英砂智能&亿欧智库：2023年药物研发自动化实验室行业发展报告

研 究 报 告 2023年 药物研发自动化实验室 行业发展报告 英矽智能 173 167-181. [3] Laboratory automation in early drug discovery 1 药物研发与自动化实验室 的发展背景 1.1 药物研发、自动化实验室 的发展背景 1.1.1 药物研发重点发展时期 及驱动因素挖掘 1.1.2 全球药物研发及自动化 实验室发展的时间线关系 1.1.3 药物研发及自动化实验 室发展的技术线关系 1.1.4 自动化实验室发展里程 碑事件及其驱动因素 1.2 自动化实验室全面赋能药 物研发 1.2.1 自动化实验室加速药物 基础研发进程 1.2.2 自动化实验室节省药物 基础研发费用 1.2.3 自动化实验室提高药物 研发的准确性和成功率 1.2.4 自动化实验室为制药企 业在药物研发阶段提供降本增效 的工具 1.2.5 未来自动化实验室在药 物研发中将由AI赋能创造新价值 2 1-6代自动化实验室赋能 药物研发 2.1 1-6代自动化实验室的发展 历程 2.2 自动化实验室在药物研发 领域的典型应用案例 3 自动化实验室在药物研发 领域的解决方案 3.1 自动化实验室在药物研发 领域的核心技术 3.2 自动化实验室在药物研发 领域的关键设备及方案 4 自动化实验室在药物研发 领域的展望 4.1 自动化实验室在药物研发 领域的发展趋势 4.2 自动化实验室在药物研发 领域的未来落地场景 ◆ 1.2.2 自动化实验室节省药物基础研发费用 据美国医学会杂志 中一篇报告显示从2009年到2018年，新药研发的中位 成本为9.853亿美元，而平均总成本为13.59亿美元[1]。累计10亿美金上下的研 发成本，为新药研发蒙上了一层阴影。近年来，随着自动化实验平台的快速发展， 更多药企通过自动化实验室解决方案来弥补手动实验带来的成本压力，实验室可 以通过优化实验流程、降低样本量、提高实验重现率来节省研发费用。由于自动 化设备能在可控情况下长时间工作，且结果精确度高，能够将研发人员从大量重 复性的实验中解放出来，极大提高生产效率，同时也节约人力、物力成本。 麦肯锡全球管理咨询公司在2021年发布了数字化、自动化和在线测试制药 行业质量控制的未来这份报告，展示数字化、自动化实验室给制药行业带来的 巨大变革和机遇。根据报告中相关案例数据，当制药公司研发实验室达到数字化 实验室水平后，药物化学研发成本降低25％至45％，自动化微生物药物实验室 潜在研发成本降低15％至35％之间。另外，一家大型全球制药公司利用模块化 和可伸缩的数字双平台实现实验室自动化转型，这样做不仅使得其药物生产率提 高了30以上，而且还利用高级分析将实验偏差减少80％，甚至完全消除重复 出现偏差。 对实验室进行自动化改造来显著提高制药公司的研发效率，主要得益于以下几个 方面一是实现80％取样和样品交付任务的自动化；二是实现50％样品制备任 务自动化；三是通过远程监控和故障预防降低了设备维护成本。此外，当自动化 实验室朝着微型化转型后，还将减少实验室采样和物流等任务再节省25的成本。 除了提升研发效率、节省药物研发成本之外，实验室自动化还能为制药公司带来 其他的好处。例如设备内置的远程监控和预测维护功能可以减少停机时间，进 而降低对昂贵、精密仪器设备的使用和损耗，如色谱、近红外光谱仪和隔离器等。 另外，通过将即时微生物检测应用到环境监测中，企业还可以将实验室的总体交 付周期缩短40％至75％。 10 数据来源 [1]Olivier J. Wouters,Martin McKee,Jeroen Luyten. Estimated Research and Development Investment Needed to Bring a New Medicine to Market, 2009-2018[J]. JAMA,2020,3239. 1 药物研发与自动化实验室 的发展背景 1.1 药物研发、自动化实验室 的发展背景 1.1.1 药物研发重点发展时期 及驱动因素挖掘 1.1.2 全球药物研发及自动化 实验室发展的时间线关系 1.1.3 药物研发及自动化实验 室发展的技术线关系 1.1.4 自动化实验室发展里程 碑事件及其驱动因素 1.2 自动化实验室全面赋能药 物研发 1.2.1 自动化实验室加速药物 基础研发进程 1.2.2 自动化实验室节省药物 基础研发费用 1.2.3 自动化实验室提高药物 研发的准确性和成功率 1.2.4 自动化实验室为制药企 业在药物研发阶段提供降本增效 的工具 1.2.5 未来自动化实验室在药 物研发中将由AI赋能创造新价值 2 1-6代自动化实验室赋能 药物研发 2.1 1-6代自动化实验室的发展 历程 2.2 自动化实验室在药物研发 领域的典型应用案例 3 自动化实验室在药物研发 领域的解决方案 3.1 自动化实验室在药物研发 领域的核心技术 3.2 自动化实验室在药物研发 领域的关键设备及方案 4 自动化实验室在药物研发 领域的展望 4.1 自动化实验室在药物研发 领域的发展趋势 4.2 自动化实验室在药物研发 领域的未来落地场景 ◆ 1.2.3 自动化实验室提高药物研发的准确性和成功率 在传统药物研发实验室中，大部分实验操作及分析需要由人工进行处理，包括 样品制备、传输、操作、记录、分析，每一项工作繁琐且耗时。在科研人员精力 有限的情况下，往往会出现不可避免的人为失误或错误，由此导致实验结果数据 分析放大了上述错误，降低药物研发的成功率。另有数据显示，超过70的研究 人员无法重现同事的实验，超过50的研究人员无法重现自己的实验；超过 35的不可重现性归因于实验和数据报告工作中的人为错误 [1]。 药物研发流程复杂，为更好阐述自动化实验室在提高药物研发成功率方面的价值 和意义，我们以“先导化合物库合成-催化CC/CN交叉偶联反应”为例，进行阐 述分析。 在传统实验室中，催化CC/CN交叉偶联反应主要面临3大问题底物种类多 、 催化剂种类多、溶剂/碱类化合物。仅上述三个难点为要素设计正交实验，需要 处理成千上万个实验方案数量，才能找到最佳结果。现实情况是，采用手动操作 的研究人员每天能完成反应实验的数量大约为10个。如果以上实验均通过研究 人员逐一操作，累计耗时不言而喻。并且，在大量实验过程中，会叠加人为失误 和错误，最终在数据结果分析方向会造成显著误差，降低了整体药物研发成功率。 然而，通过使用自动化实验室中高通量筛选方法，科研人员仅需要通过设定或调 整参数，大量繁杂的实验便可同步进行，极大节省实验周期和科研人员时间。与 此同时，计算机通过相关软件或平台对数据进行采集、分析，人为失误或错误在 此过程中被消除，后续结果更加可靠、真实。由此，综合提高药物研发成功率。 通过药物研发流程中某一环节的个案分析，可以了解到自动化实验室通过减少 人为干涉、提高大规模实验并行进展速度、收集高质量数据、公正客观分析数据 结果，最终提高药物研发准确性和成功率。 11 数据来源 [1]Baker Monya. 1,500 scient