2019년부터 2021년까지 벤처 자본가들은 업계를 변화시킬 수 있는 첨단 플랫폼 기술을 갖춘 생명 공학 회사에 350억 달러를 투자했습니다.
지난 3년 동안 생명 공학 부문에서 벤처 캐피털(VC) 자금 조달이 붐을 일으켰습니다. 우리의 연구에 따르면 VC 회사는 2016년에 전 세계적으로 2,200개의 생명공학 스타트업에 투자했습니다. 2021년까지 그 숫자는 3,100개로 증가했습니다.1우리는 또한 생명공학 기업들이 2021년에 전 세계적으로 340억 달러 이상을 조달하여 2020년 총 160억 달러의 두 배 이상을 모금했음을 발견했습니다.
생명 공학 부문에서 VC 자금 조달은 2021년 1분기에 최고조에 달했으며 이후 약간 감소했습니다(표 1). 최근 새로 상장된 회사의 가치 하락과 지난 4분기 동안 VC 자금이 약간 감소했음에도 불구하고 VC 회사는 계속해서 생명공학에 자금을 투입하고 있습니다.2 이 노련한 초기 단계 투자자들의 활기는 그들이 약물을 발견하고, 표적으로 삼고, 전달하는 방법에서 상당한 돌파구의 가능성을 보고 있다는 신호입니다. 다른 치료법을 개발할 수 있는 기반 또는 인프라를 구성하는 최첨단 플랫폼 기술을 보유한 스타트업이 가장 많은 혜택을 받았습니다.
우리는 2019년부터 2021년까지 거래 규모가 1,000만 달러 이상인 비상장 생명공학 회사의 시드에서 시리즈 C까지의 VC 및 사모펀드를 분석했습니다. 역사적 맥락을 위해 2017년과 2018년의 시드 및 시리즈 A 거래도 분석했습니다. 차별화된 플랫폼 기술로; 다양한 플랫폼에서 여러 치료 영역에서 활동하는 생명 공학 회사의 경우 먼저 플랫폼별로 분류한 다음 치료법 유형별로 분류했습니다. 분석에서는 의료 제품, 연구 도구, 계약 연구 및 서비스 회사를 제외했습니다.
차세대 생명공학 플랫폼 투자
2019년부터 2021년까지 VC 회사는 전 세계적으로 치료 기반 생명 공학 회사에 520억 달러 이상을 투자했습니다. 그 중 3분의 2는 플랫폼 기술을 보유한 스타트업에게 돌아갔습니다(표 2).
2021년 현재 승인된 세포치료제삼20억 달러 이상의 매출을 올렸으며 2026년에는 시장이 200억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 2017년 최초의 키메라 항원 수용체(CAR) T 세포 요법이 승인된 이후,4그들은 혈액암 치료에 혁명을 일으켜 전례 없는 효능을 달성했습니다. 새로운 세포 치료 기술 및 기술은 성인 암의 90% 이상을 차지하는 고형 종양과 같이 충족되지 않은 상당한 요구가 있는 질병을 해결할 수 있는 잠재력을 제공합니다.5) 및 비종양학적 상태.
그러나 세포 치료제가 직면한 몇 가지 중요한 문제(안전성 포함)로 인해 광범위한 사용이 방해를 받았습니다. 예를 들어, 때때로 CAR T 세포와 관련된 염증성 사이토카인 방출 증후군은 독감 유사 증상에서 장기 부전 및 사망에 이르는 부작용을 일으킬 수 있습니다. 현재의 자가 세포 치료법(즉, 환자로부터 얻은 세포를 사용하는 치료법)은 질병이 진행될 수 있는 긴 치료 시간을 필요로 합니다. 과학자들은 환자의 세포를 활용하고 수정하는 새로운 방법을 연구하고 있으며 2019년부터 2021년까지 VC 회사는 이러한 2세대 노력에 대한 자금 지원을 강화했습니다.
세포 치료 플랫폼 중에서 세 가지 새로운 접근 방식이 두드러졌습니다.
