文|動脈網(wǎng)
數(shù)年前，人工智能、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療還是中國醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的話題中心。智慧實驗室在此時，只是一個從未被聚光燈掃過的隱秘角落。但每個時代，總有那么一群人，“春江水暖鴨先知”，尚在寒意料峭的早冬，就感受到了季節(jié)和時代的變遷。與實驗室場景密切相關(guān)的藥企、器械廠商在感知到變化后，紛紛布局。
貝克曼、雅培、羅氏、西門子和安捷倫等跨國企業(yè)都已經(jīng)形成了完整的智慧實驗室布局。在國內(nèi)，隨著醫(yī)藥行業(yè)、器械研發(fā)成為資本市場的香餑餑，身處上游的智慧實驗室開始嶄露頭角，中國本土創(chuàng)新者也逐漸被看見。
數(shù)字化、自動化技術(shù)的發(fā)展正在逐漸引領(lǐng)醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的變革，同時，醫(yī)療行業(yè)價值鏈的各個環(huán)節(jié)將在這些技術(shù)的介入中被重構(gòu)，帶來更多新需求和新機會，實驗室正是這場變革的重要場景。為了了解國內(nèi)智慧實驗室領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)況、面臨的問題，尋找發(fā)展機會，動脈網(wǎng)與國內(nèi)數(shù)家智慧實驗室從業(yè)者進(jìn)行了交流，希望對行業(yè)人士予以參考。
實驗室自動化、數(shù)字化是時代的必然趨勢
隨著生物科技的發(fā)展，市場對藥物研發(fā)、生物實驗和檢測相關(guān)的需求猛增，與此同時，常規(guī)實驗操作在很大程度上仍舊依賴人工操作，且過程中存在較多重復(fù)、機械化的工作，這也導(dǎo)致了人力成本高、實驗效率低和數(shù)據(jù)質(zhì)量不可控等情況的出現(xiàn)。
比如在自動化層面，自動化控制系統(tǒng)基本不具備全過程自動化控制的水平；設(shè)備的自動化對外多是封閉，無法提供必要的質(zhì)量參數(shù)和工藝條件參數(shù)等；部分企業(yè)尚未實現(xiàn)完整意義上的 MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和自動化的批控制。在數(shù)字化層面，醫(yī)藥企業(yè)的財務(wù)管理、供銷存管理、客戶管理等板塊，沒有與生產(chǎn)過程深度融合，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等新一代技術(shù)尚未普遍開始探索。
多種數(shù)字化和自動化技術(shù)為實驗室的變革創(chuàng)造了機會。
數(shù)字化實驗室使用先進(jìn)的實時數(shù)據(jù)分析和持續(xù)的流程驗證來跟蹤趨勢，防止偏差或超出規(guī)范，并優(yōu)化調(diào)度。這些實驗室從手工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄，過渡到設(shè)備與通用實驗室信息管理系統(tǒng)（GLIMS）之間的自動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄。
通過減少手動文檔工作，以及對規(guī)劃及調(diào)度的自動化和優(yōu)化來改善人員、設(shè)備和材料的利用率，進(jìn)而提高實驗室效率。據(jù)了解，通過數(shù)字化技術(shù)的賦能，普通化學(xué)質(zhì)量控制實驗室可以將成本降低25％至45％。普通微生物實驗室的潛在節(jié)省范圍將在15％至35％之間。
自動化實驗室則使用機器人、協(xié)作機器人或更具體的高級自動化技術(shù)來執(zhí)行所有可重復(fù)的任務(wù)，如樣品制作和交付。另外，實驗室自動化更關(guān)注高通量的實驗，獲得更多實驗結(jié)果，同時保證結(jié)果數(shù)據(jù)的一致性和穩(wěn)定性。應(yīng)用場景比如微生物檢測、生化免疫診斷、分子診斷等。
自動化實驗室可以在數(shù)字化的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)建，從而實現(xiàn)更大的價值和更高的成本節(jié)約。而這些實驗室之所以能夠提高生產(chǎn)率，源于取樣和樣品交付任務(wù)、樣品制備任務(wù)的自動化，以及通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障預(yù)防降低的設(shè)備維護(hù)成本。而且，自動化還減少了實驗室外所執(zhí)行的采樣和相關(guān)物流任務(wù)。
通過與行業(yè)人士的交流，我們知道實驗室場景正在被市場各方更多地看見，其原因包含了以下幾個方面：
第一，我國在藥品監(jiān)管領(lǐng)域存在的漏洞，對藥企數(shù)字化管理提出了更高的要求。2018年，國內(nèi)多家藥企因生產(chǎn)記錄造假等在數(shù)據(jù)完整性、可靠性等方面存在問題而被檢查處理，暴露出了我國在藥品監(jiān)管方面存在的漏洞。政策也對藥企的數(shù)字化水平提出了更高的要求。此外，中國的藥企還處于一種比較傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，研發(fā)、生產(chǎn)和流通等環(huán)節(jié)多為手工記錄，外部事件成為推動制藥行業(yè)開展數(shù)字化變革的序幕。
