基于演化博弈视角的药企与学研机构创新药物合作研发研究

王 琳，黄 哲

（沈阳药科大学工商管理学院，辽宁沈阳 110016）

创新药物是指具有自主知识产权专利的药物。相对于仿制药，创新药物强调化学结构新颖或新的治疗用途，在先前的文献或专利中均未出现过。创新药物研发是一个高风险、高投入、周期长的过程，一般来说，一个创新药物的研发时间大约为15年左右，可能需要几亿甚至十几亿美元的研发资金，因此，我国医药企业研发创新药物的积极性普遍不高。此外，由于医药企业规模小且数量多、尚未形成技术创新体系、创新药物研发能力不足等多种原因，造成我国创新药物发展缓慢且数量极少的局面。2018年，我国国家药品监督管理局（NMPA）共批准了51个新药，其中包括42个进口药，仅有9个国产创新药物；而同期美国食品药品管理局（FDA）共批准59个创新药物。因此，相比于世界领先国家，我国创新药物水平仍处于落后状态。2016年我国工业和信息化部联合原食品药品监督管理局（CFDA）等6部门发布的《医药工业发展规划指南》中指出，当前我国医药工业发展的主要任务之一是增强产业创新能力，强化企业技术创新主体地位，推动企业加强与高校、科研院所和医疗机构的技术协作［1］。目前，我国创新药物的研发主体仍是高等院校、科研机构等单位（下文统称为学研机构），医药企业的角色主要是将研发成果进行产业化，而由于医药企业与学研机构之间缺乏有效的沟通与合作等各种原因，他们之间的合作效率并不高。因此，为促进我国创新药物的发展，应采取相应措施以鼓励医药企业与学研机构进行合作，真正实现优势互补，资源共享，提高创新药物研发能力。

1 文献综述

创新药物研发对我国医药行业的发展和人民健康水平的提高具有重要意义，推动创新药物研发已成为国家战略。众多学者在研究中指出，为实现我国从医药大国向医药强国的转型发展，创新药物研发尤为重要［2-4］。赵丹等［5］提出，创新药物研发的难度越来越大，研发成本也越来越高，与此同时创新药物研发失败率也在提高，在这种背景下，医药企业难以独立进行创新药物研发，应寻求合作伙伴。蔡帆等［6］学者指出，为提高创新药物研发能力，可采用产学研合作模式，实现协同创新。俞新武等［7］学者通过整理和归纳国内外文献，利用离群值以及偏倚性检验对相关文献进行筛选，通过荟萃分析（Meta分析）得出产学研合作与创新绩效呈显著正相关的结论。因此，基于创新药物研发在医药行业中的重要地位，及其研发难度大等原因，医药企业与学研机构合作进行创新药物研发是十分必要的。

Zudin等［8］在研究中提出，企业与学研机构之间的密切互动和高效合作在确保可持续发展发面发挥着非常重要的作用。通过合作，企业与学研机构可以实现技术交流、充分发挥优势、提高创新效率、分摊成本与风险等目标，但是在合作过程中也会暴露出一系列问题，例如孙庆梅等［9］学者在研究中指出，企业、高等院校以及科研机构在合作过程中会出现利益纠纷、价值冲突和道德风险等问题；李丹［10］指出，目前企业与学研机构的合作渠道不够正规化，且双方信息存在不对称性和不确定性；邵琳［11］在研究中提到，企业和学研机构对合作的重视程度不高、合作的深度和广度不够、沟通渠道不顺畅等原因也制约着双方合作。因此，在企业与学研机构合作过程中，有必要引入第三方进行干预。