선천 면역 세포. CAR T 세포 치료법이 초기 성공을 보였지만 일부 신생 기업은 고형 종양에 더 잘 침투할 수 있기 때문에 T 세포에서 선천적 면역 세포(예: 자연 살해 [NK] 세포 및 대식세포)로 초점을 옮기고 있습니다. 2017년부터 2018년까지 주로 NK 세포에 대한 선천성 면역에 대한 관심이 증가했으며, NK 세포가 임상적 성공을 거두면 다른 세포(예: 감마 델타 T 세포 및 대식세포)로 투자가 확대되었습니다.
세포 치료의 정밀 제어. VC 투자자들은 세포 치료제를 정확하게 제어하기 위해 합성 생물학과 복잡한 논리를 활용하는 기업들이 안전성 프로파일을 개선할 수 있다고 확신하고 있습니다. 예를 들어, CAR T 세포는 암이 아닌 세포를 포함하여 접촉하는 세포를 죽일 수 있습니다. "합성 유전자 회로"라고 하는 조작된 유전자 네트워크는 건강한 세포의 살해를 억제하여 더 나은 안전성 결과를 생성할 수 있습니다. 2017년부터 2018년까지 5개 기업의 시드 및 시리즈 A 펀딩을 보았고, 모두 2019년부터 2021년까지 시리즈 B 또는 C 라운드를 완료하는 데 성공했습니다.
생체 내 세포 치료. 생체 내 세포 치료 분야는 2017년과 2018년 사이에 거래 활동이 거의 없었습니다. 그러나 2021년까지 몇몇 생명공학 회사는 환자가 원격으로 추출된 세포의 생체 외 조작에 의존하지 않고 체내에서 CAR T 세포를 생산하는 방법을 연구하고 있었습니다. 제조 시설. 유전 물질과 지침을 환자의 T 세포에 직접 전달하면 CAR T 세포 치료의 활용을 제한하는 물류 및 제조 복잡성을 줄일 수 있습니다.
생명 공학 회사는 기존 유전자 치료법의 문제를 극복하기 위해 차세대 전략에 점점 더 집중하고 있습니다.
차세대 유전자 치료제
유전자 요법은 환자 치료를 변화시켰으며 경우에 따라 유전 질환에 대한 탁월한 결과를 제공했습니다. Evaluate의 제약 산업 데이터에 대한 McKinsey 분석에 따르면 현재 약 400개의 유전자 치료법이 개발 중입니다. 2025년까지 신제품 출시의 약 20%를 차지할 수 있습니다. 이 분야는 영구적이고 정확한 유전자 삭제 및 생체 외 수정을 가능하게 하는 유전자 편집으로 계속 발전하고 있습니다.
유전자 치료에 대한 장애물이 남아 있습니다. 예를 들어, CRISPR-Cas9 유전자 편집은 제한된 특이성, 활성 및 전달 가능성으로 인해 제한된 게놈 표적 집합에 대해 제한된 범위의 편집만 수행할 수 있습니다. 그리고 영구적인 DNA 손상, 돌연변이 유발 효과 또는 세포 사멸을 유발할 수 있는 가능성에 대한 안전성 문제가 지속됩니다.
Biotech companies have increasingly focused on next-generation strategies, including the following, to overcome the challenges of existing gene therapies:
RNA-based modalities and editing. Several start-ups are developing new RNA-editing tools (such as adenosine deaminase acting on RNA [ADAR] and CRISPR-Cas13) to make transient edits and avoid harmful double-stranded breaks. Another approach is to modulate protein expression with new classes of RNAs (such as transfer and small activating RNAs). Most investments in novel RNAs began in 2019, but the success of messenger-RNA-based COVID-19 vaccines has propelled the entire field.
새로운 뉴클레아제. AI와 효소 발견으로 가능해진 몇몇 생명공학 스타트업은 CRISPR 유전자 편집에서 향상된 효율성과 표적 특이성을 약속하는 새로운 Cas 뉴클레아제 또는 효소(예: Cas12 및 CasX)를 탐색하고 있습니다. 투자자들의 흥분은 기하급수적으로 증가했습니다. 뉴클레아제 플랫폼 회사에 대한 평균 VC 자금은 2017-18년 데이터 세트에서 2019-21년 데이터 세트로 평균 1,000만 달러에서 5,000만 달러로 5배 증가했습니다.
