光遗传学市场 - 行业规模、份额、趋势、机遇和预测，2018 年至 2028 年，按光设备（激光和发光二极管）、按执行器（通道视紫红质、盐视紫红质和古视紫红质）、按传感器（钙（水母发光蛋白、Cameleon 和其他钙传感器）、按氯化物（Clomeleon）、按膜门控（美人鱼）和其他传感器）、按应用（神经科学、行为跟踪、视网膜、疾病治疗和其他应用）和按地区、竞争预测进行细分

市场概览

2022 年全球光遗传学市场价值为 5.456 亿美元，预计在预测期内将出现令人印象深刻的增长，到 2028 年的复合年增长率为 4.01%。

光遗传学通过实现对神经回路的精确控制，彻底改变了神经科学。我们对大脑的理解不断加深，对研究大脑的复杂工具的需求推动了光遗传学技术的采用。光遗传学工具的不断进步，包括改进的视蛋白（光敏蛋白）和更精确的光传输系统的开发，使光遗传学对研究人员来说更容易获得和更易于使用。

关键市场驱动因素

技术创新

视蛋白是光遗传学中用于控制细胞活动的光敏蛋白。持续的研究已促成了具有增强特性的新型和改良视蛋白的开发，例如对光的敏感性增加、响应时间加快和光谱特性改变。这些创新使得神经回路的控制更加精确。光遗传学中的多路复用涉及同时激活或抑制不同神经元或神经群中的多种视蛋白。该技术使研究人员能够研究复杂的神经回路和相互作用。多路复用技术的创新提高了光遗传学实验的可扩展性和多功能性。先进的光纤系统和显微镜技术已经开发出来，可以以高空间和时间精度传输光。这些创新使研究人员能够更准确地瞄准特定的大脑区域甚至单个神经元。研究人员已经开发出无线光遗传学系统，该系统无需系留光源，并允许在自由移动的动物中进行更自然的实验。该技术增强了在不受约束的条件下对行为和神经回路的研究。光遗传学设备和植入物的小型化使得在小动物中进行侵入性较小的实验成为可能。这些设备可以直接植入大脑，从而实现长期和慢性研究。闭环光遗传学系统结合了神经活动的实时反馈来调整光刺激。这些系统能够响应特定的神经模式进行动态实验，从而增强对神经回路的理解。病毒载体和基因传递技术的创新提高了将光遗传学工具引入目标细胞或组织的效率和特异性。这促进了光遗传学在更广泛的生物体和细胞类型中的应用。

双光子显微镜与光遗传学相结合，使光线能够更深地穿透脑组织。这项创新扩大了光遗传学实验的空间范围，使得能够针对更深的大脑区域的神经元。抑制性光遗传学工具（如 Halorhodopsin (eNpHR) 和 Arch）的发展使得精确抑制神经活动成为可能。研究人员现在可以双向操纵神经回路，根据需要激活和抑制神经元。除了用于控制的视蛋白外，还开发了光遗传学传感器来实时监测神经活动和生理参数。这些传感器为闭环实验提供了有价值的反馈，并使得神经动力学的研究成为可能。光遗传学已与电生理技术相结合，使研究人员能够将光刺激与神经活动记录结合起来。这种整合提供了神经回路功能的全面视图。商业供应商在推动光遗传学发展方面发挥了重要作用，他们为研究人员提供了经过充分表征和验证的光遗传学工具，使更广泛的科学界更容易获得这些工具。这一因素将有助于神经科学研究的发展

神经科学研究的进步

近年来，在技术创新、协作努力和资金增加的推动下，神经科学研究取得了重大进展。这些进步加深了我们对大脑及其功能的理解。

机器学习和人工智能已被应用于分析大规模神经数据，从而可以解码大脑活动模式、预测行为和诊断神经系统疾病。脑机接口 (BCI) 已经取得了进展，可以使用脑信号更精确地控制外部设备。这些接口在辅助技术和神经康复方面具有潜在的应用。脑器官（源自干细胞的微型 3D 脑组织模型）的发展使研究人员能够在更真实的环境中研究早期脑发育、模拟疾病和测试药物反应。对神经炎症在阿尔茨海默氏症和多发性硬化症等神经系统疾病中的作用的了解日益加深，导致了针对炎症的新型治疗策略的发展。人类连接组计划和 BRAIN 计划（通过推进创新神经技术进行脑研究）等计划汇集了来自不同学科的研究人员，以加速我们对大脑结构和功能的理解。该领域在解决与脑研究相关的伦理问题方面取得了长足进步，包括关于负责任地使用光遗传学和脑机接口等技术的讨论。这一因素将加速全球光遗传学市场的需求。