国内外许多学者认为政府干预会影响企业与学研机构的合作。关志民等［12］对我国100所院校和100家企业进行问卷调查，通过相关分析和回归分析等方法，分析了政府支持对合作成功的影响因素，最终认为政府应加大财政支持力度。郭本海等［13］利用多方演化博弈，针对我国光伏企业、设备制造商和地方政府合作问题进行研究，得出为抑制背叛行为，应建立相应的惩罚机制，此外，政府也应采取激励措施降低合作研发成本。李林等［14］基于演化博弈理论分析了协同创新主体进行策略选择的规律，并基于系统动力学理论研究了政府干预的影响，得出政府提高惩罚力度有利于协同创新。部分学者分别研究了我国战略性新兴产业、大气污染治理和秸秆发电供应链问题，通过建立演化博弈模型研究合作主体的策略选择，分析认为政府干预和激励对合作的重要性［15-17］。因此，为保证医药企业与学研机构合作研发创新药物的顺利进行，政府应对其合作进行干预。

现有文献对企业与学研机构的合作都做了比较深入的研究，但针对医药行业的研究较少，大都是具体政策方面的研究，同时提出的建议也都是理论演绎，很少有学者采用理论模型进行深入分析和验证。本文基于创新药物研发的特点，通过构建政府参与下的演化博弈模型，分析医药企业与学研机构在合作过程中的策略选择行为，并通过数值仿真进行探讨和证明；此外，本文结合文献研究法研究政府如何干预医药企业和学研方双方的策略选择，对促进医药企业与学研机构合作研发创新药物提供决策参考借鉴。

2 医药企业与学研机构合作的演化博弈模型

2.1 基本假设

假设1：医药企业和学研机构在收集、分析、使用信息的过程中无法做到毫无差错，他们认识问题的能力有限，因此，双方在博弈过程中都是有限理性的。

假设2：在医药企业与学研机构合作研发创新药物时，政府会给坚持合作的主体提供一定数额的财政支持，以便攻克技术难关。本文中政府财政支持仅包括政府为促进双方合作所提供的财政支持，不包括某一主体研发创新药物时向政府申请的财政支持。

假设3：基于某些原因，医药企业或学研机构可能会在研发过程中终止合作关系，提出终止合作关系的一方要向另一方支付规定数额的违约金。

假设4：医药企业选择坚持合作的概率为x，终止合作关系的概率为1-x；学研机构选择坚持合作的概率为y，终止合作关系的概率为1-y。x、y均为时间t的函数。

2.2 模型建立

医药企业（参与主体1）与学研机构（参与主体2）在合作前都有自己的正常收益，设正常收益为Pi（i=1,2），双方通过合作研发创新药物获得的额外收益设为Ri（i=1,2），政府为支持医药企业与学研机构之间的合作为双方提供的财政支持设为Gi（i=1,2），合作研发创新药物时双方付出的成本设为Ci（i=1,2），因双方终止合作关系而放弃研发创新药物产生的成本设为Ei（i=1,2），这部分成本包括为终止合作关系产生的时间及相关费用等成本，因终止合作关系需支付的违约金设为F。由以上参数设定可得基于政府驱动下的医药企业与学研机构合作研发创新药物的收益矩阵，见表1所示。

表1 政府驱动下医药企业与学研机构合作研发新药博弈收益矩阵

根据表1所列收益矩阵4种局势的具体描述，可知：

应用雅可比矩阵的局部稳定性进行系统均衡点的稳定性分析（见表2），系统的雅克比矩阵为：

表2 医药企业与学研机构合作研发新药系统均衡点的行列式与迹

表3 政府驱动下医药企业与学研机构合作研发新药系统的局部稳定性分析结果

由表3所列出的局部稳定性分析结果可知，存在两个稳定均衡解（ESS），即O（0,0）——医药企业和学研机构都选择坚持合作和M（1,1）——医药企业和学研机构都选择终止合作关系，L（0,1）和N（1,0）为不稳定点，Q（x*,y*）为鞍点。如图1从演化博弈相位图可以看出，经过多次博弈后有3种可能的结果：（1）医药企业与学研机构都选择坚持合作，此时M（1,1）是均衡点；（2）双方选择终止合作关系，该状态下O（0,0）是均衡点；（3）维持在鞍点Q（x*,y*）。如果处于区域ONQL中，系统会逐渐向O（0,0）靠近，即医药企业和学研机构都选择终止合作关系；如果处于区域MNQL中，系统会逐渐向M（1,1）靠近，即双方都选择坚持合作。

