生物模拟平台的开发和与其他技术的结合有关的高成本仍然是小工业和初创企业广泛采用的关键制约因素。 此外,缺乏处理复杂模拟的专家技能也是一个挑战。 为了推动未来的创新,主要角色应注重多尺度建模,将模拟能力扩大到小分子之外,包括生物学和组织学. 技术开发者和终端用户之间的合作可有助于解决目前各种工具之间的互操作性问题。

在机遇方面,越来越多地采用基于云的模拟解决方案可增加无障碍性,并可能降低生物模拟平台的成本。 整合人工智能可以通过分析大量模拟数据来加快药物发现过程. 将传统研发以外的应用扩大到医疗器械和个性化药品是增长的新途径。

总之,虽然生物仿真市场发现进入的强劲增长障碍仍然很高。

全球生物仿真市场驱动力

• 研发支出增加: 不断增长的药品研发支出 生物技术 工业是多年来推动全球生物仿真市场增长的主要因素。 随着研究变得更加复杂和昂贵,公司越来越依赖计算模拟和建模技术来优化其研发流程并降低成本. 生物模拟可以让研究人员在将资源投入物理实验之前,先测试硅的理论假设. 这有助于降低药物研制的故障率,加快临床试验. 根据经济合作与发展组织(经合组织)公布的数据,2020年全球药品研发支出从2015年的约1600亿美元增长到2020年的近1900亿美元. 仅前10名的制药公司在2020年就花费了1000亿美元用于研发。 与药物开发有关的高昂成本和严格的监管规范迫使大型药剂厂家在发现和临床前测试阶段的早期采用生物模拟等数字技术. 这一趋势预计将继续下去,因为下一代精密药品和复杂的生物学需要更多的投资。 对动物试验的过度依赖也因伦理问题而减少,为“硅”模拟模型提供了进一步的动力。
• 增加药品和生物技术资金: 由于对制药和生物技术研发活动的投资不断增加,全球生物仿真市场正在大幅增长。 生物模拟技术被广泛用于药物的发现和开发,以获取对生物过程的洞察力并预测生物系统的行为. 它帮助研究人员研究潜在的药物候选者在硅酸盐中的影响(使用计算机模拟),然后将其转移到昂贵和耗时的湿实验室测试中。 临床 这大大降低了新药物开发的成本和时间。 随着全世界各国政府和公司投资数十亿用于开发新药和治疗方法,对生物模拟工具和服务的需求稳步增加。 例如,2022年,根据白宫科技政策办公室公布的数据,美国政府在2021年投资了超过65亿美元,通过诸如Warp Speed行动等各种方案,用于Covid-19治疗学的发展. 同样,英国政府宣布在2021年投资超过10亿美元,用于建立研究中心,重点关注先进的疗法,细胞和基因疗法,以及癌症等需求未得到满足的疾病. 欧洲联盟委员会的一份报告提到,欧盟在2020年对保健研究的供资达到36亿美元,比前几年大幅增加。
• 技术进步: 生物模拟领域的技术进步是增强全球生物仿真市场增长的主要因素之一。 生物模拟工具能够将生物系统从分子层到器官层进行数字化的建模,并进行各种硅化而不是动物和人类测试的生物实验. 这大大减少了药物发现的成本和时间,同时确保安全和效力。 机器学习,人工智能和高性能计算等领域的进步,使得能够开发出能够密切模仿生物功能的高度精密的计算模型. 例如,正在使用机器学习技术,通过纳入现实世界临床试验和实验的数据,改进模拟模型。 这有助于使生物模拟模型随着时间推移而更加准确,具体和个性化. 云计算基础设施也支持高度复杂的生物模拟模型的计算功率和数据需求. 这使得中小型组织可以使用先进的模型。 市场参与者正在推出用于生物模拟的升级软件,预计这将推动全球生物仿真市场在预测期间的增长。 例如,2023年,生物模拟软件制造商Certara推出了其凤凰平台的8.4版本、药效动力学/药效动力学(PK/PD)中的工业金本位以及毒效动力学建模和模拟软件。 8.4版本提供了由客户需求驱动的新特点,提高了效率、质量和速度。 新软件包括可用性增强、可审计性改进和兼容性升级。
• 日益重视精密医学: 精密医学的兴起及其专注于针对个人基因化妆量身定制的治疗,是推动全球生物仿真市场增长的主要因素. 精密医学有助于医生和研究人员更准确地预测某种疾病或治疗方式,并通过分析生物标记可能影响特定的人. 这需要在分子和细胞层面进行复杂的模拟,以了解各种治疗办法对人类生物模拟工具和技术的疾病途径和影响,使研究人员能够建立高度定制的器官、组织和整个生物体的计算机模型,这些模型可以帮助测试数千种疗法、剂量和药物组合,然后再对其进行昂贵和耗时的临床试验。 例如,分子一级肿瘤生长的生物模拟和药物反应机制正在帮助肿瘤学家根据其个人基因特征为癌症患者选择最有效的药物和剂量. 一些生物模拟工具也被用于以更安全和成本效益高的方式设计新药和生物记录。 世界卫生组织(WHO)表示,到2023年,正在开发的新疗法中约有75%将在研发过程中使用生物模拟工具.
• 减少药物开发费用: 通过使用生物模拟降低药物开发成本是推动全球生物仿真市场增长的一个主要因素。 生物模拟为制药公司提供机会,通过计算机模拟对新药物候选人进行测试,从而减少药物开发中的金融风险,然后进入昂贵和耗时的动物和临床试验。 这种在硅酸盐中,或者在计算机,建模和模拟中,可以让研究人员测试上千种什么假设情景来优化药物分子,以便在人体中进行理想的反应,而不使用活体主体. 应用生物模拟可以节省大量费用和时间。 据美国食品药品管理局(FDA)统计,平均每10,000名药物考生中只有1人进入临床前测试后进入人体测试,显示在开发期间出现巨大的减员. 同样,Tuft药物开发研究中心将平均26亿美元的新药物投入市场的费用挂钩。 即使通过生物模拟削减成本和减少时间的一小部分,也会大大节省。

