Рынок оптогенетики — размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз на 2018–2028 гг. Сегментирован по световому оборудованию (лазер и светодиод), по приводу (каналородопсин, галородопсин и археродопсин), по датчику (кальций (экворин, хамелеон и другие датчики кальция), хлорид (кломелеон), мембранно-управляемые (русалка) и другие датчики), по применению (нейронаука, отслеживание поведения,

Обзор рынка

Глобальный рынок оптогенетики оценивается в 545,60 млн долларов США в 2022 году и, как ожидается, станет свидетелем впечатляющего роста в прогнозируемый период с CAGR 4,01% до 2028 года

Оптогенетика произвела революцию в нейронауке, обеспечив точный контроль нейронных цепей. Непрерывное развитие нашего понимания мозга и потребность в сложных инструментах для его изучения привели к принятию оптогенетических методов. Продолжающиеся достижения в области оптогенетических инструментов, включая разработку улучшенных опсинов (светочувствительных белков) и более точных систем доставки света, сделали оптогенетику более доступной и удобной для исследователей.

Ключевые драйверы рынка

Технологические инновации

Опсины — это светочувствительные белки, используемые в оптогенетике для контроля клеточной активности. Непрерывные исследования привели к разработке новых и улучшенных опсинов с улучшенными свойствами, такими как повышенная чувствительность к свету, более быстрое время отклика и измененные спектральные свойства. Эти инновации позволили более точно контролировать нейронные цепи. Мультиплексирование в оптогенетике включает одновременную активацию или ингибирование нескольких типов опсинов в разных нейронах или нейронных популяциях. Эта технология позволяет исследователям изучать сложные нейронные цепи и взаимодействия. Инновации в методах мультиплексирования улучшили масштабируемость и универсальность оптогенетических экспериментов. Разработаны усовершенствованные оптоволоконные системы и методы микроскопии для доставки света с высокой пространственной и временной точностью. Эти инновации позволяют исследователям нацеливаться на определенные области мозга или даже отдельные нейроны с большей точностью. Исследователи разработали беспроводные оптогенетические системы, которые устраняют необходимость в привязанных источниках света и позволяют проводить более натуралистичные эксперименты на свободно движущихся животных. Эта технология улучшает изучение поведения и нейронных цепей в условиях отсутствия ограничений. Миниатюризация оптогенетических устройств и имплантатов позволила проводить менее инвазивные эксперименты на мелких животных. Эти устройства можно имплантировать непосредственно в мозг, что позволяет проводить долгосрочные и хронические исследования. Замкнутые оптогенетические системы включают обратную связь в реальном времени от нейронной активности для регулировки световой стимуляции. Эти системы позволяют проводить динамические эксперименты в ответ на определенные нейронные паттерны, улучшая понимание нейронных цепей. Инновации в области вирусных векторов и методов доставки генов повысили эффективность и специфичность введения оптогенетических инструментов в целевые клетки или ткани. Это способствовало внедрению оптогенетики в более широкий спектр организмов и типов клеток.

Двухфотонная микроскопия в сочетании с оптогенетикой обеспечивает более глубокое проникновение света в мозговую ткань. Это нововведение расширило пространственный охват оптогенетических экспериментов, сделав возможным нацеливание на нейроны в более глубоких областях мозга. Разработка ингибирующих оптогенетических инструментов, таких как Галородопсин (eNpHR) и Arch, позволила осуществлять точное ингибирование нейронной активности. Теперь исследователи могут манипулировать нейронными цепями двунаправленно, активируя и ингибируя нейроны по мере необходимости. В дополнение к опсинам для управления были разработаны оптогенетические датчики для мониторинга нейронной активности и физиологических параметров в режиме реального времени. Эти датчики обеспечивают ценную обратную связь для экспериментов с замкнутым контуром и позволяют изучать нейронную динамику. Оптогенетика была интегрирована с электрофизиологическими методами, что позволяет исследователям сочетать световую стимуляцию с записью нейронной активности. Эта интеграция обеспечивает всестороннее представление о функции нейронной цепи. Коммерческие поставщики сыграли значительную роль в развитии оптогенетики, предоставив исследователям хорошо охарактеризованные и проверенные оптогенетические инструменты, сделав их более доступными для более широкого научного сообщества. Этот фактор поможет в развитии

Достижений в исследованиях в области нейронауки

Исследования в области нейронауки достигли значительных успехов в последние годы, чему способствовали технологические инновации, совместные усилия и увеличение финансирования. Эти достижения углубили наше понимание мозга и его функций.