비뉴클레아제 편집 및 변조. 기존의 CRISPR-Cas9 유전자 편집으로 가능한 편집 범위는 제한적입니다. 그러나 새로운 편집 기술(예: 기본 및 프라임 편집기, 트랜스포사제 및 후성적 변조기)은 정확한 후성적 변조 또는 하나에서 천 개 이상의 염기쌍 시퀀스의 보다 효율적인 녹아웃 및 삽입으로 이러한 문제를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 2017년부터 2018년까지의 거래는 주로 염기 및 후생유전학 편집에 초점을 맞추었지만, 2019년부터 2021년까지 자금을 지원받은 스타트업의 물결은 효소를 사용하여 특정 유형의 유전자의 움직임을 촉매하는 검색 및 교체 프라임 편집 및 트랜스포사제에 집중했습니다. .
정밀의학
진단 및 분석을 사용하여 유전자, 환경 및 라이프스타일의 개별 가변성을 고려하는 치료 효과를 극대화하기 위한 접근 방식인 정밀 의학은 특정 유전자 돌연변이에 특정한 치료법을 포함하여 이미 획기적인 발전을 이루었습니다. AI와 결합된 엄청난 양의 데이터를 처리하는 능력의 발전으로 이 분야는 폭발적으로 성장했습니다.
그러나 환자를 진단하고 치료하기 위한 정밀의학의 폭넓은 활용에는 한계가 있다. 1세대 정밀 진단은 알려진 바이오마커와 돌연변이만 감지할 수 있습니다. 초기 정밀 의약품이 잘 검증된 질병 표적에 영향을 미쳤지만 치료에 반응하지 않는 환자 하위 그룹이 남아 있어 고유한 질병 하위 집단을 추가로 식별해야 합니다. 마지막으로, 복잡한 유전 데이터를 실행 가능한 임상 치료 결정으로 변환하는 것은 여전히 어려운 일입니다.
정밀 의학을 발전시키기 위해 수많은 신흥 생명 공학 회사가 다음과 같은 첨단 기술에 집중하고 있습니다.
조기 질병 발견. 기존의 진단이 몇 가지 알려진 돌연변이를 검색하는 반면, 고급 다중체 도구는 질병의 초기 징후를 감지하기 위해 수백만 개의 순환 바이오마커(대사산물 및 후생유전학적 마커 포함)를 스캔할 수 있습니다. 투자자들은 상당한 후속 자금 조달과 이 분야 기업에 대한 시리즈 A 투자를 통해 이러한 도구를 계속해서 두 배로 늘리고 있습니다.
바이오마커 발견. 대규모 통합 다중체 데이터 세트(유전체학, 단백질체학, 대사체학 등 포함)를 통해 분류할 수 있는 플랫폼 기술은 회사가 환자 하위 집단에 대한 새로운 바이오마커 및 유전적 표적을 식별하고 환자 반응을 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. 2017년부터 2018년까지 시리즈 A에서 자금을 조달한 대부분의 회사는 후속 시리즈 B 또는 C 투자를 받았으며 바이오마커 발견 플랫폼을 계속 개발하고 있습니다.
정확한 인구 건강. 여러 생명 공학 회사는 복잡한 게놈 데이터의 통찰력을 사용하여 질병 예방 및 치료 결정을 내리는 데 주력하고 있습니다. 이들 회사는 게놈 변이에 초점을 맞춘 시퀀싱 데이터를 단순화하고 신속하게 분석하여 전문화되지 않은 임상의에게 해석 서비스를 제공합니다. 다른 정밀 의학 하위 부문과 비교할 때 이 분야는 후기 단계 자금 조달의 비율이 가장 높으며 이러한 회사의 80%가 시리즈 C에 있습니다.