第二，新冠肺炎疫情也使得藥企加大了數(shù)字化轉(zhuǎn)型投入。一方面，在短期內(nèi)，市場上的資金大量涌入醫(yī)藥行業(yè)，使得藥企有能力在數(shù)字化建設(shè)領(lǐng)域投入；另一方面，疫情下的各種效率問題顯現(xiàn)，藥企的數(shù)字化轉(zhuǎn)型意愿增強。制藥行業(yè)發(fā)展速度快，對研發(fā)速度的要求也越來越高。數(shù)字化技術(shù)的介入，能夠加快醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)研發(fā)和開發(fā)速度。
第三，底層技術(shù)的飛躍發(fā)展，給科研工作者提供了更多的選擇工具。以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能為代表的數(shù)字技術(shù)，奠定了智慧實驗室出現(xiàn)的條件，自動化技術(shù)解決如何產(chǎn)生數(shù)據(jù)的問題，數(shù)字化技術(shù)則完成收集、定量描述、記錄和分析數(shù)據(jù)的工作。數(shù)字技術(shù)可以為實驗室構(gòu)建一個更加直接高效的智能化平臺，打破過去人與環(huán)境之間、人與物之間的平面鏈接，從而實現(xiàn)實驗室的人員、安全、環(huán)境和設(shè)備的高效管理。
本土創(chuàng)新者掘金藍(lán)海市場
明勢資本合伙人曾穎哲曾在一場活動上表示，當(dāng)前實驗室數(shù)字化在國內(nèi)還處于剛剛起步的階段，暫時很難用現(xiàn)有的工具去估算它在國內(nèi)的規(guī)模。除了傳統(tǒng)的LINS、ELN之外，很多新的工具也在不斷產(chǎn)生。但從制藥行業(yè)去看，制藥全球市場規(guī)模約為1.5萬億美金 ，在如此大的體量之下，依然保持每年7%-8%的增長，實驗室數(shù)字化起到了很大的作用。此外，其他生命科學(xué)、材料、食品安全等領(lǐng)域，都需要實驗室數(shù)字化去做服務(wù)，所以它在國內(nèi)的市場規(guī)模是非常可觀的。
但是，這一大市場長期被國外巨頭占據(jù)。雅培、西門子、羅氏、貝克曼等大企業(yè)以自身數(shù)十年甚至上百年的經(jīng)驗積淀，在國內(nèi)外形成了良好的品質(zhì)保證，獲得了客戶的青睞。
2022年1月1日，新修訂通過的《科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》正式實施。其中，國家實驗室首次作為國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分被提到，且居于第一位。一條全新的賽道，正在悄然開啟。據(jù)統(tǒng)計，截至2022年4月，全國各地已有近百家“省實驗室”正式揭牌或啟動籌建，雨后春筍般露出的實驗室，無疑是實驗室支持工具產(chǎn)業(yè)的又一利好。
隨著國內(nèi)生命科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新熱潮的來臨，以及新冠疫情帶來的海外供應(yīng)鏈周期和產(chǎn)品安全性等挑戰(zhàn)，生物科學(xué)支持產(chǎn)業(yè)工具國產(chǎn)化勢在必行。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前在實驗室自動化、實驗室數(shù)字化領(lǐng)域布局的國內(nèi)企業(yè)如下：
2020年后是智慧實驗室的活躍期，多家企業(yè)完成了新一輪融資。
成立于2020年的玄刃科技現(xiàn)已完成了兩輪累計近億元融資。玄刃科技專注于實驗室自動化，憑借其核心團(tuán)隊多年的機器人行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和團(tuán)隊管理經(jīng)驗，旨在適用于生命科學(xué)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品和解決方案，旗下產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、藥物研發(fā)、體外診斷、生物樣本庫和基因工程等，極大提高了實驗效率和質(zhì)量。
專注實驗室數(shù)字化的釋普科技分別在2021年3月、7月完成了兩輪融資。釋普科技曾入選全球頂級加速器Y Combinator及微軟加速器，利用AIoT、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)智平臺以及人工智能基數(shù)，保證各行各業(yè)實驗室的安全合規(guī)、提效降本，賦能數(shù)字化決策?？蛻魪V泛分布于生物醫(yī)藥、檢驗監(jiān)測、科研院所、智慧監(jiān)管等行業(yè)，幫助客戶在人、機、料、法和環(huán)五大環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化和智能化管理，全面提升運營效率。
