生物医学材料行业的投资机会

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生物医学材料应用领域广泛，本篇报告专门研究生物医学材料在植入性医疗器械领域的应用情况，其他领域(比如缓控释制剂)的应用不做讨论。
继续看好国内医疗器械行业投资价值。我们预计2015年国内医疗器械市场规模将超过3400亿元，年均复合增速接近22%。植入医疗器械是医疗器械行业的重要组成部分，占比大约13%左右，未来增速基本和医疗器械行业一致。和我们看好国内体外诊断行业的逻辑相似，植入医疗器械总体上符合未来诊断和治疗费用占比提升的政策导向，尤其是治疗费用或者手术费用的占比提升将带动行业的增长。
生物医学材料的发展将推动植入医疗器械的进步。生物医学材料作为植入医疗器械的上游环节，对植入器械的发展起到重要作用，比如医用金属材料的发展，各种合金的发明，为新型人工关节的开发提供了支撑。陶瓷材料的进步，推动了复合材料在人工关节领域的应用。所以我们认为生物医学材料的发展是未来植入医疗器械进步的重要推动因素。
生物衍生材料和组织工程技术是未来生物医学材料行业的方向。生物医学材料可以分为医用金属材料、陶瓷材料、高分子材料、生物衍生材料和组织工程产品等种类，其中我们最看好生物衍生材料和组织工程产品。他们的共同特点都是取自动物源性材料，所以具有最好的生物相容性，并能够刺激原有组织再生，组织工程产品直接自身取材，避免了植入器械的使用，是一种细胞治疗技术。我们认为这两个是未来最具前景的领域。
1. 引言
生物医学材料的应用广泛，在医药行业中，生物医学材料可以用于植入医疗器械和缓控释制剂等领域，本报告主要讨论生物医学材料在植入医疗器械行业的发展和应用情况，以及生物医学材料的发展对于植入医疗器械行业的促进作用。 本报告内容包括生物医学材料的分类、行业容量、增速和我们认为未来具有较大投资机会的细分领域等内容。目前A股上市公司中相关标的不多，主要包括冠昊生物、凯利泰和乐普医疗，A股以外上市公司包括威高股份、创生控股、华熙生物、康辉医疗、中国生物医学和先健科技等等（其中创生控股已被Stryker收购，美敦力收购了康辉医疗，并且入股先健科技）。非上市公司包括北京天新福（生物膜等植入器械），广州中大医疗器械有限公司（去细胞同种异体神经修复材料，商品名神桥）等等。 2011年国内医疗器械行业的整体市场规模估计在1500亿元左右，我们推测这一数字在2012和2013年分别为1800亿元和2200亿元左右，增速在22%左右。照此速度，2015年我国医疗器械市场规模将达到3500亿元左右，约合超过580亿美元。 我们看好未来医疗器械行业的投资前景，在医疗器械行业，我们重点看好体外诊断行业和植入医疗器械两个领域。这两个行业有一定的共同之处，比如目前行业规模都相对较小，行业整体比较分散，一些能够代表未来医学发展方向的技术和产品正处于发展的初级阶段等等。
我们认为植入医疗器械的发展主要依赖于生物医学材料的发展，从无机材料到有机高分子材料，从无活性生物材料到生物活性材料，新型材料的开发对于植入医疗器械行业的发展起到至关重要的作用，或者说新材料和新技术的开发和应用，是未来植入医疗器械行业发展的重要驱动因素之一。
2. 生物医学材料概貌
2.1 什么是生物医学材料
首先明确什么是植入医疗器械。根据CFDA的医疗器械分类规则，植入器械是“任何借助外科手术，器械全部或者部分进入人体或自然腔道中；在手术过程结束后长期留在体内，或者这些器械部分留在体内至少30天以上，这些器械被认为是植入器械”，全部属于第三类医疗器械。

