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2016年中国液体活检市场现状分析及发展趋势预测【图】

    据统计,2015 年全球范围内新增癌症病例1410 万,820 万人死于癌症,预计未来20 年新发病例数将增加70%。由于人口老龄化、不良生活习惯、环境污染和传统手段治愈率较低等因素,我国已成为癌症发病和死亡大国。据全国肿瘤登记中心统计显示,2015 年中国癌症新增429.16 万例,死亡281.42 万例。其中肺癌和胃癌高居发病和死亡前两位。由于诊断不及时和缺乏个体化的治疗方案,癌症治疗的无效率高达75%。2015 年美国和中国相继提出精准医疗计划,攻克癌症已成为该计划的重点关注问题。

2015 年中国癌症死亡人数(千人)及占比

    一、液体活检市场现状分析

    液体活检(Liquid Biopsy)于2015 年被《MIT Technology Review》评为年度十大科技突破之一。液体活检广义上指对以血液为主的非固态生物组织进行取样和分析,是一种新兴的疾病诊断和监测工具,可应用于癌症、心脏病、产前诊断、器官移植等系列疾病。据Piper Jaffray预测,2026 年广义液体活检全球市场总容量约326 亿美元,包括癌症领域286 亿美元、无创产前诊断(NIPT)20 亿美元、器官移植20 亿美元。

广义液体活检市场份额分布(亿美元)

    液体活检在癌症领域的应用占据超过85%的市场份额。因此狭义的液体活检定义为针对肿瘤诊断与治疗领域,通过检测血液中的循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells,CTC)、循环肿瘤DNA(Circulating tumor DNA,ctDNA)和肿瘤细胞外泌体(Exosomes)等,用于实现对癌症患者的早期筛查、指导治疗方案、治疗监测和复发监控。本篇深度报告将围绕液体活检的狭义定义,即肿瘤液体活检展开相关研究。

    目前传统的肿瘤早期诊断和复发监控有肿瘤标记物、医学影像学等技术。肿瘤标记物方法是测量肿瘤组织在生长过程中分泌、排出到血液中的蛋白质含量,如前列腺特异抗原(PSA)、糖类抗原(CA125)、甲胎蛋白(AFP)、绒膜促性腺激素(HCG)等。但该方法的假阳性和假阴性的概率均较高,在怀疑患病后仍需借助如X 光、CT、核磁和PET 等医学影像技术确诊。同样,医学影像学存在的问题是对肿瘤尺寸的分辨率为0.5cm,而此时肿瘤组织中已至少包含109 个细胞。并且影像学数据无法确定肿瘤的分化程度和分型,需要进一步通过穿刺或外科手术的方式取得肿瘤组织,并以此设计药物治疗方案。然而穿刺方法具有有创性和操作难度大等劣势,患者接受度低,同时极易加速肿瘤转移。综上所述,传统的肿瘤诊断和治疗手段由于诊断指标灵敏度低、肿瘤的异质性和不同人间的巨大个体化差异,往往导致诊断较晚错过最佳治疗时机,或肿瘤对放化疗药物产生耐药,从而导致患者几乎无法被治愈且生存期较短。液体活检技术仅需采集患者5-10ml 血液,通过检测血液中ctDNA、CTC 或外泌体的数量、遗传特性等信息,即可覆盖癌症诊断与治疗的全部领域。虽然现阶段液体活检技术存在敏感性低、方法学要求高、解读注释难度较大和价格偏高等缺陷,但随着肿瘤细胞捕获技术和肿瘤基因组认知的发展,液体活检必将替代传统的肿瘤诊断与治疗技术。

液体活检技术与其他早期诊断技术比较

    测序技术和肿瘤基因组解读能力加强催生液体活检技术加速发展。随着高通量测序产业链上游的迅速成熟,测序服务市场将获得飞速发展。肿瘤诊断与治疗作为高通量测序产业链中下游的重要应用领域,已获得重点关注。目前已证实肿瘤的发生发展与上千种基因相关,肿瘤基因组已发现2000 个潜在和已知的药物靶点基因,同时有上百个肿瘤驱动基因已被确证。

肿瘤基因组有上千个已知和潜在靶点(左),上百个肿瘤驱动基因已被确证(右)

