Рынок метаболомики — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по продукту (инструменты для метаболомики, инструменты и услуги биоинформатики для метаболомики), по показаниям (рак, сердечно-сосудистые заболевания, неврологические заболевания, врожденные нарушения метаболизма и другие), по применению (разработка биомаркеров и лекарств, токсикология, нутриге

Обзор рынка

Глобальный рынок метаболомики оценивался в 2,22 млрд долларов США в 2023 году и, как ожидается, будет прогнозировать впечатляющий рост в прогнозируемый период с CAGR 8,23% до 2029 года. Глобальный рынок метаболомики обусловлен несколькими ключевыми факторами, способствующими его росту. Достижения в аналитических технологиях, в частности масс-спектрометрии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), значительно расширили возможности метаболомики в изучении метаболитов малых молекул. Эти технологические достижения позволили исследователям идентифицировать и количественно определять широкий спектр метаболитов в биологических образцах с большей точностью и чувствительностью. Растущее применение метаболомики в различных областях, таких как фармацевтика, биотехнология, экология и персонализированная медицина, расширяет рынок. Метаболомика все чаще используется для открытия биомаркеров, разработки лекарств и понимания механизмов заболеваний, что повысило ее спрос. Растущие инвестиции в научно-исследовательскую деятельность в сочетании с растущими инициативами финансирования со стороны государственного и частного секторов еще больше подпитывают рост рынка. Эти инвестиции направлены на разработку инновационных метаболомных решений и расширение областей применения метаболомики в здравоохранении и других отраслях.

Ключевые драйверы рынка

Технологические достижения

Достижения в аналитических технологиях, таких как масс-спектрометрия (МС), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и хроматография, ознаменовали новую эру в исследованиях и приложениях метаболомики. Эти технологии значительно развились, что позволило исследователям обнаруживать, идентифицировать и количественно определять метаболиты в биологических образцах с беспрецедентной чувствительностью и точностью. Например, масс-спектрометрия позволяет точно измерять молекулярные массы и паттерны фрагментации метаболитов, облегчая их идентификацию даже в сложных смесях. Она стала незаменимой в метаболомике из-за своей способности предоставлять подробную структурную информацию о метаболитах.

В дополнение к этим достижениям в области аппаратного обеспечения, улучшения в программном обеспечении для анализа данных сыграли решающую роль в метаболомике. Расширенные алгоритмы и вычислительные инструменты позволяют обрабатывать, выравнивать и интерпретировать крупномасштабные наборы метаболомных данных. Эта возможность необходима для извлечения значимых биологических идей из сложных данных. Автоматизация упростила рабочие процессы в лабораториях метаболомики, увеличив производительность и сократив человеческие ошибки. Автоматизированные конвейеры подготовки образцов, сбора данных и анализа улучшили воспроизводимость и надежность метаболомных экспериментов, сделав метаболомику более доступной и практичной в различных отраслях.

Применение в биомедицинских исследованиях

Исследователи и сотрудники BME приступают к новаторской инициативе по созданию всеобъемлющего химического атласа, детализирующего все иммунные клетки в организме человека. Этот амбициозный проект направлен на создание трехмерной микрокарты, которая поможет врачам ориентироваться в сложной роли иммунной системы при различных заболеваниях, в конечном итоге повышая точность терапии для пациентов. Их усилия начинаются на клеточном уровне, используя новую интегративную технику, разработанную для профилирования человеческой ткани с беспрецедентной детализацией. Этот инновационный подход, известный как Single Cell Spatially Resolution Metabolic (scSpaMet), позволяет исследователям фиксировать пространственное распределение, структуру, динамику и функциональные характеристики молекул в трехмерном контексте. Опубликованная в Nature Communications 13 декабря, структура scSpaMet основана на предыдущем достижении, запущенном командой Коскуна в 2021 году. Их более ранняя работа, подробно описанная в статье «3D Spatially Resolution Metabolomic profiling Framework», опубликованной в Science Advances, была сосредоточена на профилировании активности метаболитов и белков в образцах тканей человека. Эта основа заложила основу для их текущих усилий по расширению понимания за счет улучшенного пространственного разрешения и метаболического понимания, прокладывая путь для значительных достижений в биомедицинских исследованиях и клинической практике.