Машинное обучение и искусственный интеллект были применены для анализа крупномасштабных нейронных данных, что позволило расшифровывать паттерны мозговой активности, прогнозировать поведение и диагностировать неврологические состояния. Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) усовершенствовались, что позволило более точно управлять внешними устройствами с помощью сигналов мозга. Эти интерфейсы имеют потенциальные применения во вспомогательных технологиях и нейрореабилитации. Разработка мозговых органоидов, миниатюрных 3D-моделей мозговой ткани, полученных из стволовых клеток, позволила исследователям изучать раннее развитие мозга, моделировать заболевания и тестировать реакцию на лекарства в более реалистичной среде. Растущее понимание роли нейровоспаления в неврологических заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и рассеянный склероз, привело к разработке новых терапевтических стратегий, нацеленных на воспаление. Такие инициативы, как Human Connectome Project и BRAIN Initiative (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies), объединили исследователей из разных дисциплин для ускорения нашего понимания структуры и функций мозга. В этой области были достигнуты успехи в решении этических вопросов, связанных с исследованиями мозга, включая обсуждения ответственного использования таких технологий, как оптогенетика и интерфейсы мозг-компьютер. Этот фактор будет стимулировать спрос на мировом рынке оптогенетики.

Расширение областей применения

Расширение областей применения действительно стало значительным фактором спроса на оптогенетику. Первоначально разработанная как мощный исследовательский инструмент для нейробиологии, оптогенетика нашла применение в различных областях, расширив свой охват и влияние. Основное применение оптогенетики было в нейробиологии, где она позволила исследователям контролировать и манипулировать определенными нейронами и нейронными цепями с беспрецедентной точностью. Она углубила наше понимание функций мозга, поведения и основных механизмов неврологических расстройств. Оптогенетика применялась в кардиологии для контроля сердечной ткани и изучения электрической активности сердца. Она имеет потенциальные применения в исследованиях аритмии и разработке новых методов лечения заболеваний сердца. В оптометрии оптогенетика использовалась для изучения зрительной системы и функции сетчатки. Исследователи исследовали ее потенциал для восстановления зрения при таких состояниях, как дегенерация сетчатки. Оптогенетика играет роль в регенеративной медицине, позволяя исследователям контролировать дифференциацию и функцию стволовых клеток. Она имеет потенциальное применение в тканевой инженерии и разработке клеточной терапии. Оптогенетика использовалась для изучения восприятия боли и путей в нервной системе. Исследователи могут манипулировать нейронами, связанными с болью, чтобы лучше понять состояния хронической боли и разработать потенциальные вмешательства. Применение оптогенетики в психиатрических исследованиях пролило свет на нейронные цепи, участвующие в расстройствах настроения, зависимости и тревожности. Оно дает представление о потенциальных целях для терапевтических вмешательств.

Оптогенетика использовалась для изучения гормональной регуляции и эндокринных систем. Исследователи могут контролировать высвобождение гормонов и исследовать их влияние на различные физиологические процессы. Оптогенетика нашла применение в исследованиях рака, где она использовалась для контроля поведения клеток и изучения роста и метастазирования опухолей. Он предлагает инструмент для манипулирования раковыми клетками и изучения их реакций. Исследователи применяют оптогенетику для изучения поведения и реакций иммунных клеток. Он предоставляет средства для контроля активации иммунных клеток и изучения динамики иммунной системы. Оптогенетика используется в биоинженерии и синтетической биологии для проектирования и управления клеточными процессами. Он позволяет точно проектировать клетки для выполнения желаемых функций. Фармацевтические и биотехнологические компании используют оптогенетику в разработке лекарств для скрининга и тестирования потенциальных кандидатов на лекарства. Он предоставляет ценный инструмент для изучения клеточных реакций на лекарства. По мере того, как оптогенетика расширяется в новые области применения, дискуссии вокруг этических последствий манипулирования нейронными цепями и клеточными функциями становятся все более заметными. Этот фактор ускорит спрос на