    目前传统肿瘤治疗方法是通过外科手术切除病灶组织,并利用病理切片分析肿瘤细胞的分型,以此制定靶向化疗药物。该方法的痛点在于用药过程中无法实时地监控肿瘤的基因突变情况,在肿瘤细胞产生耐药性时,无法继续做到“量体裁药”。而液体活检技术则可通过实时地捕获血液中的循环肿瘤细胞,及时地发现肿瘤细胞的分型和突变情况,协助医生制定个体化用药指导方案。

液体活检在肿瘤临床诊断与治疗中的具体应用

    液体活检技术的发展有两大限定因素:1.液体活检对象捕获技术;2. 对肿瘤细胞基因组的认知程度。液体活检的研究目标是血液中是否有CTC、ctDNA 或外泌体,以及它们的具体突变信息。目前对肿瘤细胞基因组的认知仅停留在基因位点突变(Single Nucleotide Variation,SNV),缺乏对区域性变异的理解,如插入(Insertion)、删除(Deletion)、拷贝数变异(CopyNumber Variation, CNV)和结构变异(Structure Variation,SV)等。基因测序技术的发展将对癌症基因组的认知程度产生举重若轻的影响,并将为患者的个体化治疗提供更扎实的理论基础。同时,Exovita Bioscience 在研究中发现正常细胞的外泌体具备杀死癌细胞的能力,因此外泌体在细胞免疫治疗领域具有一定的潜力。

ctDNA、CTC 和外泌体在肿瘤细胞研究中的具体应用

    据Piper Jaffray 测算,2026 年液体活检全球市场容量可达286 亿美元。其中早期筛查市场容量150 亿美元、指导治疗方案市场容量17 亿美元、治疗监测市场容量50 亿美元、复发监控市场容量69 亿美元。

肿瘤液体活检应用市场细分

    液体活检未来10 年复合增长率约为21.7%,我国市场容量超过500 亿人民币。2016 年液体活检全球市场份额约40 亿美元,预计2026 年达到286 亿美元,未来10 年维持21.7%的复合增长率。我国由于人口基数大、环境污染和不良生活习惯等原因,市场前景广阔。成熟后液体活检单价按2000 元/次计算,我国诊断为癌症且5 年内存活的患者人数为749 万人,活检渗透率按40%计算,假定每年检查2 次,同时我国人口总数13.68 亿,每年15%的人参加体检,体检中渗透率按10%计算,假定每年检查1 次。据此我国液体活检市场容量为749 万*40%*2000*2+13.68 亿*15%*10%*2000*1=530.24 亿人民币,预计市场需5-15 年成熟。

液体活检全球市场复合增长率

    液体活检全产业链包括上游的仪器和配套试剂盒等耗材,下游为液体活检服务供应商。目前产业链上下游区分不明显,上游的制造商往往直接将检测技术和服务提供给医院、科研机构和患者个人。

液体活检全产业链及应用

    液体活检的检测内容与基因测序水平、癌症基因组样本累积能力有着密不可分的关系。对癌症基因组的认知能力可以帮助发展更全面的早期筛查和病情监测技术,如设计更为灵敏的ctDNA 引物;同时,测序水平和癌症基因组样本数的提升将强力推动实时癌症细胞全基因组测序和测序数据的解读能力,用于诊断分型和分析用药后患者肿瘤细胞的突变情况。

ClinicalTrials 登记的全球液体活检研究机构

    ctDNA 指坏死或凋亡的肿瘤细胞释放到外周血中的肿瘤DNA 片段。CTC,即循环肿瘤细胞因自发或诊疗操作由原发或转移肿瘤中,获得脱离基底膜的能力并进入外周血液循环的活体肿瘤细胞,分为上皮细胞表型、间质细胞表型等。外泌体即肿瘤细胞脱落的囊泡,携带肿瘤细胞的DNA、RNA 和蛋白质等,介导肿瘤细胞增生、肿瘤微环境血管的形成、肿瘤细胞的免疫耐受和化学抵抗,其miRNA 在肿瘤检测中有潜在重要应用。

ctDNA、CTC 和外泌体的临床重要程度排序及检测难度

    按检测难度和意义划分,CTC>外泌体>ctDNA。1mL 血液中含有约5x109 个红细胞,7x106个白细胞,而实体瘤患者血液中CTC 的数量不超过1 个。如何从上百亿个细胞中不遗漏地筛选出CTC 并将其分离培养难度巨大。但CTC 所包含的临床意义最大,如可通过计量血液中CTC 的数量进行癌症早期筛查;通过分离培养CTC,进行测序和药理学试验,可以制定精准的个体化治疗方案;在治疗过程中可实时监测血液中CTC 的含量判断是否复发;复发后可对肿瘤的耐药性进行重分析,并修正治疗方案。而ctDNA 由于是肿瘤的DNA 片段,因此不具备体外培养特性且不可进行癌症分型和药物伴随检测。而外泌体虽说在临床意义上与CTC 相近,但其为肿瘤细胞分泌的物质,不可进行体外培养。因此进行药物伴随检测中临床意义远逊于CTC。

