生物制藥業的發展可以說與生物技術的科技革新息息相關。從1973年發明基因工程技術到1990年啟動人類基因組計劃，再到2001年後人類基因組測序完成之後的後基因組計劃發展，經歷了三次主要的生物技術革新。伴隨著相關技術應用，產生了不同類型的生物制藥產品，造就了三類不同的生物制藥公司。
壹、基因重組技術——產業化的開端
最早的壹批生物制藥公司主要利用基因工程的技術來獲得蛋白質。由於科學家對部分蛋白如胰島素、人體生長激素、EPO、tPA、第VIII因子等的加工過程以及可能存在的療效了解較多，這類蛋白也就成了第壹批生物技術公司開發的重點。我們稱為“采用基因工程的加工技術來生產蛋白質”。
絕大部分重組蛋白藥物是人體蛋白或其突變體，主要作用機理為彌補某些體內功能蛋白的缺陷或增加人體內蛋白功能，安全性顯著高於小分子藥物。雖然生產條件苛刻，服用程序復雜且價格昂貴，但對某些疾病具有不可替代的治療作用，因而具有較高的批準率。同時，重組蛋白藥物的臨床試驗期要短於小分子藥物，專利保護相對延長，給了制藥公司更長的獨家盈利時間。這些特點成為重組蛋白藥物研發的重要動力。
當今全球第壹和第二的生物制藥公司——安進(Amgen)和基因泰克(Genentech)
是這類生物技術公司的代表。安進由壹群科學家和風險投資商於1980年創建，並於1983年在Nasdaq上市。但直到1989年6月，安進的第壹個產品重組人紅細胞生成素(EPO，商品名EPOGEN)才獲得美國FDA批準。1991年2月，公司第二個產品重組粒細胞集落刺激因子(G-CSF，商品名NEUPOGEN)獲得批準。EPO和G-CSF都是正常人體產生的蛋白質。在基因重組技術誕生前，EPO主要從貧血患者的尿和綿羊血中提取，提取率非常低，且極不穩定。1983年，人EPO基因克隆和表達的成功，使rh-EPO(recombinant human EPO)的制備成為現實。
經過二十多年的發展，EPO和G-CSF成為了全球商業化最為成功的生物技術藥物之壹，為安進帶來了巨額的利潤，公司也因此迅速壯大，成為世界上最大的生物制藥企業。
全球第二大生物制藥公司基因泰克(Genentech)最初也是進行生物技術“加工”。
1976年4月，壹家風險投資公司合夥人與DNA重組領域奠基人、諾貝爾獎金獲得者Boyer教授創建了基因泰克。公司開發出重組人胰島素、重組人生長因子、生長激素抑制素、tPA、第VIII因子等蛋白產品，完成了最初的積累。
基因工程生產蛋白質藥物是生物技術產業中最成功的領域之壹，也是新藥開發的重要發展方向之壹。如今，重組蛋白藥物雖然僅占全球處方藥市場的7-8%，但發展非常迅速，1989年重組蛋白藥物的銷售額為47億美元，到2005年達到410億美元，幾乎是1989年的9倍。
二、人類基因組計劃——“生命密碼”的破譯
第二次技術革命發生在壹個特殊的時刻，2001年。這是新千年的紀元，也是人類生物技術發展史上可謂空前絕後的壹個裏程碑。在這壹年，以美國為發起者，在全球範圍內以基因測序、基因組織結構分析為核心技術內容的人類基因組計劃(HGP)基本完成。HGP於1990年正式啟動，目標是對構成人類基因組的30億個堿基精確測序，從而最終弄清楚每種基因制造的蛋白質及其作用。
人體中有萬億個細胞，每壹秒都有數以百萬計的化合物被合成，數千個相關生物化學反應發生。所有這些都依賴於每個細胞中的DNA精確地指導合成人體必需的建築材料——蛋白質。在這些過程中，任何地方的壹個小失誤都會導致病態或者死亡。因此，引起疾病的基因可能是藥品開發潛在的靶目標。即使在估計的3萬-10萬的所有人類基因中，只有5%-10%能夠產生可行的藥品研發靶位點，它仍然為制藥業的藥品研制開辟壹個富饒的礦脈。畢竟，在過去的壹百年中，藥品研究的艱苦努力僅僅局限於500個左右靶目標的醫學開發。