然后来看什么是生物医学材料。通常生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。生物医学材料是植入医疗器械的基础，材料决定了器械的性能和应用。
2.2 生物医学材料的分类
生物医学材料的分类方法比较多，比较有代表性的可以按照材料性质分类、按照材料来源分类和按照材料在人体中的部位分类等。 按照材料的性质分类是比较主流的分类方法，可以将生物医学材料分为金属材料、高分子材料、医用陶瓷、复合材料、生物衍生材料、可降解材料以及组织工程和支架材料等。 其中金属材料主要用于人工骨骼和关节的替代，是应用最为广泛的一类生物医用材料，也是目前生物医用材料中市场份额最大的一类。 其次是医用陶瓷类和高分子材料，医用陶瓷类材料和金属材料的用途相似，主要应用于硬组织的修复和替代。医用高分子材料主要是有机聚合物，它们在人体各种组织器官的修复和替代领域发挥重要作用。 复合材料指由2种或者2种以上材料复合而成的生物材料，由于结合了多种材料的优势，复合材料可以广泛应用于器官损伤修补，软、硬组织修复，以及人工器官等领域。
生物衍生材料和组织工程与支架材料是目前规模较小，但是代表了未来行业发展方向的两个领域。生物衍生材料也可以成为生物再生材料，是由天然生物组织经过处理而形成的，比如牛心包膜制作的人工心脏瓣膜和脑膜等。生物衍生材料的原料直接取自于动物，所以具有良好的生物兼容性，是未来生物医学材料发展的方向之一。组织工程和支架材料是生物医学材料行业技术发展的前沿，在产品上和传统材料有一定的重合，又不同于单纯的医疗器械产品，可能在某种意义上更倾向于治疗手段。我们将在下文做专门的讨论。

按照材料来源的分类，可以将生物医学材料分为人体自身组织、同种器官和组织、异种同类器官与组织、天然生物材料、合成材料等等，这样的分类方法将生物医学材料的概念涵盖了器官移植领域。

按照生物医学材料在人体中应用部位的分类，可以分为硬组织材料、软组织材料、心血管材料、血液代用材料以及分离过滤盒透析膜材料。

我们的报告主要讨论生物医学材料在植入性医疗器械领域的应用，所以我们以按照生物医学材料的性质分类为主线进行讨论。
2.3 不同生物医学材料的特性和应用领域
用于植入医疗器械的生物医学材料要在生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等四方面满足要求。

不同材质的生物医学材料具有不同的性质，这些性质决定了材料用于哪方面植入医疗器械的制造。
我们将金属、医用陶瓷和高分子材料——三种应用最为广泛的生物医学材料，根据上述四种评价体系进行对比。这三种主要的生物医学材料各有优劣势，金属和陶瓷具有很高的强度，陶瓷表现除了更好的化学稳定性，但是在可塑性和延展性等方面略差于金属材料。高分子材料具有较好的生物相容性和耐腐蚀性，但强度较差，不耐磨。

它们在材料特性上的差异决定了其各自的应用领域，金属和医用陶瓷具有很好的强度和化学稳定性，所以更多地应用在人造骨骼和关节中，医用陶瓷还用于人工心脏瓣膜的制造。 医用高分子材料目前被更多地应用于人体内脏的修复，以及体外器官和装置。使用的高分子材料主要包括聚氯乙烯、天然橡胶、聚乙烯、聚酰胺、聚丙烯、聚苯乙烯、硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚氨酯等。

我们认为生物衍生材料和组织工程与支架材料将是未来这个行业最为活跃的两个领域。生物衍生材料取自于生物体内，经过加工后用于人体组织和器官的修复，这种生物源性的材料最大的优势在于经过适当的处理，其具有很好的生物相容性，这种材料在实际应用中，在某些领域已经出现了取代传统生物医学材料的趋势。比如冠昊生物和北京天新福的衍生材料生物膜在市场份额上明显抢占了以强生和贝朗为代表的高分子材料膜。

2.4 生物医学材料的上、下游产业链
生物医学材料本身是一个交叉学科，涵盖了化学、物理、金属材料学、生物化学、生理学和解剖学等十余个学科。生物医学材料的上游领域包括金属、陶瓷、高分子聚合物、动物内脏包膜等，下游植入性医疗器械的应用领域主要在临床和美容院。 从医院的角度来看，植入医疗器械的下游应用领域比较分散，许多科室都会用到植入医疗器械，几个主要的科室是骨科、心外科、神经外科和整形外科。

