Технологія орган-на-чіпі та тканинної інженерії

Вересень 10, 2024

Вступ

Технологія «Орган на чіпі» (OOC) представляє новаторський крок у біомедичних дослідженнях, поєднуючи досягнення в клітинній біології, інженерії та технології біоматеріалу для створення мікросередовища, яке імітує функції органів людини.

Ця технологія служить мостом між традиційною культурою клітин і дослідженнями in vivo, пропонуючи точніші моделі для тестування ліків, моделювання захворювань і персоналізованої медицини.

Ключові технології в розробці органу на кристалі (OoC).

Технологія Organ-on-Chip (OoC) базується на кількох передових досягненнях, які дозволяють створювати мініатюрні функціональні зображення органів людини.

Ці технології об’єднують принципи з різних дисциплін, включаючи мікроінженерію, клітинну біологію та матеріалознавство, щоб відтворити фізіологічні функції тканин і органів людини. Нижче наведено основні технології, які лежать в основі розробки та функціональності OoC пристроїв:

1. Мікрофлюїди

Роль: Мікрофлюїдика є наріжним каменем технології OoC. Він передбачає маніпуляції рідинами в мікромасштабі, що дозволяє точно контролювати клітинне середовище всередині чіпа.
Мікрофлюїдні канали імітують кровотік, дозволяючи поживним речовинам, лікам і продуктам життєдіяльності транспортуватися таким же чином, як і в людських органах.
додатків: Мікрофлюїдні системи використовуються для моделювання різних систем органів, таких як легені, печінка та серце.
Ці системи можуть відтворювати складні фізіологічні умови, включаючи напругу зсуву та тиск, які необхідні для підтримки функції та структури клітин.

2. 3D культура клітин

Роль: Традиційні двовимірні (2D) клітинні культури не точно повторюють тривимірну структуру та функції людських тканин.
Навпаки, технологія 3D-культивування клітин дозволяє клітинам рости в більш природному середовищі, утворюючи тканиноподібні структури, які мають вирішальне значення для функціонування органів.
додатків: Тривимірні клітинні культури мають вирішальне значення для створення моделей органів, таких як печінка на чіпі або серце на чіпі.
Ці моделі дозволяють точніше вивчати токсичність ліків, прогресування захворювання та клітинні взаємодії в контексті, який точно імітує фізіологію людини.

3. Біодрук

Роль: Технологія біодруку дозволяє створювати складні тканинні структури шляхом точного розміщення клітин і біоматеріалів шар за шаром.
Ця технологія має важливе значення для побудови архітектури тканин в OoC-пристроях, гарантуючи, що просторова організація клітин віддзеркалює таку, як у справжніх органах людини.
додатків: біодрук використовується для виготовлення таких тканин, як шкіра, печінка та серцевий м’яз, на чіпах.
Ця технологія особливо цінна в регенеративній медицині, де вона допомагає створювати моделі для відновлення та заміни тканин.

4. Біосенсори та моніторинг у реальному часі

Роль: Біосенсори, інтегровані в платформи OoC, дозволяють безперервно контролювати різні фізіологічні параметри, такі як pH, рівні кисню та метаболічну активність.
Ці датчики надають дані в режимі реального часу про здоров’я та функції тканин усередині чіпа, пропонуючи зрозуміти реакцію клітин на ліки чи зміни навколишнього середовища.
додатків: Моніторинг у режимі реального часу за допомогою біосенсорів має вирішальне значення для тестування ліків, де розуміння того, як тканини реагують на лікування з часом, може давати інформацію про коригування дозування та терапевтичні стратегії.

5. Техніка мікрофабрикації

Роль: Мікровиробництво передбачає використання таких методів, як м’яка літографія, фотолітографія та травлення для створення мікромасштабних структур у OoC-пристроях.
Ці методи дозволяють точно розробити мікроканали та камери, в яких містяться клітини та тканини на OoC платформах.
додатків: Мікрофабрикація використовується для створення складних мереж у чіпах, які імітують кровоносні судини, дихальні шляхи та інші специфічні структури органів.
Такий рівень точності необхідний для відтворення складного середовища людських органів.

6. Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPSC)

Роль: iPSC - це дорослі клітини, які були генетично перепрограмовані до стану, подібного до ембріональних стовбурових клітин.
Ці клітини можуть диференціюватися в клітини будь-якого типу, що робить їх ідеальними для створення моделей органів пацієнта на чіпах. Ця технологія має вирішальне значення для персоналізованих медичних програм на OoC платформах.
додатків: iPSC використовуються для створення моделей органів, які відображають генетичний склад окремих пацієнтів, дозволяючи вивчати механізми захворювання та реакцію на ліки, адаптовану до конкретних генетичних профілів.

7. нові матеріали

Роль: Розробка OoC-пристроїв також значною мірою залежить від використання передових матеріалів, таких як біосумісні полімери та гідрогелі. Ці матеріали забезпечують структурну основу для чіпів і підтримують ріст і підтримку живих клітин.
додатків: Такі матеріали, як полідиметилсилоксан (PDMS), зазвичай використовуються в OoC пристроях завдяки їх гнучкості, оптичній прозорості та сумісності з методами мікровиробництва.
Гідрогелі часто використовуються для імітації позаклітинного матриксу, забезпечуючи сприятливе середовище для росту клітин.

Використовуйте наш послуги з дослідження ринку отримати конкурентну перевагу у своїй галузі!

Аналіз патентного ландшафту в технології орган-на-чіпі

Технологія Organ-on-Chip (OoC) — це динамічна сфера, яка поєднує мікрофлюїдні технології з клітинною біологією, щоб імітувати складні біохімічні та механічні процеси людських органів.

Ця технологічна конвергенція має значні наслідки для фармацевтичних досліджень, моделювання захворювань і персоналізованої медицини. The патентний ландшафт забезпечує лінзу, через яку ми можемо оцінити зростання, тенденції та стратегічні напрямки цієї галузі.

Детальний огляд патентної діяльності (2008-2022)

Дані, що охоплюють період з 2008 по 2022 рр., підкреслюють тенденцію, що розвивається в заявках на патенти, пов’язані з OoC технологією:

Еволюція патентних заявок: у перші роки спостерігається помірне, але постійне зростання кількості заявок на патенти, що відображає стадію зародження OoC технології.
Різке зростання активності спостерігається в середині десятиліття з піком у 2019-2020 роках, що вказує на фазу зрілості, коли технологія починає отримувати ширше застосування та інтерес.
Подальше зменшення кількості нових заявок може свідчити про консолідацію ринку або перехід до вдосконалення існуючих технологій, а не до пошуку нових.

Динаміка правового статусу: перехід від більшості виданих патентів до зростаючої кількості патентів, які очікують розгляду до 2022 року, свідчить про дедалі більшу конкурентну сферу з новими інноваціями, які все ще розглядаються.

Наявність значної кількості «мертвих» патентів свідчить про природне скорочення інновацій, коли не всі розробки досягають комерційної життєздатності або зберігають свій юридичний захист.

Географічне та інституційне поширення патентів

Глобальний розподіл: Північна Америка та Азія домінують у патентних заявках, що підкреслює їх роль як центрів технологічних інновацій.
У цих регіонах лідирують США та Китай, ймовірно, завдяки їхній потужній технологічній інфраструктурі та значним інвестиціям у біомедичні та мікрофлюїдні дослідження.
Кращі власники патентів: Академічні установи, як-от Массачусетський технологічний інститут і Каліфорнійський університет, є видатними, що підкреслює значну роль академічних досліджень у розвитку технології OoC.

Велика кількість поданих заявок на патенти свідчить про активність науково-дослідних відділів і міцний зв’язок між університетськими дослідженнями та практичними застосуваннями.

Корпоративна взаємодія: великі технологічні та біотехнологічні фірми, такі як Roche і Agilent Technologies, демонструють комерційний інтерес до OoC-технологій.
Їхня діяльність підкреслює гострий інтерес до використання OoC для тестування та розробки ліків, потенційно зменшуючи витрати та час, пов’язані з клінічними випробуваннями.

Стратегічні наслідки та динаміка ринку

Тенденції досліджень і розробок: Подача заявок на патенти, що тривають, свідчить про значну активність у розробці більш досконалих і складних моделей OoC.
Це включає в себе зусилля з інтеграції моделей багатьох органів в єдину платформу для моделювання реакції всього тіла, рубіж у галузі, відомий як «тіло на чіпі».
Вхід на ринок і бар'єри: Вхід багатьох академічних гравців у патентний простір може знизити перешкоди для інновацій завдяки спільним знанням і співпраці.
Однак висока вартість розробки технологій і суворе нормативне середовище створюють проблеми.
Стратегія інтелектуальної власності (ІВ).: численні заявки на інтелектуальну власність служать як захисним механізмом для захисту запатентованої технології, так і як стратегічний актив, який можна використовувати за допомогою ліцензування або партнерства.
Компанії та установи повинні орієнтуватися в складному ландшафті інтелектуальної власності, щоб захистити свої інновації, одночасно сприяючи створенню середовища, сприятливого для досліджень і співпраці.