生命密碼的破譯促使誕生了新壹類的生物技術公司，我們稱它們為“將基因和分子生物學領域先進技術作為研究工具”的公司。1993年，曾供職於禮來、基因泰克和壹家風投公司的Levin以850萬美元的風險投資基金創立了作為基因組計劃產業化的標誌性企業——千年制藥公司(Millennium Pharmaceuticals)。
千年制藥建立起了壹個技術平臺，研究發現基因在疾病中的重要角色，主要盈利來源是技術轉讓以及與大型傳統制藥企業的合作研發。1997年，千年收購了壹家生物技術公司ChemGenics，這提升了它尋找具有下遊開發潛力藥品靶位點的能力。
千年對上中下遊的掌控能力使之成功地吸引了大合作夥伴，建立了合作聯盟。例如1997年，拜爾和千年簽署了壹項協議，規定千年將負責為拜爾發現225種新的藥品靶位點，而過去的壹個世紀中，全球總***也只發現了500個藥品靶位點。與拜爾的交易成為制藥業和生物技術公司有史以來最大的聯盟之壹。
三、後基因組時代——從生命本質尋找藥物
隨著人類基因組計劃完成，生命科學研究進入了後基因組時代，主要研究對象是功能基因組學，包括結構基因組研究和蛋白質組研究等。蛋白質是生理功能的執行者，是生命現象的直接體現者，對蛋白質結構和功能的研究將直接闡明生命在生理或病理條件下的變化機制。在應用研究方面，蛋白質組學將成為尋找疾病分子標記和藥物靶標最有效的方法之壹。
目前的技術發展最具應用潛力的是蛋白質結構功能模擬技術。簡單的講，人們可以利用這壹技術設計完成所需要功能的蛋白質分子。但是因為現有模擬方法涉及的計算機算法較為繁瑣和初級，在大分子模擬的效率和準確性上都存在較大不足，導致應用面受到限制。但是小分子結構功能模擬在應用層面則初現端倪。比較有代表性的就是分子設計在治療型單抗和治療型疫苗藥物中的應用。
從原理上來說，治療型單抗更適合內源性疾病。內源性疾病指的是不由外源病原體引起的，因為機體基因的突變、異常表達或基因本身遺傳易感導致正常生理功能無法實現而產生的疾病。比如說類風濕關節炎就是壹種自身免疫性疾病。針對這樣的疾病，因為異常基因和機體正常基因相似性很高，理論上講只能使用具有高度專壹性的單克隆抗體分子才能將它們區分，並隨後引發不同的免疫反應將異常分子清除。
而治療型疫苗更加適合治療外源性的病原性疾病。致病因子壹般都是外源性的病原微生物。這些病原分子能夠通過壹定的機制逃避機體免疫系統的識別和清除，並對正常的機體分子產生影響，破壞機體正常的生理平衡。治療型疫苗的設計主要依靠模擬病原分子，並通過模擬計算病原分子與免疫系統受體分子的相互作用，對疫苗進行相關位點的改進，以打破病原分子逃避免疫系統的機制，產生強烈的免疫反應而清除病原。由於疫苗分子與病原分子在結構上有較高的相似性，因此疫苗分子對機體產生的毒性應該與病原分子相當，采用這種治療方案不會因為產生額外的毒性而受到限制使用。
1、治療型單克隆抗體
雜交瘤技術的突破使得科學家可以建立免疫細胞與永生化腫瘤細胞的雜交瘤細胞，制備特異的選擇性抗體分子，即單克隆抗體(MAb)。單克隆抗體藥物研究被視為後基因組時代基因蛋白功能研究與藥物發現的命脈，已成為國際生物技術領域開發熱點，是目前全球生物技術界最為註目的壹個領域。