Метаболомика вносит значительный вклад в понимание механизмов заболеваний на молекулярном уровне. Выявляя нарушения метаболической регуляции, связанные с возникновением и прогрессированием заболеваний, исследователи получают ценную информацию о задействованных базовых биохимических путях. Эти знания не только расширяют наше фундаментальное понимание болезней, но и дают информацию для разработки целевых методов лечения, направленных на исправление метаболических дисбалансов. В разработке лекарств метаболомика играет решающую роль в оценке эффективности, безопасности и токсичности лекарств. Оценивая, как лекарства влияют на метаболические пути и изменяют профили метаболитов, исследователи могут оптимизировать кандидаты на лекарства и прогнозировать потенциальные побочные эффекты на ранних этапах процесса разработки. Такой подход ускоряет открытие новых терапевтических средств и поддерживает инициативы в области точной медицины, выявляя специфичные для пациента реакции на лечение.

Рост спроса на персонализированную медицину

Согласно статье под названием «Борьба с новыми психоактивными веществами с помощью метаболомикиисследование UHPLC-HRMS природных и синтетических опиоидов на моделях мышей мужского и женского пола», исследование стремится установить косвенный скрининговый подход для мониторинга НПВ, в частности новых синтетических опиоидов (НСО). Эта стратегия фокусируется на оценке изменений эндогенных уровней метаболитов в моче после системного ответа на их потребление. В исследовании использовались мышиные модели in vivo, где 16 животных обоих полов получали одну дозу морфина или фентанила. Образцы мочи собирались до и после введения препарата через несколько интервалов времени. Впоследствии эти образцы подвергались анализу с использованием нецелевого метаболомного рабочего процесса LC-HRMS. Экспериментальная структура направлена на выяснение метаболических изменений, вызванных NSO, используя сложные аналитические методы для выявления потенциальных биомаркеров, связанных с их приемом. Этот подход не только стремится улучшить понимание метаболизма NPS, но и разработать эффективные стратегии для их обнаружения и наблюдения среди сложных проблем, связанных с развитием лекарственных составов на нелегальных рынках.

Метаболомное профилирование способствует мониторингу терапевтических ответов с течением времени. Отслеживая изменения в метаболических профилях до и после лечения, поставщики медицинских услуг могут оценивать эффективность лечения, корректировать терапию по мере необходимости и минимизировать побочные эффекты. Этот проактивный подход к управлению здравоохранением улучшает результаты лечения пациентов, гарантируя, что лечение персонализировано и оптимизировано на основе метаболических данных в реальном времени. При разработке лекарств метаболомика дает значительные преимущества, выявляя метаболические биомаркеры, связанные с мишенями лекарств и путями заболеваний. Это облегчает открытие новых терапевтических агентов и поддерживает инициативы точной медицины, направленные на разработку индивидуальных методов лечения для конкретных групп пациентов.

Растущее применение в сельском хозяйстве и пищевых науках

Метаболомика стала ценным инструментом в сельскохозяйственных исследованиях, предлагая понимание метаболических процессов растений и сельскохозяйственных культур, которые имеют решающее значение для повышения урожайности, качества и устойчивости к экологическим стрессам. Анализируя полный набор малых молекул или метаболитов в растениях, метаболомика позволяет исследователям понимать биохимические пути, участвующие в росте, развитии и реагировании на биотические и абиотические стрессы. Эти знания играют важную роль в селекционных программах, направленных на разработку новых сортов сельскохозяйственных культур с улучшенными характеристиками, такими как устойчивость к болезням, эффективность усвоения питательных веществ и устойчивость к засухе или экстремальным температурам.