3. 生物医学材料市场现状
国内医疗器械市场处于高速发展阶段，2001年国内医疗器械市场规模大概为218亿元，2011年这一数字上升到大约1500亿元左右，年均复合增速接近22%，我们预计未来10年行业还将继续保持这一平均增长速度。所以2015年预计国内医疗器械市场规模将超过3400亿元。

但是即便在这样的增长水平下，中国医疗器械市场在全球市场的占比依然较小，全球医疗器械市场2009年规模超过了3500亿美元，预计年均增速在8-9%之间，我们估计2015年全球的医疗器械市场规模大约为5800亿美元，那时中国在全球的市场份额大约为10%左右。我们估计目前的市场份额大约为5-6%之间。

3.1 国内外植入医疗器械和生物医用材料市场情况
我们估计目前全球植入医疗器械行业的整体市场规模大约为500亿美元左右，植入医疗器械在整个医疗器械行业中的占比大约为12%。 国内植入医疗器械市场规模大约为33亿美元，占国内医疗器械行业整体规模的比例约为13%。从这一点上来看，国内市场的相对规模基本和全球市场匹配。 从趋势上来看，国内植入医疗器械在行业整体高景气度的背景下保持超过20%的复合增速，在国内整体医疗器械行业的比重将逐渐提升，同时由于国内行业增速快于全球平均水平，所以中国在全球的市场份额也将有明显的提升。

生物医学材料作为植入医疗器械的上游，也是植入医疗器械的主要构成部分，其市场规模大约是植入医疗器械的2/3左右，增速基本保持一致。
3.2 细分领域的集中度高，骨科和金属材料是最大的细分市场
我们通过双层饼图展现全球植入医疗器械市场的构成。内层饼图为一级分类，外层饼图为二级细分市场。 一级分类中，骨科是植入性医疗器械最大的市场，全球植入医疗器械市场中，针对骨科的植入医疗器械市场份额大约占38%；其次是心血管领域，占比36%；伤口护理和整形外科分别为8%左右。 二级分类中，骨科中超过31%的市场是人工重建骨骼，主要指人工膝盖，人工髋关节，以及骨骼生物活性材料。
心血管领域的应用中分类较为详细，其中心血管领域一半的植入医疗器械市场份额是支架，其次分别是周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器。
伤口护理在植入医疗器械领域中占比10%，其中超过一半是外科止血剂，22%的人工皮肤，以及14%的组织内密合材料。 整形外科领域植入医疗器械占整体市场份额的8%。

3.3 国外寡头占据市场优势
跨国公司在资本、技术和市场方面占据优势，在生物医学材料和植入医疗器械领域占据优势，尤其是在细分领域最大的骨科市场，以及相应的金属材料、陶瓷材料和高分子材料方面，占据比较明显的优势地位。
3.3.1 从骨科市场角度窥视传统生物医学材料
我们以骨科市场为例，植入医疗器械行业最大的一个细分领域。2009年国内骨科植入医疗器械市场规模大约为58亿元人民币，其中进口品牌的市场份额大约为56%，国内品牌的份额大约为44%。 骨科植入医疗器械市场可以细分为创伤类、脊柱类、关节类和其他。 创伤类产品，比如骨折治疗中用到的螺钉、接骨板和内外固定架等产品。 脊柱类产品，比如凯利泰（300326.SZ）的椎体成形球囊手术系统（PKP，PVP）。 关节类产品，指各种人工关节。

创伤类器械是目前骨科植入器械中最大的一类，2009年国内这一市场规模的体量大约为22亿元，占国内骨科植入器械市场份额的38%。 在这一领域，全球领先的企业是Synthes（辛迪斯），2010年，Synthes公司全球的创伤类医疗器械市场份额将近50%。Stryker（史塞克）紧随其后，市场份额大约15%左右。DePuy（德普依）在该领域的市场份额大约5%左右。 脊柱类器械是骨科植入器械中仅次于创伤类产品的第二大种类，国内的市场规模大约为15亿元，占骨科植入器械市场份额的25%左右。 目前全球脊柱类市场大约38%的市场份额在美敦力（旗下科丰公司）手中，Stryker紧随其后，市场份额大约15%左右，强生DePuy Synthes集团合计占有大约22%的市场份额。 我国人工关节在植入医疗器械市场的份额大约为21%左右，市场规模大约12亿元。在这一领域，Zimmer（捷迈）大约占27%的市场份额，强生旗下的DePuy和Stryker紧随其后，三者的全球市场份额接近70%。

