3D-Bioprinting-Markt Größe und Ausblick, 2023-2031

Marktübersicht

Der globale Markt für 3D-Bioprinting hatte im Jahr 2022 ein Volumen von 1,5 Milliarden US-Dollar. Schätzungen zufolge wird er bis 2031 ein Volumen von 6,33 Milliarden US-Dollar erreichen und im Prognosezeitraum (2023–2031) mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,5 % wachsen.

Beim dreidimensionalen (3D) Bioprinting werden Zellen, Wachstumsfaktoren und Biomaterialien kombiniert, um biomedizinische Teile herzustellen, die die natürlichen Eigenschaften des Gewebes nachahmen. Beim 3D-Bioprinting werden Biotinte – bestehend aus lebenden Zellen – sowie Biomaterialien und Strukturgerüste auf die Oberfläche aufgebracht, um 3D-Strukturen zu erzeugen.

In Kombination mit medizinischen Bildgebungsverfahren können biomimetische physikalische Modelle von Patientengewebe erstellt werden. Beim 3D-Bioprinting wird typischerweise ein schichtweiser Prozess verwendet, um Materialien abzulagern und gewebeähnliche Strukturen zu erstellen, die später in der Medizin und im Bereich Tissue Engineering verwendet werden. Bioprinting umfasst viele Biomaterialien und kann zum Drucken von Geweben und Organen zum Testen von Medikamenten verwendet werden. Darüber hinaus ist 3D-Bioprinting jetzt in der Lage, Gerüste zu drucken, die zum Rekonstruieren von Gelenken und Bändern verwendet werden können. Die steigende Zahl chronischer Krankheiten wie Herz- und Nierenversagen, die Zunahme der geriatrischen Bevölkerung und eine begrenzte Anzahl von Organspendern erfordern einen effektiven 3D-Bioprinting. Der technologische Fortschritt in der Gesundheitsbranche und wachsende Investitionen in F&E-Aktivitäten geben dem Marktwachstum Impulse.

Marktdynamik

Globale 3D-Bioprinting-Markttreiber

Einsatz in der Pharmaindustrie

Immer mehr Pharmaunternehmen integrieren 3D-Bioprinting-Produkte und -Technologien in den Prozess der Arzneimittelentdeckung und -entwicklung. Mit der 3D-Bioprinting-Methode können Pharmaunternehmen Arzneimittel sicherer und kostengünstiger testen als mit herkömmlichen Methoden. Der traditionelle Arzneimittelentdeckungsprozess dauert zwischen drei und sechs Jahren, während Unternehmen mit dem 3D-Bioprinting-Verfahren ein Arzneimittel in wenigen Stunden testen können. Die Verwendung von 3D-Bioprinting-Geweben ermöglicht es Forschungs- und Entwicklungsteams außerdem, neue Arzneimittel in präklinischen Studien und frühen Entwicklungsphasen zu testen. Zu den Vorteilen des 3D-Bioprintings gehören weniger Tierversuche, höhere Produktivität und ein verkürztes Arzneimittelentdeckungsverfahren.

Technologische Entwicklungen

Aufgrund bahnbrechender Entwicklungen in der Gesundheits- und Pharmabranche wird für den Markt für 3D-Bioprinting ein exponentielles Wachstum erwartet. 3D-Bioprinting ist ein aktives Forschungsgebiet, das sich aus verschiedenen biologisch angewandten Verarbeitungs- und Montagemethoden zusammensetzt, darunter Direktschreiben, Photolithografie, Mikrostempeln, Extrusion, Laserschreiben, Stereolithografie, Elektrodruck, Mikrofluidik und Tintenstrahlabscheidung. Darüber hinaus investieren mehrere Unternehmen massiv in F&E-Aktivitäten, um innovative Produkte zu entwickeln. Organovo, ein wissenschaftliches Labor und Forschungsunternehmen, ist führend im Bereich 3D-Bioprinting. Vor kurzem hat das Institute for Technology Inspired Regenerative Medicine mit Aspect Biosystems, einem kanadischen Unternehmen, zusammengearbeitet, um 3D-Druck in der regenerativen Medizin einzusetzen. Die steigende Nachfrage nach Hochleistungsgewebemodellen und die weit verbreitete Verwendung regenerativer Therapien wie Transplantationen und Gewebegenerierung treiben das Marktwachstum voran.