В пищевых науках метаболомика играет ключевую роль в обеспечении безопасности, подлинности и качества пищевых продуктов. Она позволяет проводить комплексное профилирование пищевых метаболитов, загрязняющих веществ и биоактивных соединений, предлагая подробную оценку состава и качества пищевых продуктов. Метаболомные подходы применяются на протяжении всей цепочки производства пищевых продуктов — от фермы до стола — для мониторинга изменений в составе метаболитов во время выращивания, сбора урожая, обработки, хранения и распределения. Эта возможность поддерживает усилия по оптимизации методов обработки пищевых продуктов, сокращению пищевых отходов и поддержанию пищевой целостности.

Основные проблемы рынка

Стандартизация и контроль качества

Достижение стандартизированных протоколов и внедрение мер контроля качества в лабораториях и на платформах является критическим препятствием в области метаболомики. Изменчивость в обработке образцов, аналитических методах и анализе данных создает проблемы для воспроизводимости и сопоставимости метаболомных данных.

Одной из основных проблем является отсутствие единообразия в методах сбора, подготовки и хранения образцов среди различных исследовательских групп и учреждений. Изменения на этих этапах могут вносить смещения и артефакты, влияя на точность и надежность метаболомных результатов. Усилия по стандартизации направлены на установление согласованных протоколов для обработки образцов, включая использование стандартизированных пробирок для сбора, условий хранения (температура, продолжительность) и процедур экстракции и дериватизации.

Разнообразие аналитических методов, используемых для обнаружения метаболитов, таких как масс-спектрометрия (МС), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и хроматография, добавляет сложности. Каждый метод имеет свои сильные и слабые стороны, а различия в настройках приборов, протоколах сбора данных и алгоритмах обработки данных могут привести к различиям в результатах. Гармонизация этих аналитических подходов посредством проверки методов и межлабораторных сравнений имеет важное значение для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости данных. Анализ данных также представляет собой проблему, поскольку наборы данных метаболомики являются большими, сложными и многомерными. Стандартизация рабочих процессов обработки данных, включая нормализацию, выбор признаков, статистический анализ и инструменты биоинформатики, имеет решающее значение. Изменчивость в этих вычислительных этапах может привести к расходящимся интерпретациям и затруднить интеграцию метаболомных данных с другими наборами данных омики.

Обработка и анализ данных

Метаболомика, как быстро развивающаяся область, генерирует огромные объемы сложных данных, которые создают значительные проблемы при обработке, анализе и интерпретации данных. Эти проблемы вытекают из многомерной природы наборов данных метаболомики и необходимости в сложных вычислительных инструментах и опыте в области биоинформатики. Одной из основных проблем является нормализация данных, которая направлена на минимизацию систематических вариаций, запускаемых во время подготовки образцов, сбора данных и настройки приборов. Изменчивость экспериментальных условий и аналитических платформ может привести к различиям в распространенности метаболитов, что делает необходимым разработку надежных стратегий нормализации. Методы нормализации должны учитывать такие факторы, как объем образца, матричные эффекты и инструментальный дрейф, чтобы обеспечить точное сравнение между образцами и исследованиями.

Статистический анализ является еще одним важным аспектом интерпретации метаболомных данных. Из-за высокой размерности метаболомных наборов данных (часто тысячи признаков метаболитов) выбор соответствующих статистических тестов и методов коррекции для множественных сравнений имеет решающее значение. Статистические подходы, такие как одномерный и многомерный анализ, регрессионное моделирование и алгоритмы машинного обучения, используются для выявления значимых биомаркеров, классификации образцов и раскрытия метаболических путей, связанных с биологическими явлениями или болезненными состояниями.