Основные проблемы рынка

Ограниченное понимание нейронных цепей

Человеческий мозг невероятно сложен, с миллиардами нейронов и триллионами синапсов. Наше понимание того, как все эти элементы работают вместе, создавая поведение и когнитивные функции, все еще неполно. Эта сложность затрудняет разработку оптогенетических экспериментов, нацеленных на нужные нейроны и цепи. Хотя был достигнут значительный прогресс в картировании нейронных цепей, особенно в модельных организмах, таких как мыши, в наших знаниях все еще есть пробелы. Отсутствуют всеобъемлющие карты всех нейронных цепей в мозге, что может ограничить точность оптогенетических экспериментов. Нейронные цепи могут значительно различаться у разных людей. То, что работает в мозге одного человека, может работать не так же в мозге другого человека. Эта изменчивость может усложнить применение оптогенетических методов в клинических условиях. Некоторые глубокие области мозга сложны для доступа и изучения, что затрудняет понимание их цепей. Оптогенетические эксперименты в этих областях могут быть ограничены способностью эффективно доставлять свет к целевым нейронам. Связывание определенных нейронных цепей со сложным поведением и когнитивными функциями может быть сложной задачей. Хотя оптогенетика может манипулировать нейронной активностью, понимание точной связи между паттернами нейронной активности и поведением является постоянной задачей.

Стоимость технологии

Для экспериментов по оптогенетике требуется специализированное оборудование, включая источники света (например, лазеры или светодиоды), оптические волокна и системы визуализации. Эти компоненты могут быть дорогими, особенно для высококачественных исследовательских систем. Исследователям часто приходится настраивать свои оптогенетические установки в соответствии со своими конкретными экспериментальными потребностями. Настройка может увеличить общую стоимость, поскольку может потребовать инженерной экспертизы и индивидуальных компонентов. Покупка оптогенетических реагентов, таких как вирусные векторы, несущие опсины, является постоянными расходами. Эти реагенты необходимо регулярно пополнять для экспериментов. В исследованиях на животных поддержание трансгенных животных или введение вирусных векторов может повлечь за собой расходы, связанные с размещением животных, уходом и этическим надзором. Для проведения экспериментов по оптогенетике необходим квалифицированный персонал, от разработки протоколов до проведения экспериментов и анализа данных. Привлечение обученных исследователей увеличивает общую стоимость. Исследователи должны пройти обучение и получить опыт в методах оптогенетики, что может повлечь за собой дополнительные расходы на семинары, курсы или найм экспертов. Расходные материалы, такие как оптические волокна, канюли и электроды, необходимо регулярно заменять, что увеличивает текущие эксплуатационные расходы.

Основные тенденции рынка

Настройка и целевые подходы

Исследователи настраивают оптогенетические инструменты в соответствии со своими экспериментальными требованиями. Эта настройка включает разработку новых опсинов, таких как варианты с измененной кинетикой, спектральными свойствами или тканеспецифичными паттернами экспрессии. Эти адаптированные инструменты позволяют более точно и эффективно контролировать нейронные цепи. Мультиплексирование в оптогенетике подразумевает одновременное использование нескольких опсинов с различными свойствами в одном эксперименте. Этот подход позволяет исследователям нацеливаться на различные нейронные популяции в пределах одной ткани или области мозга. Настройка мультиплексных оптогенетических систем повышает гибкость экспериментов. Настройка распространяется на достижение специфичности типа клеток в оптогенетических экспериментах. Исследователи разрабатывают опсины, которые избирательно нацеливаются на определенные типы клеток, такие как возбуждающие или тормозные нейроны или нейроны, экспрессирующие определенные молекулярные маркеры. Оптогенетика все чаще используется для манипуляций, специфичных для цепей. Специально разработанные опсины и стратегии нацеливания позволяют исследователям активировать или подавлять определенные нейронные пути или синапсы, рассекая сложные цепи, чтобы понять их функцию. В контексте потенциальных клинических приложений исследователи разрабатывают индивидуальные оптогенетические подходы для нацеливания на определенные нейронные цепи, связанные с неврологическими и психиатрическими расстройствами. Эта целевая настройка имеет решающее значение для разработки точных терапевтических вмешательств.