全球生物仿真市场机会

• 新兴市场: 新兴市场具有推动生物仿真市场未来增长的强大潜力。 人口和经济迅速增长的地区要求更先进的保健技术。 特别是在南亚和东南亚,印度、中国、印度尼西亚等国正在大幅增加生物技术和生物医学研究投资。 新兴国家的政府和供资机构认识到,必须能够在昂贵的现场试验之前,为新的药物设计和开发以及模拟试验建立生物系统和程序模型。 这降低了费用,加快了批准能够改善保健结果的有效新疗法的进程。 当地生物模拟新企业也正在兴起,以满足这些区域需要并与全球公司建立伙伴关系。 根据联合国经济和社会事务部公布的数据,2022年,许多新兴经济体出现人口变化,老年人口将日益紧张常规保健基础设施。 例如,随着寿命的延长,到2030年,超过60%的印度尼西亚人口将达到工作年龄。 这种强大和不断增长的劳动力需要获得现代生物医学创新。
• 通过人工智能和云计算: 采用人工智能和云计算可以在全球生物仿真市场提供巨大机会。 生物模拟使用计算方法来模仿生物过程,并有助于推进医学研究. 有了人工智能和云,生物模拟的力量就可以以前所未有的规模加以利用。 AI与生物模拟结合,可以更有效地处理大量复杂的生物和医学数据. 它使研究人员能够通过在巨大的数据集中识别可能仍无法被察觉的规律来产生新的见解和假设. 例如,机器学习和深层学习等AI技术帮助美国国家癌症研究所的研究人员利用2010-2020年间收集的50多万癌症患者的基因组和分子数据,在个性化层面研究与癌症有关的蛋白质相互作用和遗传序列. 这有助于发现新的肿瘤亚型和潜在的药物靶点.
• 制药公司与生物模拟者之间的合作: 制药公司与生物模拟玩家之间的合作可以为生物仿真市场提供重大机会。 生物模拟利用专门的软件和建模技术模拟分子,细胞,多细胞或整个生物层面的生物过程. 这有助于研究人员更好地了解疾病机制,评价新药物候选人如何与活体系统互动。 制药公司拥有大量与疾病领域和药物开发方案相关的数据,可以帮助生物模拟玩家进一步完善其平台. 生物模拟工具为制药公司提供了加速药物发现和发展的新方法. 通过合作伙伴关系,双方将获得宝贵的见解。 制药公司可以利用生物模拟平台,在管道早期获得对铅化合物和生物学的更预测性的理解. 这有助于选择最有希望的候选人和设计最佳临床试验规程。

全球生物仿真市场 趋势

• 采用云计算: 许多主要的生物模拟销售商目前正在提供基于云的软件-as-a-service(SaaS)交付模式,以进入其平台。 例如,在2021年,超过50%的Dassault Systèmes模拟和3D设计平台销售现在来自其通过云端交付的3DEExperence平台. 这吸引了更多的小型研究组织和初创企业采用生物模拟工具,他们早先发现在事先的许可证上相当昂贵。 云正在帮助消除进入这些公司获得先进模拟技术的障碍。 云的现收现付商业模式也吸引了从事基于项目的工作、需要短期资源的研究团体。
• 推进人工智能和机器学习: 过去十年人工智能和机器学习领域的快速发展对许多行业产生了广泛影响。 在生物模拟部门,AI和机器学习技术正在革命性地改变如何对生物系统进行模拟和分析。 这些新的计算方法使研究人员能够建立更为复杂和详细的模型,更好地模仿现实世界的生物过程。 例如,机器学习工具使科学家能够利用无法通过传统人工方法分析的巨大数据集,生成疾病进展和治疗反应的预测模型。
• 注重目标识别和验证: 几家制药公司正在越来越多地利用生物模拟来筛选硅酸盐中的数千种潜在药物化合物,然后进入昂贵的湿实验室试验和临床试验阶段。 这有助于优化对更有可能取得成功的候选人的研究投资。 例如,根据Journal Cell Systems(英语:Journal Cell Systems)出版的2022年的研究,一家生物技术公司BenevolentAI利用计算结构生物学技术发现了一种新颖的目标蛋白,并在短短的18个月内开发出一种治疗眼病的口服药物. 这表明现代生物模拟工具如何能够加速从发现到市场的传统药物开发周期。

