광유전학 시장 - 산업 규모, 점유율, 추세, 기회 및 예측, 2018-2028 광 장비(레이저 및 발광 다이오드), 액추에이터(채널로돕신, 할로로돕신 및 아르카에로돕신), 센서(칼슘(에쿼린, 카멜레온 및 기타 칼슘 센서), 염화물(클로멜레온), 멤브레인 게이트(인어) 및 기타 센서), 응용 분야(신경 과학, 행동 추적, 망막, 질병 치료 및 기타 응용 분야) 및 지역별 세분화, 경쟁 예측

시장 개요

글로벌 광유전학 시장은 2022년에 5억 4,560만 달러로 평가되었으며 2028년까지 4.01%의 CAGR로 예측 기간 동안 인상적인 성장을 보일 것으로 예상됩니다.

광유전학은 신경 회로의 정확한 제어를 가능하게 하여 신경 과학에 혁명을 일으켰습니다. 뇌에 대한 이해의 지속적인 발전과 이를 연구하기 위한 정교한 도구에 대한 필요성은 광유전학 기술의 채택을 촉진했습니다. 개선된 옵신(광에 민감한 단백질)과 보다 정밀한 광 전달 시스템의 개발을 포함한 광유전학 도구의 지속적인 발전으로 인해 광유전학은 연구자들에게 보다 접근하기 쉽고 사용하기 편리해졌습니다.

주요 시장 동인

기술 혁신

옵신은 광유전학에서 세포 활동을 제어하는 데 사용되는 광에 민감한 단백질입니다. 지속적인 연구를 통해 빛에 대한 민감도 증가, 빠른 응답 시간, 변화된 스펙트럼 특성과 같은 향상된 특성을 가진 새롭고 개선된 옵신이 개발되었습니다. 이러한 혁신을 통해 신경 회로를 보다 정밀하게 제어할 수 있게 되었습니다. 광유전학의 멀티플렉싱은 서로 다른 뉴런이나 신경 집단에서 여러 유형의 옵신을 동시에 활성화하거나 억제하는 것을 포함합니다. 이 기술을 통해 연구자들은 복잡한 신경 회로와 상호 작용을 연구할 수 있습니다. 멀티플렉싱 기술의 혁신으로 광유전학 실험의 확장성과 다양성이 향상되었습니다. 고급 광섬유 시스템과 현미경 기술은 높은 공간적 및 시간적 정밀도로 빛을 전달하기 위해 개발되었습니다. 이러한 혁신을 통해 연구자는 특정 뇌 영역 또는 개별 뉴런을 더 정확하게 타겟팅할 수 있습니다. 연구자는 고정된 광원이 필요 없는 무선 광유전학 시스템을 개발하여 자유롭게 움직이는 동물에서 보다 자연스러운 실험을 할 수 있게 되었습니다. 이 기술은 제한 없는 조건에서 행동과 신경 회로에 대한 연구를 향상시킵니다. 광유전학 장치와 임플란트의 소형화로 소형 동물에서 덜 침습적인 실험이 가능해졌습니다. 이러한 장치는 뇌에 직접 이식하여 장기적이고 만성적인 연구가 가능합니다. 폐쇄 루프 광유전학 시스템은 신경 활동의 실시간 피드백을 통합하여 빛 자극을 조정합니다. 이러한 시스템은 특정 신경 패턴에 대한 동적 실험을 가능하게 하여 신경 회로에 대한 이해를 향상시킵니다. 바이러스 벡터와 유전자 전달 기술의 혁신으로 광유전학 도구를 표적 세포나 조직에 도입하는 효율성과 특이성이 향상되었습니다. 이를 통해 더 광범위한 유기체와 세포 유형에서 광유전학을 채택할 수 있었습니다.