기계 학습 기반 약물 발견
ML의 발전은 분자 행동을 예측하는 컴퓨터 모델링 시뮬레이션을 통해 약물 발견 및 개발을 가속화할 것을 약속합니다. 이 분야의 급속한 발전으로 보다 효과적인 약물 설계 및 최적화가 가능해졌습니다. 예를 들어, 오픈 소스 AI 시스템인 AlphaFold의 단백질 구조 예측의 획기적인 발전은 정기적으로 실험과 경쟁할 수 있는 정확도를 달성합니다.6
그러나 ML 모델의 번역 가능성은 제한적입니다. 문제에는 고품질 데이터 세트의 수 부족, 일반화 가능성 부족, 해석할 수 없는 알고리즘이 포함됩니다. 이러한 상황은 약물 발견 프로세스의 효율성과 정확성을 높이기 위해 정교한 알고리즘과 통합 데이터 세트를 사용하는 새로운 ML 접근 방식에 대한 기회를 제공합니다.
혁신적인 신생 기업은 세 가지 영역에서 새로운 방법을 개발했습니다.
대상 식별. ML은 표현형 선별 및 질병 이해에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 고급 유전자 프로파일링 플랫폼은 새로운 유전 변이를 식별하거나 ML을 사용하여 전체 게놈에서 핫스팟과 잠재적 표적을 스캔할 수 있습니다. 회사는 단백질, RNA 스플라이싱 부위, 생체분자 응축물을 포함하여 확인된 질병 관련 표적의 레퍼토리를 계속 확장하고 있습니다. 이 공간은 시리즈 B 및 C 자금의 약 70%를 받아 상대적 성숙도와 경쟁력을 나타냅니다.
합리적인 약물 설계. 스타트업은 여러 유사한 대상에 하나의 예측 모델을 적용할 수 있도록 ML 모델을 보다 일반화하기 위해 노력하고 있습니다. 접근 방식에는 처음부터 맞춤형 분자를 설계할 수 있는 생성 알고리즘과 실험을 통해 학습하는 로봇 플랫폼이 포함됩니다. 이러한 기술을 발전시키는 생명공학 회사는 이제 막 형성되기 시작했으며 거의 절반이 시리즈 A 단계에 있습니다.
리드 검증 및 최적화. 알고리즘은 수많은 질병 표적에 걸쳐 수십억 개의 분자 라이브러리를 스캔하여 임상 개발에 가장 적합한 것을 선택할 수 있습니다. 고품질 교육 및 실험 데이터의 부족을 해결하기 위해 ML은 단백질과 단백질과 결합하는 분자 간의 상호 작용 목록을 생성하고 해당 목록을 상호 참조하여 주요 후보를 선택할 수 있습니다. 그러한 기술을 개발하는 생명 공학 회사는 상대적으로 작으며 중간 거래 규모는 모든 ML 생명 공학 회사의 절반보다 약간 큽니다(약 1,700만 달러 대 3,200만 달러).
검증되었지만 약할 수 없는 표적을 위한 전략
기존의 약물 양식(예: 소분자 및 단클론 항체)은 질병을 해결하기 위해 단백질을 표적으로 합니다. 그러나 연구에 따르면 인체에 있는 질병 관련 단백질의 최소 85%는 약물을 투여할 수 없습니다. 기존 방식으로는 결합 부위가 없기 때문에 치료 효과를 낼 수 없습니다. 최근 몇 년 동안 바이오제약 산업은 이 분야에서 진전을 이루었고 실험실에서의 성공은 표적 단백질과 치료가 어려운 질병에 약물을 전달하는 데 대한 투자자의 관심을 새롭게 했습니다.
그러나 질병 관련 단백질의 결합 주머니를 식별하는 것 외에는 문제가 남아 있습니다. 여기에는 알려진 결합 주머니가 있는 단백질의 저분자 약물에 대한 내성, 단백질 기능이 쉽게 변경되지 않는 표적의 제한된 질병 수정 효과, 검증된 표적의 부족, 질병 생물학에 대한 제한된 이해 등이 포함됩니다.