3.3.2 跨国公司通过并购大肆整合全球市场
全球的生物医学材料和植入医疗器械市场集中度较高，强生、美敦力、Zimmer、Stryker、贝朗和Cook等跨国公司控制了主要市场。 凭借资本优势，他们将全球主要植入医疗器械企业收入囊中。比如，我们前文提到的DePuy和Synthes，这两家公司先后都被强生收购，确立了强生公司在业内的龙头地位。Zimmer收购了欧洲骨科巨头瑞士的Centerpulse公司。

跨国公司在最近几年通过并购强化了在国内的市场地位。国内从事生物医学材料和植入医疗器械行业的上市公司包括乐普医疗、凯利泰、冠昊生物、海南海药（人工耳蜗）、威高股份和微创等公司。部分港股和海外上市的优秀公司，以及未上市公司，已经被外企收购。
江苏创生控股原本为香港上市公司，主要产品是骨科的创伤类器械，被Stryker收购后退市。 康辉医疗是国内主要骨科植入医疗器械公司之一，美国上市，产品涵盖创伤、脊椎和人工关节等各领域，被美敦力收购。创生控股和康辉医疗为国内主要的骨科植入医疗器械产品供应商，两家公司均已被外资收购。此外，美敦力还参股了心脏封堵器公司先健科技（1302.HK）。 北京蒙太因原为国内最大的人工关节供应商，被全球人工关节领域的龙头Zimmer公司收购。估计北京蒙太因的收入规模大约在3.5-4.0亿元左右。 这些并购行为均发生在2009-2012年之间，跨国公司对国内主要行业参与者的并购从一个侧面反映了全球市场对于中国植入医疗器械领域的看好于重视。

4. 国内未来生物医学材料的投资逻辑和机会
我们看好未来国内生物医学材料行业的发展前景，可以从两个层面讨论，一个是系统性机会，一个是结构性机会。所谓系统性机会是指未来国内的生物医学材料和植入医疗器械行业在人口老龄化程度加深、支付能力提升等大背景下将保持较高的整体市场增速，其实这一点在我们前文中提到的近几年跨国公司对国内相关行业公司进行的积极并购中已经能够看出来。所谓结构性机会是指，在生物医学材料领域中我们最为看好生物衍生材料和组织工程产品未来的前景，这两个领域技术的发展，在纵向上将开辟新的市场应用空间，横向上将在某些领域取代传统生物医学材料。国内企业同质化产品的进口替代过程将比较艰难和漫长，但是通过技术平台升级，新材料新技术的开发和应用来取代进口产品，同时占领技术和行业发展的制高点，这条路是走得通的，也是长远之计。
4.1 生物医学材料行业的系统性机会
从上文中我们可以看到，骨科和心外科是植入医疗器械行业两个最大的细分市场。我国的人口老龄化程度不断加深，老龄化人口的绝对数量和相对占比的提升为骨科和心外科植入医疗器械市场提供了丰厚的成长土壤。 从疾病谱来看，循环系统疾病和肌肉、骨骼方面的疾病是我国主要的慢性疾病。同时中国城镇和农村的人均可支配收入明显上升，为骨科植入器械和心外科植入器械提供了广阔的市场空间。