液体活检对象的临床应用比较

    二、液体活检市场前景预测

    通常来说,DNA 存在于各种细胞的细胞核中。细胞凋亡是人体的正常生理过程,平均每天会有5000 万到7000 万个细胞凋亡。当细胞凋亡后,原细胞核中的DNA 会裂解成片段(长度为150-180bp)并以游离的形式存在于人体的血液和尿液中,称之为游离DNA(cell free DNA,cfDNA)。因此来自于肿瘤细胞的游离DNA 称之为循环肿瘤DNA(ctDNA)。根据肿瘤患者的临床分期不同,ctDNA 占cfDNA 总量的0.16%-43%不等,1ml 血液中约含有0.08-38ng ctDNA。ctDNA 的半衰期非常短,一般不超过1.5 小时。ctDNA 检测在肿瘤的早期诊断和复发监控领域有重要应用。

血液中的ctDNA

    1、ctDNA 可在基因组水平分析肿瘤细胞,相关检测和解读是基因测序产业链下游的巨大应用,其发展速度受制于基因测序技术和遗传信息解读水平。ctDNA 中含有肿瘤基因组的部分变异特征,如突变、插入、删除、拷贝数量异常等。自1977 年Leon 课题组发现癌症患者的血浆游离DNA 水平要显著高于健康人群,经历近40 年的发展,人们对ctDNA 的认识逐步加深。特别是自2006 年起,高通量测序技术的发展极大丰富地补充了肿瘤基因组学的知识储备。加之日益成熟的ctDNA 捕获技术,使得人们对肿瘤细胞遗传信息的解读更加得心应手。

ctDNA 认知理解的发展史

    ctDNA 的检测方法主要有两种:第一种是以聚合酶链式反应(PCR)为核心技术的检测方法,如数字PCR(dPCR)、ARMS、BEAMing 等,大致原理为针对肿瘤基因突变位点设计引物,该引物不能与正常基因互补配对,从而在PCR 过程中无法扩增正常基因;第二种是以高通量测序为核心技术的检测方法,对获取的血液样本进行高通量全基因组测序,从而获取血液中全部游离DNA 的序列信息。然而,现有的ctDNA 检测方法均严重依赖肿瘤基因组学知识,以PCR 为核心技术的检测方法需大量的肿瘤基因突变信息用于设计癌症基因特异性引物,以高通量测序为核心技术的检测方法则需要充足的肿瘤基因组学知识储备对测序得到的信息进行解读。

    2、循环肿瘤细胞(CTC)是由自发或诊疗操作,来自于实体瘤原发灶或转移灶的肿瘤细胞,获得脱离基底膜的能力并进入血液循环的肿瘤细胞。根据其细胞类型的不同,可将CTC 分为上皮细胞表型、间质细胞表型和上皮间质细胞混合表型。CTC 的半衰期不超过2.4 个小时,仅有少数具有高活性的CTC 能存活下来,并有机会在患者其他组织器官中形成转移灶。血液中的CTC 含量稀少,1ml 血液中含有数十亿个细胞,其中仅包含1 个CTC。

    CTC 是活体肿瘤细胞,可通过计数实现早期筛查和复发监控,亦可通过分离培养和全基因组测序实现指导治疗方案和治疗监测。可在基因组、转录组、蛋白组和代谢组水平分析CTC特性,在癌症的诊断和治疗领域拥有最广阔的发展潜力。在癌症的早期诊断和复发监控中,只需对受试者定期采血,通过计数血液中CTC 的含量即可判断患病情况。而在确诊后,通过对CTC 的分离培养,采用全基因组测序、免疫组化试验等方法分析肿瘤细胞的生理特性,以此为依据“量体裁药”,制定个性化的治疗方案。并且在化疗后期肿瘤出现耐药特性后,可以通过分析CTC 的变异特征修正药物配比。

循环肿瘤细胞认知发展史

    据BCC Research 统计和预测,2012 年和2013 年,CTC 全球市场份额分别为28 亿美元和37 亿美元,同时将在5 年内保持18.9%的复合增长率。预计2018 年循环肿瘤细胞的全球市场份额可达89 亿美元。