Майбутні напрямки та технологічний вплив

Технологічні досягнення: майбутні дослідження можуть бути зосереджені на підвищенні точності OoC-моделей до фізіології людини, покращенні масштабованості технології та інтеграції автоматизованих систем для аналізу даних у реальному часі.
Клінічні та фармацевтичні застосування: у міру розвитку технології OoC її вплив на персоналізовану медицину може бути глибоким, дозволяючи проводити більш точні та персоналізовані терапевтичні втручання на основі відповідей окремих органів, змодельованих на чіпах.

Ринковий ландшафт індустрії орган-на-чіпі

Поточний розмір ринку та прогнозоване зростання

Індустрія «Орган-на-чіпі» (OoC) переживає стрімке зростання завдяки прогресу в біотехнології та зростаючому попиту на альтернативи тестуванню на тваринах.

Станом на 2023 рік світовий ринок OoC оцінювався приблизно в 100 мільйонів доларів США, за прогнозами, до 487 року ринок може досягти 2028 мільйонів доларів США. Це відображає сукупний річний темп зростання (CAGR) приблизно на 33% з 2023 по 2028 рік.

Цьому зростанню сприяють кілька факторів, у тому числі все більше впровадження технології OoC у розробку ліків, тестування на токсичність і персоналізовану медицину. Поштовх до більш етичних і точних моделей для дослідження хвороб людини також стимулює інвестиції в цю технологію.

Здатність OoC-моделей відтворювати функції органів людини з високою точністю робить їх безцінними для фармацевтичних компаній, які прагнуть скоротити витрати та час, пов’язані з розробкою ліків.

Ключові гравці та їхня частка ринку

На ринку OoC домінують великі фармацевтичні компанії та спеціалізовані біотехнологічні фірми. Деякі з ключових гравців та їхній внесок на ринок включають:

Roche: Рош, провідний гравець у сфері персоналізованої медицини, використовує OoC-моделі для підвищення точності процесів пошуку ліків. Зосередженість компанії на використанні технології OoC для моделювання хворобливих станів і оцінки ефективності ліків забезпечує їй значну частку ринку.
Merck: відомий своїми потужними науково-дослідницькими можливостями, Merck використовує технологію OoC для підвищення передбачуваності реакції на ліки, скорочуючи час і вартість розробки. Ринкова частка Merck зміцнюється завдяки інвестиціям у передові біотехнології.
Agilent Technologies: Agilent надає необхідні інструменти та технології для розробки та розгортання OoC систем. Їх частка на ринку визначається їхнім внеском у технологічну основу галузі.
Genentech (частина Roche): Genentech займає сильні позиції на ринку, зосереджуючись на зменшенні залежності від тваринних моделей і підвищенні ефективності розробки ліків.
Novartis і Pfizer: Обидві компанії інвестують значні кошти в інтеграцію технології OoC у свої розробки ліків, що робить значний внесок у ринок.

Ці компанії не тільки стимулюють технологічний прогрес OoC, але й впливають тенденції ринку через стратегічні партнерства, злиття та поглинання.

Географічний аналіз домінування на ринку та ринків, що розвиваються

Ринок OoC географічно зосереджений, Північна Америка та Азіатсько-Тихоокеанський регіони лідирують за часткою ринку:

Північна Америка: домінує на світовому ринку OoC, займаючи найбільшу частку завдяки передовій інфраструктурі охорони здоров’я, значним інвестиціям у дослідження та розробки та присутності провідних компаній, таких як Roche, Merck і Genentech.
На одні тільки США припадає понад 50% світового ринку, при цьому велика увага приділяється інноваціям і комерціалізації нових технологій.
Азіатсько-Тихоокеанський регіон: Цей регіон стає значним гравцем на ринку OoC завдяки збільшенню державної підтримки, зростанню біофармацевтичної промисловості та збільшенню інвестицій у біотехнології.
Китай, зокрема, робить швидкі кроки вперед, значно збільшивши кількість заявок на патенти та дослідницьку діяльність.
Європа: Хоча Європа менша порівняно з Північною Америкою та Азіатсько-Тихоокеанським регіоном, вона все ще займає значну частку ринку. Зосередженість регіону на регулятивній підтримці для скорочення тестування на тваринах і сприяння альтернативним методам сприяє прийняттю OoC технології.