扩大应用领域

扩大应用领域确实是光遗传学需求的重要驱动力。光遗传学最初是作为神经科学的强大研究工具而开发的，现已应用于各个领域，扩大了其影响范围和影响力。光遗传学的主要应用领域是神经科学，它使研究人员能够以前所未有的精度控制和操纵特定的神经元和神经回路。它加深了我们对大脑功能、行为和神经系统疾病潜在机制的理解。光遗传学已应用于心脏病学，以控制心脏组织和研究心脏的电活动。它在心律失常研究和心脏病新疗法的开发方面具有潜在的应用。在验光学中，光遗传学已用于研究视觉系统和视网膜功能。研究人员已经探索了其在视网膜退化等情况下恢复视力的潜力。光遗传学在再生医学中发挥着重要作用，它允许研究人员控制干细胞的分化和功能。它在组织工程和细胞疗法的开发中具有潜在的应用。光遗传学已用于研究神经系统中的疼痛感知和通路。研究人员可以操纵与疼痛相关的神经元，以更好地了解慢性疼痛状况并开发潜在的干预措施。光遗传学在精神病学研究中的应用揭示了与情绪障碍、成瘾和焦虑有关的神经回路。它为治疗干预的潜在目标提供了见解。

光遗传学已用于研究激素调节和内分泌系统。研究人员可以控制激素的释放并研究其对各种生理过程的影响。光遗传学已在癌症研究中得到应用，它已用于控制细胞行为并研究肿瘤的生长和转移。它提供了一种操纵癌细胞和研究其反应的工具。研究人员已经应用光遗传学来研究免疫细胞的行为和反应。它提供了一种控制免疫细胞活化和研究免疫系统动力学的方法。光遗传学用于生物工程和合成生物学，以设计和控制细胞过程。它允许精确设计细胞以执行所需的功能。制药和生物技术公司在药物发现中使用光遗传学来筛选和测试潜在的候选药物。它为研究细胞对药物的反应提供了一种有价值的工具。随着光遗传学扩展到新的应用领域，围绕操纵神经回路和细胞功能的伦理影响的讨论变得更加突出。这一因素将加速对

主要市场挑战

对神经回路的理解有限

人类大脑非常复杂，拥有数十亿个神经元和数万亿个突触。我们对所有这些元素如何协同产生行为和认知功能的理解仍然不完整。这种复杂性使设计针对正确神经元和回路的光遗传学实验变得具有挑战性。尽管在绘制神经回路图谱方面已经取得了重大进展，特别是在小鼠等模型生物中，但我们的知识仍然存在空白。缺乏大脑中所有神经回路的综合图谱，这会限制光遗传学实验的精确度。不同人的神经回路可能有很大差异。在一个人的大脑中起作用的机制在另一个人的大脑中可能不起作用。这种多变性会使光遗传学技术在临床环境中的应用复杂化。一些深层大脑区域难以进入和研究，因此很难理解它们的回路。这些区域的光遗传学实验可能受到将光有效传送到目标神经元的能力的限制。将特定的神经回路与复杂的行为和认知功能联系起来可能是一个巨大的挑战。虽然光遗传学可以操纵神经活动，但了解神经活动模式与行为之间的精确关系是一项持续不断的努力。

技术成本

光遗传学实验需要专门的设备，包括光源（例如激光或 LED）、光纤和成像系统。这些组件可能很昂贵，尤其是对于高质量的研究级系统而言。研究人员通常需要定制他们的光遗传学设置以满足他们的特定实验需求。定制可能会增加总体成本，因为它可能需要工程专业知识和定制组件。购买光遗传学试剂（例如携带视蛋白的病毒载体）是一项持续的费用。这些试剂需要定期补充以用于实验。在动物研究中，饲养转基因动物或施用病毒载体可能会产生与动物饲养、护理和道德监督相关的费用。需要熟练的人员进行光遗传学实验，从设计方案到进行实验和数据分析。雇用训练有素的研究人员会增加总体成本。研究人员需要接受光遗传学技术方面的培训和专业知识，这可能需要额外的研讨会、课程或聘请专家的费用。光纤、套管和电极等消耗品需要定期更换，这增加了持续的运营成本。