Сегментарные данные

Световые данные

В 2022 году наибольшую долю мирового рынка оптогенетики занимал сегмент светодиодов (LED) в прогнозируемый период, и, по прогнозам, он продолжит расти в ближайшие годы.

Сведения об актуаторах

В 2022 году на мировом рынке оптогенетики доминировал сегмент канального родопсина, и, по прогнозам, он продолжит расти в ближайшие годы.

Сведения об датчиках

В 2022 году на мировом рынке оптогенетики доминировал сегмент хлоридов, и, по прогнозам, он продолжит расти в ближайшие годы.

Сведения об приложениях

В 2022 году наибольшую долю мирового рынка оптогенетики занимал сегмент нейронауки в прогнозируемый период и, как ожидается, продолжит расширяться в ближайшие годы.

Региональные данные

Североамериканский регион доминирует на мировом рынке оптогенетики в 2022 году. Из-за растущей распространенности хронических заболеваний в этом регионе, все более широкого использования оптогенетических устройств, особенно в университетских и исследовательских лабораториях, а также партнерств и запуска новых продуктов важными участниками рынка. Основными драйверами роста в неврологической области являются растущие правительственные инициативы. С увеличением инвестиций больше компаний могут выйти на рынок и предложить креативные решения для удовлетворения потребностей пациентов. Растущему количеству пациентов требуется больше ухода, что повышает потребность в оптогенетике и ускоряет расширение рынка. Кроме того, прогнозируется, что партнерства и соглашения будут способствовать развитию отрасли.

Последние разработки

• В июне 2022 года компания Bruker Corporation запустила модуль NeuraLight 3D Ultra для содействия передовым исследованиям в области нейронауки и оптогенетики на многофотонных микроскопах Ultima компании Bruker. NeuraLight 3D Ultra предлагает передовую технологию трехмерной голографической фотостимуляции, специально разработанную для углубленных функциональных исследований нейронных сетей и вычислений мозга. Модуль NeuraLight 3DUltra использует новое, более крупное жидкокристаллическое устройство, которое открывает доступ к более широкому полю зрения, повышенной точности наведения и лидирующей на рынке скорости 600 кадров голограмм в секунду, основанной на уникальной технологии пространственного модулятора света (SLM) компании Bruker. Исследователи могут изучать механизмы, лежащие в основе поведения, восприятия и заболеваний, в большем масштабе и в течение более длительного периода времени при сочетании с возможностями визуализации микроскопа Ultima2Pplus.
• В феврале 2023 года клиническое исследование фазы I/II PIONEER, оценивающее GS030 для лечения пигментного ретинита (РП) у 9 пациентов с последующим наблюдением до 4 лет (n=1), сообщило о благоприятных данных по безопасности и обнадеживающих сигналах эффективности через 1 год после проведения генной терапии. GenSight Biologics — это абиофармацевтическая компания, занимающаяся разработкой и коммерциализацией новых методов генной терапии для лечения нейродегенеративных заболеваний сетчатки и расстройств центральной нервной системы. GS030, аноптогенетический терапевтический кандидат, сочетающий генную терапию на основе AAV2 (GS030-DP) с использованием светостимулирующих очков (GS030-MD), проходит испытания в первом многоцентровом открытом клиническом исследовании с повышением дозы на людях под названием PIONEER.

Ключевые игроки рынка

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