图1 医药企业与学研机构合作研发新药的演化博弈相位

系统向哪个方向演化的可能性大小取决于区域ONQL和区域MNQL面积大小，如果SONQL＞ SMNQL，则双方选择终止合作关系的概率大于选择坚持合作的概率，如果SONQL＜ SMNQL，则双方选择坚持合作的概率大于选择终止合作的概率，因此，可通过分析区域ONQL和区域MNQL的面积，分析医药企业和学研机构策略选择的影响因素。由于SONQL+ SMNQL= 1，因此，同一个影响因素对坚持合作和终止合作的影响是相反的。

根据（10）可得：

结论1：政府财政支持Gi数额越大，医药企业与学研机构选择坚持合作的概率越大。

结论2：医药企业与学研机构通过合作研发创新药物获得的额外收益Ri越大，双方选择坚持合作的概率越大。

结论3：医药企业与学研机构因终止合作关系而产生的时间以及相关费用等成本Ei越大，双方选择终止合作的概率越小。

结论4：医药企业与学研机构合作研发创新药物时付出的成本Ci越大，双方选择终止合作关系的概率越大。

结论5：随着违约金F数额的增大，医药企业与学研机构选择坚持合作研发创新药物的概率逐渐增大。

3 数值仿真

前文运用演化博弈理论对医药企业与学研机构合作研发创新药物的策略选择做了理论上的分析，该部分基于MATLAB软件进行数值仿真，通过数值仿真分析政府财政支持、额外收益、因终止合作关系而产生的成本、合作付出的成本以及违约金对双方策略选择的演化路径，通过数值仿真可以对前文理论进行验证，并且能更直观地看出影响趋势。本文根据所查阅文献中的参数赋值规律，以及根据约相关变量进行赋值，并假设医药企业与学研机构选择坚持合作的概率x、y的初值都为0.5，从而进行数值仿真。

（1）政府财政支持对医药企业与学研机构策略选择演化路径的影响。由图2可知，政府提供财政支持可以促使医药企业与学研机构选择坚持合作研发创新药物，且随着政府财政支持的数额越大，图像的斜率也越来越大，演化的速度越来越快，因此，医药企业与学研机构越来越趋向于选择坚持合作。由此可见，在政府加大财政支持后，医药企业与学研机构会在更快的时间内形成坚持合作研发创新药物的局面。

图2 不同财政支持数额下医药企业与学研机构合作研发新药系统的演化轨迹

（2）医药企业与学研机构通过合作研发创新药物获得的额外收益对双方策略选择的影响。由图3可知，随着医药企业与学研机构通过合作研发创新药物获得额外收益的增加，双方会逐渐向选择坚持合作的方向移动，且速率越来越快。研发创新药物是耗资大、耗时长的过程，如果通过合作研发创新药物获得的收益足以弥补研发投入，并且可以从中获得利润，则医药企业与学研机构则会加强合作。

图3 不同额外收益下医药企业与学研机构合作研发新药系统的演化轨迹

（3）医药企业与学研机构终止合作关系产生的成本对双方策略选择的影响。由图4可知，当医药企业与学研机构终止合作关系产生的成本越来越大时，双方的策略选择会逐渐向坚持合作的稳定点移动，且变化的速率会加快；医药企业或学研机构为终止合作关系会付出一定的时间、费用等成本，在此类成本越来越大时，双方则会尽量避免因终止合作关系而产生不必要的成本。

图4 终止合作关系产生成本不同时医药企业与学研机构合作研发新药系统的演化轨迹

（4）医药企业与学研机构合作研发创新药物付出的成本对双方关系演化的影响。由图5可知，医药企业与学研机构合作研发创新药物付出的成本会对双方策略选择造成影响，随着合作付出成本的增大，双方会向终止合作关系的方向移动，并且合作付出成本越大，变化的速率会越来越快。由此可知，如果合作研发创新药物的成本越来越高，难以通过收益获取利润时，医药企业与学研机构只能同时选择终止合作关系。