Ринки, що розвиваються

Крім цих домінуючих регіонів, ринки Латинської Америки та Близького Сходу, що розвиваються, починають визнавати потенціал OoC-технології. Очікується, що ці регіони побачать більше впровадження, оскільки глобальна обізнаність про переваги OoC моделей зростатиме.

Застосування технології орган-на-чіпі

Технологія Organ-on-Chip (OoC) — це революційний інструмент із широким застосуванням у багатьох галузях, насамперед у біомедичних дослідженнях, фармацевтиці та персоналізованій медицині.

Ці додатки використовують здатність OoC систем імітувати функції людських органів і фізіологічні реакції в контрольованому мікротехнічному середовищі. Нижче наведено ключові сфери, де OoC технологія має значний вплив:

1. Розробка та тестування ліків

Доклінічні випробування: Системи OoC широко використовуються на ранніх стадіях розробки ліків для оцінки ефективності та безпеки нових препаратів-кандидатів.
Імітуючи реакцію людських органів, ці моделі забезпечують точніші прогнози ефективності препарату під час випробувань на людях, значно зменшуючи довіру до випробувань на тваринах.
Токсикологічні дослідження: Традиційні методи оцінки токсичності ліків часто включають тваринні моделі, що може бути дорогим і етичним.
Технологія OoC пропонує альтернативу, надаючи релевантні для людини моделі, які можуть виявляти токсичні ефекти на ранній стадії, тим самим покращуючи профіль безпеки нових ліків до того, як вони досягнуть клінічних випробувань.
Фармакокінетика та фармакодинаміка (ФК/ФД): Моделі OoC дозволяють дослідникам вивчати поглинання, розподіл, метаболізм і виведення (ADME) ліків у середовищі, більш схожому на людину.
Це особливо корисно для оптимізації дозування ліків і розуміння дії препарату протягом тривалого часу в організмі людини.

2. Моделювання та дослідження захворювань

Дослідження раку: Системи OoC використовуються для моделювання різних типів раку, включаючи рак печінки, легенів і молочної залози.
Ці моделі допомагають дослідникам вивчати ріст пухлини, метастази та вплив різних методів лікування в контрольованому середовищі, яке точно імітує людське тіло.
Інфекційні захворювання: Технологія OoC також використовується для вивчення інфекційних захворювань шляхом копіювання середовища, в якому збудники взаємодіють з клітинами людини. Ця програма має вирішальне значення для розуміння механізмів захворювання та тестування потенційних методів лікування таких захворювань, як COVID-19.
Хронічні захворювання: Такі стани, як діабет, серцево-судинні захворювання та нейродегенеративні розлади, також вивчаються за допомогою моделей OoC. Ці системи допомагають зрозуміти прогресування цих захворювань і оцінити віддалені наслідки лікування.

3. Персоналізована медицина

Спеціальні моделі для пацієнтів: Технологія OoC дозволяє створювати індивідуальні моделі органів пацієнта з використанням клітин, отриманих від окремих пацієнтів.
Цей додаток має вирішальне значення для персоналізованої медицини, оскільки дозволяє тестувати реакцію на ліки відповідно до генетичного складу та профілю здоров’я пацієнта.
Такі моделі можуть керувати рішеннями щодо лікування та зменшувати підхід методом проб і помилок, який часто пов’язаний зі складними захворюваннями.
Прогностична діагностика: Моделюючи те, як різні люди можуть реагувати на певні ліки, системи OoC також можна використовувати для розробки інструментів прогнозної діагностики.
Ці інструменти можуть визначити, які пацієнти, швидше за все, отримають користь від конкретного лікування, підвищуючи загальний рівень успішності терапевтичних втручань.