CTC 全球市场份额

    3、现阶段免疫亲和法捕获CTC 主要面临的问题有:(1)仅适用于个别癌种。由于肿瘤的异质性程度高,不同癌种的肿瘤细胞表面抗原差异性大,导致往往只能捕获一种或几种循环肿瘤细胞。例如,格诺生物开发的CytoploRare 系统通过叶酸抗体仅可捕获肺癌肿瘤细胞;(2)灵敏度和捕获效率低。CTC 通常会发生上皮间质转化(Epithelial-Mesenchymal Transition,EMT),使得CTC 失去上皮细胞特性,甚至表现出一定干细胞特征,几乎无法通过免疫亲和法标记、捕获、检测;(3)活体捕获技术有待提高。抗体与肿瘤细胞表面靶标抗原特异性结合后,导致肿瘤细胞失活、或被标记的CTC 无法分离提取,从而阻碍后续诸如全基因组测序、药物敏感性检测、蛋白表达、免疫组化实验等分析,从而使得CTC 的有效利用率大打折扣;(4)治疗监测和复发监控难度大。抗体药物治疗后,肿瘤细胞会发生不同的变异。由于人的个体差异性大,对于同一癌症分型的患者,即使使用相同的药物治疗,CTC 的表面抗原特性也不尽相同,更不用说不同癌种和不同药物治疗后的CTC 变化情况了。基于免疫亲和法的活体CTC 检测技术是未来CTC 的主流技术。随着分子生物学和基因组学技术的发展,通过深入了解肿瘤细胞表面抗原,基于免疫亲和原理的CTC 捕获技术将具备捕获不同体积的、全癌种的、活体的肿瘤细胞的潜力,可提供在蛋白组和代谢组水平深入认知患者肿瘤细胞的机会,对于肿瘤的个体化用药指导和治疗监测具有重要推动作用。

    4、血液中外泌体含量高,稳定强、可长期存储。大多数细胞在正常和病理状态下均可分泌外泌体,肿瘤细胞外泌体即肿瘤细胞脱落的囊泡,携带肿瘤细胞的DNA、RNA 和蛋白质等信息,在细胞间物质和信息转导中具有重要作用。外泌体可介导肿瘤细胞增生、免疫耐受和化学抵抗,促进肿瘤血管形成,且其miRNA 有望成为肿瘤诊断的新型标志物。与ctDNA 和CTC 相比,外泌体具有易于富集、稳定性高且不易降解的特性。据悉在冷库中储存30 年的血液也可用于分离检测外泌体,因此可用外泌体建立肿瘤细胞进化发展史“活日记”,记录患者肿瘤组织在治疗过程中产生的一系列遗传信息和蛋白表达的变化情况,便于病情和治疗追踪,可用于癌症的诊断和复发监控。

血液中的外泌体

    目前,全球开展外泌体研究的公司较少,目前基于外泌体的液体活检技术几乎全部在研发之中。全球首个外泌体液体活检产品ExoDx Lung(ALK)由ExosomeDiagnostics 公司推出,用于检测非小细胞型肺癌患者的EML4-ALK 突变。目前ExosomeDiagnostics 已获得8000 万美元融资用于开发外泌体类液体活检产品。同时,Codiak BioSciences 的科研成果转化速度亦是惊人,2015 年6 月该公司创始人Raghu Kalluri 在《自然》杂志发表论文,发现胰腺癌细胞外泌体中含有的Glypican-1 蛋白可作为一种非入侵诊断和筛查早期胰腺癌的标准。同年11 月,Codiak 公司宣布成立并获得8000 万美元启动资金,用于将科研成果转化。随后Codiak 又获得共计6100 万美元的B 轮融资,用于产品市场推广。

    据BCC Research 预测,2016 年全球外泌体市场规模可达1610 万美元,预计2020 年达到1.12 亿美元,未来5 年复合增长率47.3%。外泌体的临床应用主要集中在癌症诊断领域, 2016年该领域全球市场份额为1000 万美元,预计2021 年可达到1 亿美元,预计未来5 年复合增长率为58.5%。基于外泌体的癌症治疗市场在未来5 年也将保持14.9%的复合增长率,预计2021年全球市场份额可达1000 万美元。

外泌体全球市场规模预测

    相关报告:智研咨询发布的《2016-2022年中国液体活检行业市场运营态势及发展前景预测报告

本文采编:CY306

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标签: 液体活检
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