Globale Beschränkungen des 3D-Bioprinting-Marktes

Fachkräftemangel

Bioprinting in drei Dimensionen ist ein aufstrebendes Feld im Gesundheitssektor. Aufgrund der fortschreitenden technologischen Fortschritte wächst die Nachfrage nach qualifizierten Fachkräften in diesem Bereich. Eine kontinuierliche Prozessüberwachung ist für den effizienten Einsatz der 3D-Bioprinting-Technologie unerlässlich. Aufgrund unkontrollierter Prozessvariablen (wie z. B. Unterschiede zwischen Chargen und Maschinen) und Materialunterschieden variiert die Prozesskonsistenz zwischen den Plattformen. Diese Technologien und Verfahren erfordern das Fachwissen eines geschulten Fachmanns, der den 3D-Bioprinter verstehen und effizient bedienen kann. Das Entwerfen eines 3D-gedruckten Objekts ist schwieriger als der Druckvorgang selbst. Ebenso weisen 3D-gedruckte Modelle komplizierte Geometrien auf, die technische Unterstützung beim Drucken mit einem Material erfordern, das eine hohe Schrumpfung aufweist. Daher werden für diese Aufgaben qualifizierte Fachkräfte benötigt, um Druckfehler und -ausfälle zu vermeiden. Darüber hinaus stellt der Einsatz mehrerer Technologien das größte Hindernis für die 3D-Bioprinting-Branche dar. Dies hat die Nachfrage nach hochqualifiziertem Personal erhöht, um den Betrieb zu verwalten und Probleme während 3D-Bioprinting-Verfahren zu beheben.

Globale Marktchancen für 3D-Bioprinting

Mögliche Verwendung bei Organtransplantationen

3D-Bioprinting bietet vielversprechende Möglichkeiten im medizinischen Bereich, da es Ärzten ermöglicht, gebrochene Knochen zu ersetzen und neue Organe für Transplantationen zu erzeugen. Es ermöglicht auch den Druck von Prothesen, mit denen fehlende Gliedmaßen bei Patienten ersetzt werden können. Darüber hinaus ermöglicht der 3D-Bioprinting-Prozess eine schnellere Entwicklung von Organen und Geweben als die traditionelle Methode, die einen Spender erfordert und auch zeitaufwändig ist. Aufgrund der großen Diskrepanz zwischen der Nachfrage nach Organen und der Anzahl der Spender wird die Warteliste für Organtransplantationen täglich länger. Um dieses Problem zu lösen, entwickeln Wissenschaftler synthetische Organe. Die von Forschern geschaffenen Organe sind jedoch noch nicht für die Transplantation in Menschen geeignet. Diese unerfüllten Marktanforderungen haben die Forschung zur Herstellung von 3D-gedruckten Transplantationsorganen angeregt.

Regionalanalyse

Der Markt für 3D-Bioprinting ist in vier Regionen unterteilt: Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA.

Nordamerika dominiert den 3D-Bioprinting-Markt, da die Region von prominenten Marktteilnehmern, einer robusten Gesundheitsinfrastruktur und einem hohen verfügbaren Einkommen unterstützt wird. Die USA und Kanada sind aufgrund der umfangreichen Forschungsaktivitäten in diesem Bereich führend auf dem 3D-Bioprinting-Markt. Im Oktober 2018 vergab die US-amerikanische FDA einen Zuschuss von 2,5 Millionen USD an die fünf führenden F&E-Zentren für Bioproduktion, darunter das Institute of Technology in Georgia, die University of Carnegie Mellon, die Harvard University, die University of Rutgers und das Institute of Technology in Massachusetts. Im März 2016 erhielt das in den USA ansässige Pharmaunternehmen Aprecia Pharmaceutical als erstes Unternehmen weltweit die FDA-Zulassung für Spritam, ein biogedrucktes 3D-Medikament.

Der asiatisch-pazifische Raum wird im Prognosezeitraum voraussichtlich die höchste durchschnittliche jährliche Wachstumsrate aufweisen, da in Indien, China, Japan und Südostasien eine große Zahl von Menschen eine Organtransplantation anstrebt. Das wachsende Bewusstsein für 3D-Drucktechnologie, der steigende Zufluss ausländischer Investitionen und eine unterstützende Regierungspolitik treiben das regionale Marktwachstum voran. So hat China beispielsweise „Made in China 2025“ ins Leben gerufen, um fortschrittliche Technologie im 3D-Druck zu fördern. Das chinesische Ministerium für Industrie und Informationstechnologie hat ein spezielles Programm zur Kommerzialisierung der Branche veröffentlicht.

Der europäische Markt wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein deutliches Wachstum aufweisen. Kosmetikunternehmen nutzen 3D-Bioprinting in großem Umfang zum Drucken von Gewebe und Haarfollikeln, insbesondere in Europa, wo Tierversuche für kosmetische Zwecke seit 2013 verboten sind. Das Wachstum des 3D-Bioprinting-Marktes in Deutschland wird voraussichtlich schnell sein. Die Präsenz neuer Startup-Unternehmen in Deutschland nimmt zu. Darüber hinaus sind wichtige Akteure wie Electro Optical Systems, EnvisionTEC, GeSiM und 3D Systems, Inc. präsent, die erhebliche Umsätze erzielen, was zu einem Anstieg der 3D-Bioprinting-Produktion in der Region führt.