主要市场趋势

定制和针对性方法

研究人员正在定制光遗传学工具以满足他们的实验要求。这种定制包括开发新型视蛋白，例如具有改变的动力学、光谱特性或组织特异性表达模式的变体。这些量身定制的工具可以更精确、更有效地控制神经回路。光遗传学中的多路复用涉及在单个实验中同时使用具有不同特性的多种视蛋白。这种方法使研究人员能够针对同一组织或大脑区域内的不同神经群体。定制多路复用光遗传学系统可增强实验的灵活性。定制延伸到在光遗传学实验中实现细胞类型特异性。研究人员正在设计选择性靶向特定细胞类型的视蛋白，例如兴奋性或抑制性神经元，或表达特定分子标记的神经元。光遗传学越来越多地用于特定电路的操作。定制设计的视蛋白和靶向策略使研究人员能够激活或抑制特定的神经通路或突触，解剖复杂的电路以了解其功能。在潜在的临床应用背景下，研究人员正在开发定制的光遗传学方法来靶向与神经和精神疾病相关的特定神经回路。这种有针对性的定制对于开发精准的治疗干预措施至关重要。

细分洞察

照明设备洞察

2022 年，预测期内全球光遗传学市场最大的份额由发光二极管 (LED) 细分市场主导，预计未来几年将继续扩大。

执行器洞察

2022 年，全球光遗传学市场以通道视紫红质细分市场为主，预计未来几年将继续扩大。

传感器洞察

2022 年，全球光遗传学市场以氯化物细分市场为主，预计未来几年将继续扩大。

应用洞察

2022 年，预测期内全球光遗传学市场最大的份额由神经科学细分市场主导，预计未来几年将继续扩大。

区域洞察

北美2022 年，该地区在全球光遗传学市场中占据主导地位。由于该地区慢性病患病率不断上升，光遗传学设备的使用不断增加，尤其是在大学和研究实验室中，以及重要市场参与者的合作伙伴关系和新产品发布。神经学领域增长的主要驱动力是政府举措的不断增加。随着投资的增加，更多的企业可以进入市场并提供创造性的解决方案来满足患者的需求。不断增长的患者群体需要更多的护理，这增加了对光遗传学的需求并加速了市场的扩张。此外，预计合作伙伴关系和协议将推动该行业的发展。

最新发展

• 2022 年 6 月， Bruker Corporation 推出了 NeuraLight 3D Ultra 模块，以促进 Bruker 的 Ultima 多光子显微镜上的尖端神经科学和光遗传学研究应用。NeuraLight 3D Ultra 提供尖端的 3D 全息光刺激，专为对神经网络和大脑计算进行深入的功能研究而量身定制。 NeuraLight 3DUltra 模块使用了一种新的、更大的液晶设备，基于布鲁克独特的空间光调制器 (SLM) 技术，可以实现更广阔的视野、更高的瞄准精度和市场领先的每秒 600 帧全息图速度。 结合 Ultima2Pplus 显微镜的成像功能，研究人员可以更大规模和更长时间内研究行为、感知和疾病背后的机制。
• 2023 年 2 月，PIONEER I/II 期临床试验评估了 GS030 对 9 名患者治疗视网膜色素变性 (RP) 的效果，随访时间长达 4 年（n=1），在基因治疗给药后 1 年报告了有利的安全性数据和令人鼓舞的疗效信号。 GenSight Biologics 是一家生物制药公司，专注于开发和商业化针对视网膜神经退行性疾病和中枢神经系统疾病的新型基因疗法。 GS030 是一种光遗传学治疗候选药物，结合了基于 AAV2 的基因疗法 (GS030-DP) 和光刺激护目镜 (GS030-MD)，正在名为 PIONEER 的首次人体、多中心、开放标签、剂量递增临床试验中进行测试。

主要市场参与者

• Hubner Group (Cobolt Inc.)
• Coherent Inc.
• Gensight Biologics SA
• Laserglow
• Noldus Information Technology Inc.
• Judges' Scientific PLC (Scientifica)
• 上海激光与激光设备有限公司
• Optics Century Co.Ltd
• Bruker Corporation
• Thorlabs Inc