광유전학과 결합된 2광자 현미경을 통해 빛이 뇌 조직으로 더 깊이 침투할 수 있습니다. 이 혁신은 광유전학 실험의 공간적 범위를 확장하여 더 깊은 뇌 영역의 뉴런을 표적으로 삼을 수 있게 했습니다. Halorhodopsin(eNpHR) 및 Arch와 같은 억제 광유전학 도구의 개발로 신경 활동을 정확하게 억제할 수 있었습니다. 이제 연구자는 신경 회로를 양방향으로 조작하여 필요에 따라 뉴런을 활성화하고 억제할 수 있습니다. 제어를 위한 옵신 외에도 광유전학 센서가 개발되어 신경 활동과 생리적 매개변수를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 이러한 센서는 폐쇄 루프 실험에 귀중한 피드백을 제공하고 신경 역학을 연구할 수 있게 합니다. 광유전학은 전기 생리학적 기술과 통합되어 연구자가 빛 자극과 신경 활동 기록을 결합할 수 있게 되었습니다. 이러한 통합은 신경 회로 기능에 대한 포괄적인 관점을 제공합니다. 상업적 공급업체는 연구자에게 잘 특성화되고 검증된 광유전학 도구를 제공하여 광유전학을 발전시키는 데 중요한 역할을 했으며, 이를 통해 더 광범위한 과학 커뮤니티에서 광유전학 도구를 더 쉽게 이용할 수 있게 되었습니다. 이 요인은

신경 과학 연구의 발전

신경 과학 연구는 최근 몇 년 동안 기술 혁신, 협력적 노력, 자금 지원 증가로 인해 상당한 진전을 이루었습니다. 이러한 발전은 뇌와 그 기능에 대한 우리의 이해를 심화시켰습니다.

머신 러닝과 인공 지능은 대규모 신경 데이터를 분석하는 데 적용되어 뇌 활동 패턴을 디코딩하고, 행동을 예측하고, 신경학적 상태를 진단할 수 있게 되었습니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI)가 발전하여 뇌 신호를 사용하여 외부 장치를 보다 정밀하게 제어할 수 있게 되었습니다. 이러한 인터페이스는 보조 기술 및 신경 재활에 잠재적으로 적용될 수 있습니다. 줄기 세포에서 파생된 소형화된 3D 뇌 조직 모델인 뇌 오르가노이드의 개발로 연구자들은 초기 뇌 발달을 연구하고, 질병을 모델링하고, 보다 현실적인 환경에서 약물 반응을 테스트할 수 있게 되었습니다. 알츠하이머병과 다발성 경화증과 같은 신경 질환에서 신경 염증의 역할에 대한 이해가 커지면서 염증을 표적으로 삼는 새로운 치료 전략이 개발되었습니다. Human Connectome Project 및 BRAIN Initiative(혁신적 신경기술 발전을 통한 뇌 연구)와 같은 이니셔티브는 다양한 분야의 연구자들을 모아 뇌의 구조와 기능에 대한 이해를 가속화했습니다. 이 분야는 광유전학 및 뇌-컴퓨터 인터페이스와 같은 기술의 책임 있는 사용에 대한 논의를 포함하여 뇌 연구와 관련된 윤리적 고려 사항을 해결하는 데 진전을 이루었습니다. 이 요인은 글로벌 광유전학 시장의 수요를 촉진할 것입니다.