不久前的3月，對標(biāo)benchling的斑馬魚完成由嘉程資本獨家投資的天使輪融資。斑馬魚聚焦打造生命科學(xué)研發(fā)數(shù)據(jù)平臺，希望通過加強對數(shù)據(jù)價值的挖掘來助推生命科學(xué)的研發(fā)效率。經(jīng)過一年多的研發(fā)，斑馬魚初步完成了易覽筆記的搭建，現(xiàn)已具備項目管理、實驗記錄、注冊中心及庫存等主體模塊，可以覆蓋生物實驗室絕大多數(shù)使用場景。2022年，斑馬魚將上線易覽筆記的云端版本，并逐步增加生物在線工具、數(shù)據(jù)處理和報告生成的功能。
除了獲得資本市場的認(rèn)可，一些企業(yè)在產(chǎn)品上也實現(xiàn)了新突破。比如自2016年開始實驗室自動化技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)的華大智造，在2021年的國際基因組學(xué)大會（ICG）推出新一代自動化樣本制備系統(tǒng)MGISP-Smart 8，在靈活性與智能化方面實現(xiàn)了重大突破，進(jìn)一步完善了華大智造實驗室自動化設(shè)備產(chǎn)品線，開拓了自動化產(chǎn)線的運用場景。
2021年，鎂伽自主研發(fā)的國內(nèi)首家通用型智能自動化生物實驗室——鯤鵬實驗室一期在北京昌平區(qū)生命科學(xué)園正式落成。同時，鎂伽也在上海、蘇州開始布局滿足不同功能的自動化生物實驗室，預(yù)計于2022年正式投入使用。
國內(nèi)智慧實驗室道阻且長
一個領(lǐng)域想要從零開始做大做強，必然會在成長的道路出現(xiàn)各種問題，智慧實驗室也不例外。那么，這些創(chuàng)新企業(yè)面對著哪些關(guān)鍵性挑戰(zhàn)呢？
客戶的多樣性需求，需要企業(yè)提供更加扎實的底層技術(shù)。玄刃科技創(chuàng)始人何雪縈表示，不同的生命科學(xué)實驗室場景會有不同的使用需求，最難的一點是如何去計劃和設(shè)計模塊化的設(shè)備，去滿足客戶的非標(biāo)需求。玄刃科技的做法是逐步實現(xiàn)并且會持續(xù)推進(jìn)，通過標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組合去適配和滿足多樣性場景需求。
昊辰資本高級投資經(jīng)理汪嘉盈曾在一場活動上分享了兩個自動化難點：一是技術(shù)層面的難點，機器人很難完全復(fù)刻人的動作，不僅需要研發(fā)很多精密的結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要用到AI、算法等技術(shù)，讓機器人有眼有腦，有自我調(diào)整的能力。二是行業(yè)和工藝KNOWHOW的積累。比如，機器人需要處理的樣品種類千變?nèi)f化，理化性質(zhì)各不相同（不同的密度、細(xì)度、粘稠度、腐蝕性等），需要積累一套工藝數(shù)據(jù)庫才能確保機器人的穩(wěn)定可靠，讓交付更加柔性。所有這個場景有大量“軟”的積累，不是隨便一家機器人公司進(jìn)來就可以做的。
“整體的實驗室研究方法、數(shù)據(jù)管理手段還很傳統(tǒng)。”斑馬魚創(chuàng)始人賈樹新直言，這種傳統(tǒng)方法造成的現(xiàn)象就是，實驗過程不清晰、不可控，實驗結(jié)果不標(biāo)準(zhǔn)、可信度有待提高。這也是傳統(tǒng)的藥物研發(fā)周期、成本很高的原因之一。此外，通過改善數(shù)據(jù)管理的工具和方式 ，也可以成為有效提高實驗室間合作效率的方法之一。
交叉人才稀缺，流動性大。隨著全球市場對于藥械產(chǎn)品研發(fā)與供應(yīng)鏈的敏捷性要求提高，原本成本高昂的研發(fā)領(lǐng)域面臨新的挑戰(zhàn)，并促使生物技術(shù)與醫(yī)藥行業(yè)變成資本密集型產(chǎn)業(yè)。企業(yè)對于人才技能的需求也將不僅限于生命科學(xué)、生物技術(shù)、醫(yī)藥學(xué)等行業(yè)專業(yè)技能，也需要掌握數(shù)據(jù)科學(xué)、AI、軟硬件工程等技能的人才來加快醫(yī)藥研發(fā)?！半S著高通量自動化，大量數(shù)據(jù)需要信息化系統(tǒng)來承載，數(shù)據(jù)分析、計算和可視化的協(xié)同發(fā)展非常必要。而做好這些，需要生物和信息化的交叉學(xué)科人才?！奔纬藤Y本投資經(jīng)理趙婧雅說。
以美國為主的海外智慧實驗室市場在數(shù)字化、自動化實驗室的布局都較快，正處于上升期。如美國知名實驗室數(shù)字化廠商Benchling在2021年相繼完成了E、F輪融資，正在向紐交所沖刺。得益于充足的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，美國擁有足夠的資源、條件去探索“隱秘的角落”，雖然也會有失敗，但卻多了一些從頭再來的資本。對此，國內(nèi)創(chuàng)新者可以追隨探索，借鑒國外產(chǎn)品的技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計，結(jié)合本土化需求做相應(yīng)的優(yōu)化升級，避免重復(fù)“踩坑”。
時代越走越快，風(fēng)越刮越快，可是風(fēng)刮得越大，人就應(yīng)該站得越穩(wěn)，唯有一以貫之，才能行而致遠(yuǎn)。在客戶的需求挖掘上，國內(nèi)還處于起步階段，尚需要花費更多的精力去打磨底層技術(shù)。也只有把技術(shù)做得扎實，才談得上國產(chǎn)替代、優(yōu)化創(chuàng)新。