全球生物仿真市场-限制

• 高昂的设置费用: 生物模拟所需的高昂的设置成本是阻碍这一产业增长的主要因素之一. 生物模拟涉及使用精密的软件和系统,这些软件和系统能够在分子,细胞,组织和整个生物层次上准确模拟生物过程. 开发这种复杂的模型和模拟解决方案需要对研发进行大量投资。 需要几年的研究和测试才能建立能够处理临床前药物发现和开发过程中产生的大型和复杂的数据集的强大的平台. 这涉及聘用顶级数据科学家、生物学专家、工程师和其他人员,从而增加劳动力成本。
• 缺乏熟练劳动力: 拥有利用生物模拟技术的适当技能的人严重短缺。 根据2022年国家科学委员会的一项研究,只有30%的美国本科生毕业后获得科学,技术,工程和数学领域学位(STEM),为未来研究和工作所需的计算技能做好了充分的准备. 大多数STEM毕业生缺乏涉及编码、数据分析、机器学习等对有效应用生物模拟技术至关重要的跨学科培训。 这种技能差距阻碍了制药和生物技术公司对生物模拟能力进行更多投资。
• 监管问题: 监管问题是制约生物仿真市场增长的主要因素之一. 生物模拟旨在利用先进的建模和模拟技术模拟复杂的生物过程. 然而,开发准确的生物模拟模型并验证其预测能力是一个复杂的过程,需要达到严格的监管标准. 监管者需要对任何生物模拟平台进行广泛的验证和记录,然后才能用于药物发现等研究应用. 开发能够在分子、细胞、生理和整个体内有效模拟人类生物复杂性的模型是一项持续的研究挑战。 监管者需要确保用于研究的任何生物模拟工具或平台经过彻底测试,并证明能够提供可靠和可复制的结果,然后才能相信结果。 这给生物模拟开发者造成了压力,要求他们长期对研究和临床验证工作进行大量投资,以满足监管规范.

全球生物仿真市场-最近的发展

新产品启动

• 例如,2022年, 塞尔塔拉作为全球生物模拟软件制造商,宣布发布其免疫力(IG)、免疫肿瘤学(IO)和疫苗模拟器的新版本,以预测药物如何工作,并解决新生物疗法发展中的关键问题。
• 例如,在2020年,设在尼日利亚的保健技术精密医学研究公司54gene启动了其临床研究方案服务司。 新的业务司将提供端到端的临床发展服务、情报、后勤和基础设施,以便从尼日利亚开始在非洲进行临床试验
• 2022年(明治10年),,号,. 但丁实验室全球基因组信息和精密医学提供者宣布了新的基因组驱动生物模拟及其药物发现方案的重大进展,显示了但丁平台的价值

采购和伙伴关系

• 2022年,跨国计算软件公司Cadence Design Systems, Inc.达成最终协议,收购私人持有的OpenEye Scientific Software, Inc.,作为计算分子模型和模拟软件的提供者,被制药和生物技术公司广泛和越来越多地用于药物发现.
• 2021年,全球监管和临床研究服务提供商CATO SMS宣布已收购Nuventra, Inc.,将其提供的范围扩展到临床药理学的关键领域. Nuventra是该行业的主要临床药理学和服务提供商之一. 收购扩大了CATO SMS支持生物制药公司开发药物的专门解决方案组合,增加了一套关键的能力,重点是大幅度减少发展风险、成本和时限。

图 2. 2023年按产品和服务分列的全球生物仿真市场份额(%)

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全球生物仿真市场顶级公司

• 维基月球在线解说-Certara, L.
• 模拟Plus股份有限公司.
• 达索·塞斯泰姆斯(Accelrys)
• 基因数据 AG
• 铅网有限公司.
• 康普根股份有限公司.
• Schrödinger,专卖局长
• 在Silico生物科学公司。
• 高级化学发展股份有限公司.
• 化学计算集团ULC
• 生理学 PLC
• 医药产品开发有限公司(Evidera)。

定义: 生物模拟是对生物过程和系统的计算机辅助数学模拟,因此是系统生物学的一个组成部分.