적용 분야 확대

적용 분야 확대는 실제로 광유전학 수요를 견인하는 중요한 요인이었습니다. 원래 신경과학을 위한 강력한 연구 도구로 개발된 광유전학은 다양한 분야에 적용되어 도달 범위와 영향력을 확대했습니다. 광유전학의 주요 응용 분야는 신경 과학으로, 연구자들이 전례 없는 정밀도로 특정 뉴런과 신경 회로를 제어하고 조작할 수 있게 해주었습니다. 그것은 뇌 기능, 행동 및 신경 질환의 근본적인 메커니즘에 대한 우리의 이해를 심화시켰습니다. 광유전학은 심장학에서 심장 조직을 제어하고 심장의 전기적 활동을 연구하는 데 적용되었습니다. 그것은 부정맥 연구와 심장 질환에 대한 새로운 치료법 개발에 잠재적으로 응용될 수 있습니다. 시력학에서 광유전학은 시각 시스템과 망막 기능을 연구하는 데 사용되었습니다. 연구자들은 망막 변성과 같은 상태에서 시력을 회복하는 잠재력을 탐구했습니다. 광유전학은 연구자들이 줄기 세포의 분화와 기능을 제어할 수 있도록 하여 재생 의학에서 역할을 합니다. 그것은 조직 공학과 세포 기반 치료법 개발에 잠재적으로 응용될 수 있습니다. 광유전학은 신경계의 통증 인식과 경로를 연구하는 데 사용되었습니다. 연구자들은 통증 관련 뉴런을 조작하여 만성 통증 상태를 더 잘 이해하고 잠재적인 개입책을 개발할 수 있습니다. 정신과 연구에 광유전학을 적용하면서 기분 장애, 중독, 불안에 관련된 신경 회로에 대한 조명이 비춰졌습니다. 이는 치료적 개입을 위한 잠재적 대상에 대한 통찰력을 제공합니다.

광유전학은 호르몬 조절과 내분비계를 연구하는 데 사용되었습니다. 연구자는 호르몬의 방출을 제어하고 다양한 생리적 과정에 미치는 영향을 조사할 수 있습니다. 광유전학은 암 연구에 적용되어 세포 행동을 제어하고 종양 성장과 전이를 연구하는 데 사용되었습니다. 이는 암 세포를 조작하고 반응을 연구하는 도구를 제공합니다. 연구자는 광유전학을 적용하여 면역 세포 행동과 반응을 조사했습니다. 이는 면역 세포 활성화를 제어하고 면역 체계 역학을 연구하는 수단을 제공합니다. 광유전학은 생물공학 및 합성 생물학에서 세포 과정을 설계하고 제어하는 데 사용됩니다. 이를 통해 원하는 기능을 수행하도록 세포를 정밀하게 엔지니어링할 수 있습니다. 제약 및 생명공학 회사는 광유전학을 사용하여 약물 발견에 잠재적인 약물 후보를 선별하고 테스트합니다. 이는 약물에 대한 세포 반응을 연구하는 데 귀중한 도구를 제공합니다. 광유전학이 새로운 응용 분야로 확장됨에 따라 신경 회로와 세포 기능을 조작하는 것의 윤리적 의미에 대한 논의가 더욱 두드러지게 되었습니다. 이 요인은 다음과 같은 수요를 가속화할 것입니다.

주요 시장 과제

신경 회로에 대한 제한된 이해

인간의 뇌는 엄청나게 복잡하며 수십억 개의 뉴런과 수조 개의 시냅스가 있습니다. 이러한 모든 요소가 어떻게 함께 작동하여 행동과 인지 기능을 생성하는지에 대한 이해는 아직 불완전합니다. 이러한 복잡성으로 인해 올바른 뉴런과 회로를 표적으로 삼는 광유전학 실험을 설계하는 것이 어렵습니다. 특히 마우스와 같은 모델 생물에서 신경 회로 매핑에 상당한 진전이 있었지만 여전히 지식에 간극이 있습니다. 뇌의 모든 신경 회로에 대한 포괄적인 맵이 부족하여 광유전학 실험의 정확도가 제한될 수 있습니다. 신경 회로는 개인마다 상당히 다를 수 있습니다. 한 사람의 뇌에서 작동하는 것이 다른 사람의 뇌에서는 같은 방식으로 작동하지 않을 수 있습니다. 이러한 가변성은 임상 환경에서 광유전학 기술을 적용하는 것을 복잡하게 만들 수 있습니다. 일부 심부 뇌 영역은 접근하고 연구하기 어려워서 회로를 이해하기 어렵습니다. 이러한 영역에서의 광유전학 실험은 표적 뉴런에 빛을 효과적으로 전달하는 능력에 의해 제한될 수 있습니다. 특정 신경 회로를 복잡한 행동과 인지 기능에 연결하는 것은 엄청난 도전이 될 수 있습니다. 광유전학은 신경 활동을 조작할 수 있지만 신경 활동 패턴과 행동 간의 정확한 관계를 이해하는 것은 지속적인 노력입니다.