Основные тенденции рынка

Интеграция с подходами омики

Интеграция метаболомики с другими дисциплинами омики, такими как геномика, протеомика и транскриптомика, представляет собой преобразующий подход в исследованиях системной биологии. Каждая дисциплина омики обеспечивает уникальное понимание различных слоев биологической информации, а в сочетании они предлагают комплексное представление о клеточных процессах, механизмах заболеваний и реакциях организма. Геномика фокусируется на изучении полного набора ДНК организма, предоставляя информацию о генетических вариациях, мутациях и их потенциальных последствиях для фенотипа. Транскриптомика изучает полный набор транскриптов РНК в клетке или ткани, выявляя паттерны экспрессии генов и регуляторные механизмы. Протеомика, с другой стороны, исследует весь набор белков, производимых организмом, предлагая понимание структуры, функции и взаимодействия белков.

Интегрируя метаболомику с геномикой, протеомикой и транскриптомикой, исследователи могут прояснить сложные отношения между генами, белками и метаболитами в биологических системах. Этот интегративный подход позволяет ученым определять биомаркеры заболеваний, понимать метаболические пути, лежащие в основе физиологических процессов, и раскрывать молекулярные механизмы действия и токсичности лекарств. Например, в исследованиях рака интеграция метаболомики с геномикой и протеомикой может помочь определить метаболические сигнатуры, связанные с прогрессированием опухоли и реакцией на терапию. Это целостное понимание может направлять разработку персонализированных стратегий лечения, адаптированных для отдельных пациентов на основе их уникальных молекулярных профилей.

Растущее внедрение в процесс открытия и разработки лекарств

Метаболомика играет важнейшую роль в процессе открытия и разработки лекарств, предоставляя бесценную информацию об изменениях метаболизма, вызванных лекарствами в биологических системах. Этот подход включает в себя всесторонний анализ метаболитов малых молекул, присутствующих в биожидкостях, тканях или клетках, предлагая уникальные преимущества в понимании реакции на лекарства, токсичности и эффективности. На доклинической фазе метаболомика способствует идентификации и проверке биомаркеров, которые указывают, как лекарства взаимодействуют с биологическими путями. Путем профилирования метаболитов в моделях животных или клеточных культурах, обработанных экспериментальными соединениями, исследователи могут различать метаболические сигнатуры, связанные с эффектами, вызванными лекарствами. Эти биомаркеры служат индикаторами фармакологической активности, помогая определить приоритетные соединения для дальнейшей разработки.

В клинических испытаниях метаболомика улучшает фармакокинетические и фармакодинамические оценки, выясняя, как лекарственные препараты всасываются, распределяются, метаболизируются и выводятся из организма. Анализируя профили метаболитов в образцах пациентов, таких как кровь, моча или спинномозговая жидкость, метаболомика предоставляет количественные данные о метаболизме лекарств и системных эффектах. Эта информация помогает в оптимизации дозировки, стратификации пациентов на основе метаболических фенотипов и прогнозировании результатов лечения. Метаболомное профилирование позволяет на ранней стадии выявлять токсичность или побочные эффекты, вызванные лекарствами. Отслеживая изменения в метаболических путях, связанных с клеточным стрессом или повреждением органов, исследователи могут выявлять потенциальные проблемы безопасности до того, как они проявятся клинически. Этот проактивный подход улучшает оценку безопасности лекарств и минимизирует риск побочных реакций в клинических испытаниях и послепродажном наблюдении.

Сегментарные данные

Сведения о продукте

Основываясь на продукте, доминирующим сегментом на мировом рынке метаболомики являются инструменты и услуги биоинформатики Metabolomics. Однако инструменты и услуги биоинформатики играют решающую роль в исследованиях и приложениях метаболомики по нескольким причинам. Метаболомика генерирует огромные объемы сложных данных, для обработки, анализа и интерпретации которых требуются сложные вычислительные инструменты. Инструменты биоинформатики помогают исследователям управлять этими данными, нормализуя, анализируя и интегрируя их с другими данными омикс (геномика, протеомика и т. д.). Эта возможность необходима для понимания метаболических путей, идентификации биомаркеров и обнаружения потенциальных целей для лекарств.