Die wachsende geriatrische Bevölkerung, die besonders anfällig für Verletzungen ist, wird voraussichtlich den LAMEA-3D-Bioprinting-Markt antreiben. Darüber hinaus würde eine zunehmende Verwendung von Bioprintern in der kosmetischen Chirurgie den Markt für 3D-Bioprinting ankurbeln. Der Mangel an qualifizierten Fachkräften, die Hightech-Versionen von 3D-Bioprinting-Geräten bedienen können, sowie die hohen Kosten für Geräte und Materialien werden das Wachstum des Marktes in den kommenden Jahren jedoch behindern.

Segmentanalyse

Basierend auf der Technologie ist der Markt segmentiert in Magnetschwebetechnik, Tintenstrahltechnik, Spritzentechnik und Lasertechnik.

Das Segment Tintenstrahldruck hatte den höchsten Umsatzanteil. Es ermöglicht den Druck komplexer lebender Organe oder Gewebe auf Kultursubstrate unter Verwendung von Biomaterialien als Biotinten. Die weit verbreitete Verwendung von Tintenstrahldruck im medizinischen Bereich treibt die Expansion des Segments voran. In diesem Artikel werden aktuelle Forschungstrends im Tintenstrahldruck als biologisch anwendbare Technologie erörtert, wobei der Schwerpunkt auf Gewebezüchtung und Arzneimittelverabreichungssystemen liegt. Aufgrund der gestiegenen Nachfrage und der höheren Zuverlässigkeit wird erwartet, dass dieses Segment im Prognosezeitraum erheblich wachsen wird.

Das Segment der Magnetschwebetechnik wird im Prognosezeitraum voraussichtlich das schnellste Wachstum aufweisen. Das Segment der Spritzen hält dagegen den größten Marktanteil. Die zunehmende Einführung von 3D-Biodrucktechniken durch Innovatoren treibt das Segmentwachstum voran. 3D-Biodrucker auf Basis der Magnetschwebetechnik können mehr als 80 % der aktuellen Probleme durch verbesserte Geschwindigkeit, Funktionalität und Präzision lösen. Diese Biodrucker werden häufig zum Drucken von Gefäßmuskeln, für Toxizitätsscreenings und zur Regeneration menschlicher Zellen eingesetzt. Beispielsweise hat BioAssay mithilfe der Magnetschwebetechnik eine gewebeähnliche Struktur entwickelt.

Basierend auf der Anwendung ist der Markt in die Bereiche Medizin, Zahnmedizin, Biosensoren, Verbraucher-/persönliche Produkttests, Biotinten sowie Lebensmittel und Tierprodukte segmentiert.

Der medizinische Bereich dominiert den Marktanteil. Die weit verbreitete Verwendung von Medikamenten zur Behandlung verschiedener chronischer Krankheiten treibt den Markt für 3D-Bioprinting an. Darüber hinaus treiben die wachsende Nachfrage nach Medikamenten und die kostengünstige Anwendung von Biomedikamenten mithilfe dieser Technologie das Segment an. Die Nachfrage nach Medikamenten steigt mit der wachsenden Zahl der Teilnehmer in der Pharmaindustrie. Millionen von Menschen auf der ganzen Welt nehmen regelmäßig Kapseln und Pillen ein. Daher wird erwartet, dass dieses Segment im Prognosezeitraum schnell wachsen wird.

Das Untersegment der Gewebe- und Organerzeugung dürfte im Prognosezeitraum die höchste durchschnittliche jährliche Wachstumsrate aufweisen. 3D-Bioprinting wird häufig zur Regeneration von Medikamenten eingesetzt, um den Bedarf an transplantierbaren Organen und Geweben zu decken.

jüngsten Entwicklungen

• März 2021 – CELLINK, das weltweit führende Unternehmen im Bereich Biokonvergenz, stellte die BIO MDXTM-Serie vor, die nächste Generation von Biodruckern, die für die Hochdurchsatz-Biofabrikation und den präzisen 3D-Biodruck für die biomedizinische Herstellung, beispielsweise biokompatibler medizinischer Geräte, entwickelt wurden.
• November 2022 – Das indische Technologie-Startup Avay Biosciences hat einen 3D-Drucker entwickelt, mit dem menschliches Gewebe gedruckt werden kann. Der Prototyp des Biodruckers „Mito Plus“ wurde am Indian Institute of Science in Bengaluru installiert. Mito Plus ist die verbesserte Version des Bio-3D-Druckers, der mit Input des IISc-Forschungslabors zum Prototyp entwickelt wurde.