4.2 生物医学材料的结构性机会
所谓的结构性机会，是指新材料和新技术的开发和应用，纵向上拓展新的应用领域，横向上对传统材料进行替代。
可以分两方面来讨论。一种结构性的机会是在同种材料领域进行纵向的技术提升，比如在金属材料领域，新型金属材料的开发和应用，取代原有的材料。 另一种结构性机会是指，通过新兴技术平台的开发和应用，在横向上取代原有材料的使用。比如目前冠昊生物引进的ACI技术，可以取代一部分人工关节的应用。
4.2.1 同一技术平台的纵向升级
我们以医用金属材料为例。金属材料包括不锈钢、钴基合金、钛基合金和记忆材料。不锈钢材料是最早得到应用的体内植入金属材料，随后钴基合金、钛基合金、加入了陶瓷和高分子聚合物的复合材料更多地被应用到了人工关节领域。 早在1930年代，不锈钢材料应用于髋关节置换。 1950-70年代，钴基合金和钛基合金开始大范围应用，并成为目前骨关节置换中主要的一类金属材料。高分子聚合物材料也开始应用于人工关节的置换手术。 1970年代至今，记忆金属和陶瓷等材料开始应用于骨科相关的植入器械领域。

目前国内使用的主流人工关节是钴基合金，在钴基合金的发展过程中，不断添加新的金属元素从而获得具有更好生物学特性的金属材料。

我们认为从行业纵向发展的角度来看，医用金属材料市场的发展依赖于新型金属材料的开发，正如之前的发展轨迹，新材料在性能上的提升，将带动行业的发展，拓展下游的应用领域。或许未来随着医用金属材料的进步，金刚狼躯体中的曼德拉金属会成为临床应用的现实。

4.2.2 新型技术平台的应用和横向替代
从目前市场比较成熟的两个应用领域——骨科和心外科来看，主要使用的是金属材料、陶瓷材料和高分子聚合物材料。在这些领域，外资品牌占据比较明显的优势。比如骨科植入器械领域，以强生、Zimmer和Stryker为代表的跨国公司垄断了全球大部分的市场份额，国内的市场参与者，大多数要么被并购，要么难以做大。威高股份是国内植入器械领域的龙头。脊柱类产品公司凯利泰登陆A股市场，借助上市平台，将通过定增收购艾迪尔公司。
我们认为，国内公司如果想凭借同一技术平台的同质化产品和国外企业竞争，走进口替代的道路，这一过程可能会比较艰难和漫长，因为强生、Zimmer和Stryker在这些领域已经确立了绝对的优势地位，国内企业无论是资金实力还是品牌上都在劣势。 所以未来国内生物医学材料公司的机会在于技术平台的升级，通过新材料和新技术的开发和应用，来取代原有国外的产品和技术，这也就是我们所说的行业的结构性机会。冠昊生物在脑膜领域的成功因素有两点，第一，国外企业已经将脑膜市场培育成熟了；第二，公司通过新产品的研发，研制出了性能更为优异的生物衍生材料，实现了技术平台的升级。所以公司成功的进行了进口替代。 此外，金属材料和陶瓷材料属于生物惰性材料，植入后将永久留在体内，为以后产生副反应埋下隐患。而以冠昊生物的生物衍生材料为代表的新技术改变了传统植入器械介入治疗的概念，生物衍生材料不但能够在体内降解代谢掉，而且能够刺激、诱导受损组织的再生，从根本上规避了植入器械导致的异物刺激的风险。所以公司所从事的领域是具有革命性意义的。

再比如，冠昊生物引进的澳洲ACI技术，这是一种组织工程类产品（或者技术），我们认为该项技术在国内具有广阔的市场空间，和脑膜的逻辑类似：第一，ACI针对的是骨科治疗领域，这是植入医疗器械目前最为成熟的一个应用领域，市场是现成的。第二，公司做的不是简单的同类品种的进口替代，而是技术平台提升带来的治疗手段的更新，通过这种治疗手段，可以使大约20-30%原本需要更换人工膝关节的患者免于更换人工关节。这其实就跟公司之前通过生物衍生材料取代国外进口的高分子材料的路线是一样的。
此外，我们认为中山大学下属中大医疗器械公司的神经修复产品也是一个技术平台创新的典范。其产品商品名神桥，学名“去细胞同种异体神经修复材料”，是全球继美国在2008年获准临床使用与上市的同类同质材料后，国内具有自主知识产权的唯一获正式批准的缺损神经修复材料。该产品作用类似于冠昊生物的脑膜，具有良好的生物相容性，在损伤部位起到“搭桥”作用，使原有组织沿着植入材料快速再生，从而完成修复。我们认为这也是生物衍生材料在技术平台和应用领域的一个重要创新。