기술 비용

광유전학 실험에는 광원(예레이저 또는 LED), 광섬유, 이미징 시스템을 포함한 특수 장비가 필요합니다. 이러한 구성 요소는 특히 고품질의 연구 등급 시스템의 경우 비쌀 수 있습니다. 연구자는 종종 특정 실험 요구 사항에 맞게 광유전학 설정을 사용자 지정해야 합니다. 사용자 지정은 엔지니어링 전문 지식과 맞춤형 구성 요소가 필요할 수 있으므로 전체 비용을 증가시킬 수 있습니다. 옵신을 운반하는 바이러스 벡터와 같은 광유전학 시약의 구매는 지속적인 비용입니다. 이러한 시약은 실험을 위해 정기적으로 보충해야 합니다. 동물 연구에서 형질전환 동물을 유지하거나 바이러스 벡터를 투여하면 동물 사육, 관리 및 윤리적 감독과 관련된 비용이 발생할 수 있습니다. 프로토콜 설계부터 실험 수행 및 데이터 분석에 이르기까지 광유전학 실험을 수행하려면 숙련된 인력이 필요합니다. 훈련된 연구자를 고용하면 전체 비용이 추가됩니다. 연구자는 광유전학 기술에 대한 교육과 전문성이 필요하며, 여기에는 워크숍, 과정 또는 전문가 고용에 대한 추가 비용이 포함될 수 있습니다. 광섬유, 캐뉼라, 전극과 같은 소모품은 정기적으로 교체해야 하므로 지속적인 운영 비용이 추가됩니다.

주요 시장 동향

맞춤형 및 타겟형 접근 방식

연구자는 실험 요구 사항에 맞게 광유전학 도구를 맞춤화하고 있습니다. 이러한 맞춤화에는 변화된 운동학, 스펙트럼 특성 또는 조직 특이적 발현 패턴을 가진 변종과 같은 새로운 옵신의 개발이 포함됩니다. 이러한 맞춤형 도구를 사용하면 신경 회로를 보다 정확하고 효과적으로 제어할 수 있습니다. 광유전학에서의 멀티플렉싱은 단일 실험에서 서로 다른 특성을 가진 여러 옵신을 동시에 사용하는 것을 포함합니다. 이 접근 방식을 통해 연구자는 동일한 조직 또는 뇌 영역 내의 별개의 신경 집단을 타겟팅할 수 있습니다. 멀티플렉스 광유전학 시스템을 맞춤화하면 실험의 유연성이 향상됩니다. 맞춤화는 광유전학 실험에서 세포 유형 특이성을 달성하는 데까지 확장됩니다. 연구자는 흥분성 또는 억제성 뉴런이나 특정 분자 마커를 발현하는 뉴런과 같은 특정 세포 유형을 선택적으로 타겟팅하는 옵신을 설계하고 있습니다. 광유전학은 회로별 조작에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 맞춤 설계된 옵신과 타겟팅 전략을 통해 연구자는 특정 신경 경로 또는 시냅스를 활성화하거나 억제하여 복잡한 회로를 분석하여 기능을 이해할 수 있습니다. 잠재적인 임상 응용 분야의 맥락에서 연구자는 신경 및 정신 장애와 관련된 특정 신경 회로를 타겟팅하는 맞춤형 광유전학 접근 방식을 개발하고 있습니다. 이러한 타겟팅된 맞춤화는 정확한 치료적 개입을 개발하는 데 필수적입니다.