4. Регенеративна медицина та тканинна інженерія

Регенерація тканин: Технологія OoC використовується для створення тканин, які можна використовувати в регенеративній медицині. Наприклад, досліджується потенціал моделей печінки на чіпі для регенерації тканини печінки у пацієнтів із захворюваннями печінки.
Дослідження стовбурових клітин: Платформи OoC забезпечують середовище для вивчення диференціації стовбурових клітин і формування складних тканинних структур. Ця програма життєво важлива для розробки нових регенеративних методів лікування, які можуть замінити пошкоджені або хворі тканини у пацієнтів.

5. Екологічні та хімічні випробування

Випробування на токсичність хімікатів: Окрім фармацевтичних препаратів, OoC технологія також застосовується для перевірки токсичності хімічних речовин, які використовуються в сільському господарстві, косметиці та промислових процесах.
Використовуючи моделі, що стосуються людини, компанії можуть краще оцінити безпечність цих хімічних речовин для впливу на людину.
Дослідження впливу на навколишнє середовище: Системи OoC можуть моделювати вплив токсинів навколишнього середовища на органи людини, надаючи цінні дані для регуляторних органів і компаній, які прагнуть мінімізувати екологічний слід своєї продукції.

Висновок

Технологія Organ-on-Chip (OoC) швидко розвивається завдяки значним інноваціям у мікрофлюїдіці, 3D-культурі клітин, біодруку та інших суміжних галузях.

Ці досягнення дозволяють точніше моделювати функції органів людини, що призводить до прориву в розробці ліків, моделюванні захворювань і персоналізованої медицини.

Зростаючий патентний ландшафт, залучення ключових гравців галузі та розширення додатків у різних секторах підкреслюють трансформаційний потенціал технології OoC.

Оскільки ця галузь продовжує розвиватися, вона відіграватиме вирішальну роль у майбутньому біомедичних досліджень та охорони здоров’я, пропонуючи більш точні, етичні та ефективні рішення для складних медичних проблем., і підключення.

Про TTC

At ТТ Консультанти, ми є провідним постачальником індивідуальної інтелектуальної власності (IP), технологічного аналізу, бізнес-досліджень та підтримки інновацій. Наш підхід поєднує інструменти штучного інтелекту та великої мовної моделі (LLM) із людським досвідом, забезпечуючи неперевершені рішення.

Наша команда включає кваліфікованих експертів з ІВ, технічних консультантів, колишніх експертів USPTO, європейських патентних повірених тощо. Ми обслуговуємо компанії зі списку Fortune 500, новаторів, юридичні фірми, університети та фінансові установи.

послуги:

Виберіть TT Consultants для індивідуальних високоякісних рішень, які переосмислюють управління інтелектуальною власністю.

Зв'язатися з нами

Попередня статтяВи отримали патентну претензію — ось найрозумніший спосіб швидко вирішити проблему!

Наступна статтяЯк визначити ризики порушення патентних прав за допомогою штучного інтелекту та людського досвіду

Технологія орган-на-чіпі та тканинної інженерії

Вступ

Зміст

Ключові технології в розробці органу на кристалі (OoC).

1. Мікрофлюїди

2. 3D культура клітин

3. Біодрук

4. Біосенсори та моніторинг у реальному часі

5. Техніка мікрофабрикації

6. Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (iPSC)

7. нові матеріали

Аналіз патентного ландшафту в технології орган-на-чіпі

Детальний огляд патентної діяльності (2008-2022)

Географічне та інституційне поширення патентів

Стратегічні наслідки та динаміка ринку

Майбутні напрямки та технологічний вплив

Ринковий ландшафт індустрії орган-на-чіпі

Поточний розмір ринку та прогнозоване зростання

Ключові гравці та їхня частка ринку

Географічний аналіз домінування на ринку та ринків, що розвиваються

Ринки, що розвиваються

Застосування технології орган-на-чіпі

1. Розробка та тестування ліків

2. Моделювання та дослідження захворювань

3. Персоналізована медицина

4. Регенеративна медицина та тканинна інженерія

5. Екологічні та хімічні випробування

Висновок

Про TTC

Поговоріть з нашим експертом

Останні повідомлення

Аналіз портфоліо на основі EOU для патентів на напівпровідники

Аналіз патентного портфоліо на основі штучного інтелекту за допомогою XLSCOUT – революційне відображення патентів на продукт за допомогою ШІ

Як штучний інтелект змінює пошук адвокатів у справі про недійсність патентів

Категорії

Сервіс

Швидкі посилання

Інформаційний бюлетень

Давайте зв'яжемось

Замовте зворотній дзвінок!

Замовте зворотній дзвінок!