图5 不同合作成本下医药企业与学研机构合作研发新药系统的演化轨迹

（5）违约金对医药企业与学研机构策略选择的影响。由图6可知，违约金也会影响双方策略选择，随着违约金数额的增大，医药企业与学研机构会向坚持合作的稳定点演化，并且速率在加快。因此，违约金会在一定程度上使双方避免选择终止合作关系，如果违约金数额越来越大，对抑制终止合作关系的效果也越来越明显，使双方同时选择坚持合作。

4 结论与建议

图6 不同违约金下医药企业与学研机构合作研发新药系统的演化轨迹

本文在医药企业与学研机构博弈双方有限理性的基础上，构建了政府参与下的演化博弈模型，分析了政府提供财政支持和医药企业与学研机构双方合作研发创新药物所获得的额外收益、终止合作关系支付的违约金以及因终止合作关系而付出的时间成本和相关费用等因素是如何影响医药企业与学研机构合作研发策略选择的演化路径。本文通过模型分析和数值仿真得出以下结论：（1）如果医药企业和学研机构合作研发创新药物时获得的政府财政支持数额越大，双方选择坚持合作的意愿越强；（2）由于研发创新药物的投入较高，如果使医药企业和学研机构合作研发创新药物获得的额外收益相对较大时，会促进双方选择坚持合作；（3）如果因终止合作关系而进行谈判时付出的时间、相关费用等成本越大，则医药企业与学研机构坚持合作研发创新药物的意愿也会增强；（4）医药企业与学研机构合作研发创新药物时付出的成本越大，则双方选择终止合作关系的概率也越大；（5）医药企业与学研机构在签订合约时如果违约金数额设置较高，双方也会倾向于选择坚持合作研发创新药物。

基于以上结论，本文提出以下建议：

（1）政府应加大财政支持以鼓励医药企业与学研机构进行合作研发创新药物。医药企业和学研机构无论是单独研发创新药物，还是双方合作进行研发，都需要投入大量资金，有研究显示，由于新药研发的高风险，政府对企业新药研发拨款所占份额较低，银行几乎不愿意贷款，这给企业筹集资金造成很大困难［18］，因此，为确保创新药物研发过程顺利进行，除研发主体需要增加投入资金外，政府的财政支持也必须加大力度，使研发主体能够攻克技术难关，从而提高研发成功率，促进创新药物的发展。

（2）完善专利保护制度，使研发成果得到有效保护、研发主体获得适当收益。医药产业是一个技术壁垒高、知识密集型的产业，专利保护与医药领域的发展具有相互依存的关系［19］，而我国的专利保护期较短，仿制药上市速度快［20］，这使创新药物研发主体在一定程度上无法弥补研发成本，导致其研发创新药物的意愿降低，为鼓励医药企业与学研机构研发创新药物，应完善我国专利保护制度，适当延长创新药物的专利保护期，使创新药物研发主体能够得到适当回报，从而积极投入到创新药物研发中。

（3）搭建医药企业与学研机构合作平台，规范双方的合作渠道。医药企业与学研机构之间存在着信息不对称、沟通不畅等问题，导致双方合作效率较低，为有效实现双方优势互补、资源共享，应搭建医药企业与学研机构合作平台、建立信息沟通渠道，使双方充分了解对方实力，针对市场需求进行创新药物研发，通过合作平台使双方有机会了解最前沿的科学知识，学习使用最先进的技术设备，从而提高团队的创新能力和研发能力。

（3）完善有关合作创新的法律法规体系。合作创新是多方参与的过程，合作方关系较为复杂，在合作过程中会存在一系列法律风险，例如，合同签署、利益分配、技术秘密保护以及研发成果归属等问题，因此，应制定和完善相应的保护机制，使双方利益得到保障；此外也要建立惩罚机制，使不合法行为得到有效抑制，提高违约成本，降低合作过程中终止合作关系的发生概率。