由於具有高度特異性，單抗即可被當作壹種治療藥物，也可被用作傳遞藥物的載體。單抗的臨床轉化率和批準成功率較高，例如治療癌癥的單抗藥物批準成功率接近30%。因為生產條件的復雜性，單抗藥物即使在專利保護到期後也不易被仿制，不易受通用名藥品價格的威脅。更為重要的是，已上市的抗體藥物具有很高的市場回報率。隨著治療性單抗市場高速發展，歐美市場上市的20個單抗藥物中就有6個銷售額過10億美元的“重磅炸彈”藥物。
Genentech在這個領域獲得了極大的成功。1995年，Genentech收購了IDEC公司研制的名為Rituxan的新藥，這是第壹種成功瞄準癌細胞蛋白質的單克隆抗體藥物，用於早期淋巴瘤的治療，1997年獲得FDA的批準。現在Rituxan已成為美國最暢銷的藥品之壹。
隨後，Genentech又相繼開發了幾種治療性單抗並獲得FDA批準上市，這些產品上市以來銷售額快速增長，該公司也壹舉躍居世界第二大生物制藥企業。
目前上市的單抗藥物適應癥主要集中在腫瘤和免疫性疾病方面。腫瘤治療壹直是抗體藥物研發最活躍的領域，目前上市的抗體藥物中用於腫瘤治療的單抗占最大比例，進行臨床II期或III期試驗的候選抗體藥物中40%用於抗腫瘤治療。單抗對相應的抗原具有高度特異性，這是其靶向性抗腫瘤作用的分子基礎，因此，確定並利用與腫瘤細胞相關的分子靶點是研制單抗藥物的關鍵。
最早上市的單抗藥物為鼠源抗體。由於人體內產生人抗鼠抗體(HAMA)反應，臨床上面臨壹定的風險，因此人源化是單抗藥物的發展趨向。
2、治療型疫苗
治療型疫苗(Therapeutic Vaccine)是另壹類靶向治療藥物，是能夠打破患者體內免疫耐受，重建或增強免疫應答的新型疫苗。治療型疫苗能在已患病個體誘導特異性免疫應答，消除病原體或異常細胞，使疾病得以治療。主要應用於目前尚無有效治療藥物的疾病如腫瘤、自身免疫病、慢性感染、移植排斥、超敏反應等。
與治療型單抗相同的是，腫瘤治療也是國際上治療型疫苗的最主要應用領域，與單抗不同的是，治療型疫苗多運用於病原體引發的腫瘤治療。從產業化情況來看，治療型疫苗的研發及商業化進程步履蹣跚，迄今為止，治療型疫苗在開發過程中臨床研究或商業推廣失敗的例子不勝枚舉。盡管在壹些以特殊研究對象為基礎的小樣本臨床研究中，治療型疫苗表現出了較好的療效，但以美國這個全球最為重要的醫藥市場來說，至今只有兩例治療型疫苗獲得批準。究其原因，主要在於：
第壹，眾多實體腫瘤缺乏特異性抗原，盡管目前已在實體腫瘤中發現了500多種腫瘤抗原，但只有少數抗原較為特異，且這些抗原免疫原性較弱。即便在癌癥預防性疫苗研究領域，由美國Merck公司研制的專門針對宮頸癌和生殖器官癌前病變的癌癥疫苗才於2006年9月獲得FDA批準上市，其之所以取得較好的臨床效果，與宮頸癌病因明確是分不開的，而宮頸癌也只是人類歷史上少數幾個找到明確病因的腫瘤之壹。
第二，疫苗缺乏有效的抗原遞呈。現有的疫苗在此環節上存在兩個問題：壹是進入的大部分疫苗與APC不能充分接觸難以實現抗原遞呈；二是即使有少量疫苗被APC捕獲，也因抗原表達量甚微難以發揮有效的抗原遞呈。
第三，如何打破機體免疫耐受。盡管目前通過采用***刺激分子修飾的疫苗有可能打破機體對腫瘤的免疫耐受，但目前尚缺乏有效的實驗數據。
盡管如此，治療型疫苗具有的靶向性治療特點仍然吸引著許多公司躍躍欲試，目前全球有超過65家公司在研167個治療型疫苗產品，特別是在腫瘤治療領域，預防和治療型癌癥疫苗的出現被稱為本世紀制藥界最值得期望的突破之壹。有研究報告顯示，癌癥疫苗市場2007年將達4.81億美元，2012年將超過80億美元。