생명공학 스타트업은 약효가 없는 대상과 질병을 해결하기 위한 새로운 플랫폼을 개발하고 있습니다. 세 가지 유망한 접근 방식은 다음과 같습니다.
새로운 소분자 결합 부위. 많은 VC 자금 지원 회사는 단백질과 소분자 사이의 상호 작용에 대한 고급 기술과 소분자가 표적으로 삼을 수 있는 단백질에서 이전에 알려지지 않은 결합 부위를 식별하기 위한 전산 방법에 초점을 맞추고 있습니다. 지난 3년 동안 이 접근 방식에 대한 투자가 증가했으며, 이는 이 범주의 모든 자금 조달의 50% 이상을 구성합니다.
단백질 분해. 질병을 유발하는 단백질의 새로운 양상은 단백질 분해로, 파악하기 어려운 소분자 결합 부위를 식별할 필요가 없습니다. 주요 클래스는 선택적 단백질 분해를 촉진하는 PROTAC(proteolysis-targeting chimera)입니다.
새로운 질병 표적. 몇몇 생명공학 회사는 약물 투여가 어려운 질병의 새로운 표적을 식별하기 위한 혁신적인 플랫폼을 개발하여 질병 생물학 지식을 발전시키고 있습니다. 한 가지 접근 방식은 이러한 질병에 자연적으로 내성이 있는 모집단을 샘플링하고 고급 분석을 사용하여 보호 항체를 식별하고 이러한 항체를 치료제로 개발하는 것입니다.
새로운 배송 방법
더 많은 치료법이 질병 특이적 세포를 표적으로 하는 강력한 매개체에 의존함에 따라 약물 전달은 상당한 발전을 보였습니다. 메신저 RNA 기반 COVID-19 백신에 사용되는 지질 나노입자는 그러한 매개체 중 가장 유망한 것 중 하나입니다. 이 시장은 기하급수적으로 성장하고 있습니다. 개발 파이프라인에 있는 400개 이상의 RNA 기반 치료법에는 표적 전달 메커니즘이 필요할 것입니다.
전달은 새로운 약물 양식의 가장 큰 과제 중 하나이며, 잠재력을 최대한 실현하려면 상당한 과학적 및 기술적 진보가 필요할 것입니다. 예를 들어, 생체 내에서 큰 화물(예: CRISPR 뉴클레아제)을 전달하는 아데노 관련 바이러스의 능력은 제한적입니다. 또한 현재 검증된 차량은 제한된 조직 세트에만 접근할 수 있습니다. 예를 들어, 정맥 내 지질 나노입자는 주로 간을 표적으로 합니다. 일부 전달 방법은 또한 면역 체계를 촉발하여 부작용을 일으키고 치료의 효능을 차단할 수 있습니다.
대부분의 약물 전달 스타트업은 세 가지 주요 첨단 생명 공학 유형 중 하나를 사용하고 있습니다.
향상된 캡시드. 생명 공학 회사는 기존 아데노 관련 바이러스 벡터에 대한 지식을 개선하고 새로운 벡터 캡시드(또는 보호 단백질 껍질)를 발견하기 위해 ML로 구동되는 합리적 설계 및 유도 진화를 사용하고 있습니다. 새로운 벡터 회사가 2017년부터 2018년까지 약물 전달 자금의 대부분을 차지했지만 이 공간에서의 거래 점유율은 2019년 이후 감소했습니다.
생물학적 차량. 안전성을 향상시키기 위해 생명 공학 회사는 신체의 자연 신호 시스템(예: 거의 모든 조직에 도달할 가능성이 있는 엑소좀(액체 또는 이중 지질 층으로 둘러싸인 세포질의 세포외 기포) 사용)을 사용하여 전달 방법을 설계하고 있습니다. 이 기술은 2017년부터 2018년까지 제한된 수의 투자 거래에서 알 수 있듯이 아직 젊습니다. 2019년부터 2021년까지 대부분의 거래는 시드 및 시리즈 A 라운드였습니다.