세그먼트별 통찰력

조명 장비 통찰력

2022년 글로벌 광유전학 시장에서 가장 큰 점유율은 예측 기간에 발광 다이오드(LED) 세그먼트가 주도했으며 향후 몇 년 동안 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

액추에이터 통찰력

2022년 글로벌 광유전학 시장에서 채널 로돕신 세그먼트가 주도했으며 향후 몇 년 동안 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

센서 통찰력

2022년 글로벌 광유전학 시장에서 염화물 세그먼트가 주도했으며 향후 몇 년 동안 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

응용 프로그램 통찰력

2022년 글로벌 광유전학 시장에서 가장 큰 점유율은 예측 기간에 신경 과학 세그먼트가 주도했으며 향후 몇 년 동안 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

지역 통찰력

북미 지역은 2022년 글로벌 광유전학 시장을 지배합니다. 이 지역에서 만성 질환의 유병률이 증가하고, 특히 대학 및 연구실에서 광유전학 기기 사용이 증가하고, 중요한 시장 참여자의 파트너십과 신제품 출시가 이루어지기 때문입니다. 신경학 분야의 성장을 주도하는 주요 요인은 정부 이니셔티브의 증가입니다. 더 많은 투자를 통해 더 많은 기업이 시장에 진출하여 환자 요구 사항을 충족하는 창의적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 증가하는 환자 인구에 대한 더 많은 관리가 필요하며, 이로 인해 광유전학에 대한 필요성이 높아지고 시장 확장이 가속화됩니다. 또한 파트너십과 계약이 산업을 촉진할 것으로 예상됩니다.

최근 개발

• 2022년 6월, Bruker Corporation에서 NeuraLight 3D Ultra 모듈을 출시하여 Bruker의 Ultima 다중 광자 현미경에서 최첨단 신경 과학 및 광유전학 연구 응용 프로그램을 용이하게 했습니다. NeuraLight 3D Ultra는 신경망과 뇌 계산에 대한 심층적인 기능 연구에 맞춰 제작된 최첨단 3D 홀로그램 광자극을 제공합니다. NeuraLight 3DUltra 모듈은 Bruker의 고유한 공간 광 변조기(SLM) 기술을 기반으로 더 넓은 시야, 향상된 조준 정밀도, 초당 600개 홀로그램 프레임이라는 업계 최고 속도를 제공하는 새로운 대형 액정 장치를 사용합니다. 연구자들은 Ultima2Pplus 현미경의 이미징 기능과 결합하면 더 큰 규모로 더 오랜 기간 동안 행동, 지각, 질병의 메커니즘을 조사할 수 있습니다.
• 2023년 2월, 9명의 환자를 대상으로 망막색소변성(RP) 치료에 대한 GS030을 평가하는 PIONEER 1/2상 임상 시험에서 유전자 치료 투여 1년 후에 유리한 안전성 데이터와 격려적인 효능 신호가 보고되었습니다. GenSight Biologics는 망막 신경퇴행성 질환과 중추 신경계 장애에 대한 새로운 유전자 치료법을 개발하고 상용화하는 데 주력하는 바이오제약 회사입니다. AAV2 기반 유전자 치료법(GS030-DP)과 광 자극 고글(GS030-MD)을 결합한 아노포제네틱 치료 후보인 GS030은 PIONEER라는 최초의 인체, 다중 센터, 오픈 라벨, 용량 증가 임상 시험에서 테스트되고 있습니다.

주요 시장 참여자

• Hubner Group(Cobolt Inc.)
• Coherent Inc.
• Gensight Biologics SA
• Laserglow Technologies
• Noldus Information Technology Inc.
• Judges' Scientific PLC(Scientifica)
• 상하이 레이저 & Optics Century Co.Ltd
• Bruker Corporation
• Thorlabs Inc