Услуги биоинформатики предоставляют специализированную экспертизу и поддержку для исследований метаболомики. Они предлагают индивидуальный анализ данных, статистическое моделирование, анализ путей и инструменты визуализации, адаптированные к потребностям исследований метаболомики. Эти услуги представляют ценность для академических учреждений, фармацевтических компаний и биотехнологических фирм, занимающихся исследованиями и разработками, ориентированными на метаболомику. Достижения в области биоинформатики привели к разработке удобных для пользователя интерфейсов и платформ, которые повышают доступность для исследователей с различным уровнем вычислительных знаний. Эта доступность способствует сотрудничеству и ускоряет научные открытия в метаболомике.

Indication Insights

Основываясь на Indication, Cancer доминирует на мировом рынке метаболомики из-за своей важнейшей роли в обнаружении биомаркеров, персонализированной медицине и понимании метаболизма опухолей. Метаболомика позволяет идентифицировать метаболические сигнатуры, специфичные для различных типов и стадий рака, облегчая раннее выявление и точную диагностику. Эта возможность имеет решающее значение для разработки неинвазивных диагностических инструментов и эффективного мониторинга ответов на лечение. Метаболомика помогает распутывать сложные метаболические пути в опухолях, проливая свет на патогенез рака и определяя потенциальные терапевтические мишени. В персонализированной медицине метаболомика помогает прогнозировать индивидуальные ответы на терапию рака, оптимизировать стратегии лечения и минимизировать побочные эффекты. Она также играет ключевую роль в разработке лекарств, оценивая эффективность и токсичность лекарств, тем самым продвигая точную онкологию. В целом, применение метаболомики в исследованиях рака и клинической практике подчеркивает ее значительное влияние на улучшение результатов лечения пациентов и развитие онкологической помощи во всем мире.

Региональные идеи

Северная Америка стала ключевым игроком в секторе метаболомики по нескольким причинам. Регион может похвастаться развитой инфраструктурой здравоохранения, включающей ведущие научно-исследовательские институты, биотехнологические компании и академические центры. Эта инфраструктура способствует передовым исследованиям и разработкам в области метаболомики, используя самые современные технологии и методологии.

Последние разработки

• В декабре 2023 года ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего представили «обратную метаболомику» — новаторский метод, который продвигает исследования микробиома. Используя эту технику, они идентифицировали сотни ранее неизвестных человеческих молекул, а также новый биомаркер и потенциальную терапевтическую мишень для воспалительного заболевания кишечника.
• В марте 2023 года FlareTherapeutics, стартап, сосредоточенный на открытии лекарств, получил 123 миллиона долларов США в финансировании серии B. Раунд совместно возглавляли GordonMD Global Investments и Pfizer Venture Investments. Финансирование в первую очередь поддержит его предстоящее клиническое исследование, запланированное на конец 2023 года, которое будет посвящено его онкологической программе. Компания FlareTherapeutics, базирующаяся в Массачусетсе и основанная два года назад, работает в бурно развивающемся секторе разработки лекарственных препаратов, который оживился благодаря достижениям в области омикс-технологий, включая геномику, метаболомику, протеомику и транскриптомику, позволяющим находить новые мишени для лекарственных препаратов.
• В апреле 2023 года стартап PredOmix из Гургаона (Индия) впервые разработал новый анализ крови, предназначенный для выявления примерно 32 типов рака у мужчин и женщин с точностью 98 процентов. Эта запатентованная технология, известная как OncoVeryx-F, объединяет метаболомику, которая фокусируется на изучении малых молекул, с искусственным интеллектом (ИИ). Она направлена на выявление уникальных сигнатур метаболитов, связанных с различными видами рака, с помощью одного комплексного теста.

Ключевые игроки рынка

• Metabolon, Inc.
• Agilent Technologies, Inc.
• Bruker Corporation
• Human Metabolome Technologies America, Inc.
• Thermo Fisher Scientific Inc.
• Shimadzu Корпорация
• Danaher Corporation
• Waters Corporation
• Metware Biotechnology Inc.
• Afekta Technologies Ltd.