향상된 나노 입자. 나노입자 강화(예: 지질 조성 최적화)는 약물이 도달할 수 있는 조직의 범위를 확장할 수 있습니다. 나노 입자 회사는 각각 약 2,500만 달러의 상대적으로 작은 자금 조달 라운드를 가졌는데, 이는 약물 전달 부문의 평균 거래 규모인 4,500만 달러의 절반 정도입니다.
생명 공학 플랫폼 기술의 장기적인 이점 달성
우리의 분석은 약물 개발에 상당한 장기적 영향을 미칠 수 있는 여러 플랫폼 기술에 대한 투자 증가를 강조합니다. 생물학에 대한 더 깊은 이해와 AI 및 ML 기술의 융합은 약물 발견을 더 빠르고 효율적으로 만들 수 있습니다. 그러나 VC 회사가 자금을 지원하는 혁신으로부터 이익을 얻으려면 생명공학 산업이 해결해야 할 몇 가지 실존적 위험이 있습니다.
점진적 혁신 차별화. 지속적인 혁신을 통해 많은 신생 기업이 경쟁사 기술을 점진적으로 개선하고 있습니다. 예를 들어 CasX는 전달이 쉽도록 Cas9보다 작으며 면역 반응을 유발할 가능성이 적은 것으로 여겨집니다. 성공적으로 경쟁하기 위해 선구자는 자신을 차별화하고 제품의 가치를 보여줄 증거를 생성해야 합니다. 그들은 또한 임상 시험에서 일대일 비교가 가능하지 않은 경우에도 신기술을 평가할 수 있는 규제 프레임워크를 옹호할 수 있습니다.
더 다루기 힘든 질병을 해결합니다. 혁신에 내재된 위험 때문에 많은 생명공학 회사는 잘 이해된 메커니즘(예: 낫적혈구병)이 있는 조건에서 기술을 검증합니다. 그러나 새로운 플랫폼 기술을 보유한 많은 회사가 이 전략을 추구한다면 환자 수가 제한된 질병에서 새로운 치료법이 필요를 능가할 수 있습니다. 예를 들어, 매년 Duchenne 근이영양증 진단을 받는 전 세계 약 20,000명의 어린이를 치료하기 위해 30개 이상의 제품을 개발하고 있으며,7회사는 시험을 위해 환자를 모집하기 위해 고군분투합니다. 기업은 질병 생물학에 대한 이해를 높이고 혁신을 통해 해결되지 않은 질병을 대상으로 할 수 있는 고유한 제품을 설계할 수 있습니다.
비용 제약이 있는 의료 시스템의 가치 입증. 제약 산업은 소수의 환자를 치료하기 위해 프리미엄 가격으로 혁신적인 의약품을 생산하는 모델로 전환했습니다. 예를 들어, 2010년 상위 10개 블록버스터 의약품이 4천만 명 이상의 환자를 치료한 반면 2020년 상위 10개 의약품은 1,200만 명을 치료했습니다. 2030년 상위 10개 약물이 더 적은 수의 환자를 치료한다면 우세한 모델은 더 이상 지속 가능하지 않을 것입니다. 기업은 더 많은 인구를 처리하기 위해 새로운 플랫폼의 경계를 확장하면서 다른 모델을 추구해야 할 수도 있습니다. 더 낮은 비용으로 더 많은 환자를 도울 수 있는 제품을 만들려면 제조 프로세스가 발전해야 하고 R&D가 더 효율적이어야 합니다.
충족되지 않은 요구를 해결하는 혁신적인 치료법에 연료를 공급하는 상당한 VC 투자로 생명 공학 산업은 직면한 문제를 극복할 수 있는 지속적인 변화를 만들 준비가 되어 있습니다. 미래에 바이오 제약은 치료할 수 있을 뿐만 아니라 보다 일반적인 질병을 치료하고 다른 질병을 예방하여 더 낮은 비용으로 훨씬 더 많은 환자 집단에 영향을 미칠 수 있습니다. 생태계 솔루션과 결합된 기술 혁신은 더 저렴하고 안전하며 더 효과적인 치료법을 가능하게 할 수 있습니다.