Markt für 3D-Zellkulturen Größe und Ausblick, 2023-2031

Marktübersicht

Der globale Markt für 3D-Zellkulturen wurde im Jahr 2022 auf 1.742,6 Millionen USD geschätzt. Bis 2031 soll er 6.835,5 Millionen USD erreichen und im Prognosezeitraum (2023–2031) eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 16,4 % aufweisen. Faktoren wie die Vorteile der Verwendung von 3D-Kulturtechniken gegenüber 2D-Kulturen und erhöhte Ausgaben für F&E-Aktivitäten stimulieren das Marktwachstum.

Eine 3D-Zellkultur ist eine Anordnung biologischer Zellen in einer In-vitro-Umgebung, die den In-vivo-Bedingungen im menschlichen Körper sehr nahe kommt. Die drei Hauptkategorien, in die 3D-Zellkulturen eingeteilt werden, sind traditionelle Kulturen, Organ-on-Chip-Modelle und Gewebebioengineering. Die 3D-Zellkulturtechnologie gilt aufgrund ihrer Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden als wichtiges Instrument bei der Arzneimittelentdeckung, toxikologischen Tests, Gewebeengineering und Grundlagenforschung. Wenn Zellen dreidimensional (3D) kultiviert werden, können Komponenten der extrazellulären Matrix (ECM) exprimiert werden und die Interaktion mit der Kulturumgebung verbessern.

Marktdynamik

Globale 3D-Zellkultur-Markttreiber

Vorteile der Verwendung von 3D-Kulturtechniken gegenüber 2D-Kultur

Seit der Erfindung der Zellkulturtechniken werden Zellen in 2D (Monoschicht) kultiviert, die an Laborgeschirr über Substraten befestigt sind. Es ist eine Herausforderung, diese In-vitro-Experimente durchzuführen und die Ergebnisse in klinische Studien zu übertragen, da diese künstliche Umgebung den physiologischen Bedingungen im menschlichen Körper nicht sehr ähnelt. Darüber hinaus sind die extrazelluläre Matrix und mehrere andere biologische Prozesse ständig den Körperzellen ausgesetzt und interagieren mit ihnen. Bei der In-vitro-Zellkultur auf 2D-Oberflächen ist jedoch häufig ein Verlust der Zellfunktionalität, des Phänotyps und der Morphologie zu beobachten, vor allem bei spezialisierten Zellen. Diese Zellkultur ist eine schlechte Darstellung der In-vivo-Bedingungen. Andererseits lösen 3D-Zellkulturen diese Probleme, indem sie die In-vivo-Umgebung genau simulieren, was sie zu einem besseren Modell macht. Aufgrund ihrer Vorteile gegenüber 2D-Zellkulturen werden 3D-Zellkulturen immer beliebter und treiben die Expansion des Marktes während des Untersuchungszeitraums voran.

Erhöhte Ausgaben für F&E-Aktivitäten

3D-Zellkulturen in verschiedenen medizinischen Anwendungen, darunter Arzneimittelentdeckung und -entwicklung, Stammzellenforschung und Krebstherapien, treiben die biologische Forschung voran. Dies wird vor allem durch ihre Fähigkeit ermöglicht, körperliche Prozesse und Funktionen vom molekularen Niveau bis hin zum Niveau eines gesamten Organismus zu reproduzieren. Verschiedene pharmazeutische und biotechnologische Unternehmen haben begonnen, in forschungsbasierte Aktivitäten zu investieren, um die Gesamtkosten und den Zeitaufwand für Arzneimittelentdeckung, Behandlungen und Therapien zu reduzieren. Der Gesundheitssektor hat in den letzten Jahrzehnten zunehmende Investitionen öffentlicher und privater Organisationen erlebt. Regierungsbehörden oder andere etablierte Unternehmen investieren in kleine Start-up-Unternehmen. Daher wird die allgemeine Zunahme der Finanzierung und Investitionen von pharmazeutischen und biotechnologischen Unternehmen und Organisationen das Wachstum des globalen 3D-Zellkulturmarktes bald beschleunigen.

Globale Beschränkungen auf dem 3D-Zellkulturmarkt

Erhöhter Implementierungsaufwand

3D-Zellkulturen sind anspruchsvoller als herkömmliche einschichtige Kulturen und erfordern daher modernste Zellkulturmaterialien. Dadurch steigen die direkten Gesamtkosten des Experiments. Obwohl 3D-Zellkulturen Vorteile haben, sind 3D-Gerüste und Materialien teurer als Laborgeräte für 2D-Zellkulturen. Der Einsatz von 3D-Zellkulturen bei der Arzneimittelforschung kann daher aufgrund der enormen Anzahl der erforderlichen Experimente zu unerschwinglichen Kosten für die Arzneimittelentwicklung führen. Darüber hinaus untersuchen spezielle Mikroskope die Protein- oder Genexpression in 3D-Zellkulturen. Synthetische Hydrogele und ECM-Proteine erhöhen den Preis ebenfalls. Diese Faktoren machen 3D-Zellkulturen für die Forschung weniger wünschenswert, da sie die Gesamtkosten des gesamten experimentellen Prozesses erhöhen. Im Analysezeitraum wird erwartet, dass dies das Wachstum des Marktes behindert.

Globale Marktchancen für 3D-Zellkulturen

Technologischer Fortschritt

Aufgrund der zahlreichen Fortschritte im medizinischen Bereich spielt die Technologie im gesamten Prozess eine große Rolle. Eine solche Innovation, die dramatisch an Popularität gewonnen hat, ist die 3D-Zellkultur. In den letzten Jahren haben zellbasierte Ansätze in der Arzneimittelentwicklung an Bedeutung gewonnen und nach und nach biochemische Tests ersetzt. Die 3D-Zellkulturtechnologie hat das Potenzial, qualitativ hochwertigere In-vitro-Ergebnisse zu erzielen, und hat in der Arzneimittelentwicklungsbranche große Akzeptanz gefunden. Darüber hinaus konnten Forscher mithilfe bildgebender Verfahren dank der Entwicklung eines 3D-Mikrogewebes wichtige Schlussfolgerungen ziehen.

Mehrere Unternehmen entwickeln Bildgebungsprodukte, um 3D-Bilder aufzunehmen, die analysiert und weiter erforscht werden können, um neue Therapeutika zu entwickeln. Als Ergebnis dieser Entwicklungen bei gesundheitsbezogenen Produkten werden 3D-Zellkulturen für die Forschung in verschiedenen Branchen immer mehr akzeptiert. Der Markt ist durch die Verwendung von 3D-Zellkulturprodukten in Bereichen wie Krebsforschung, regenerativer Medizin und Stammzellenforschung gewachsen. Darüber hinaus kann die 3D-Multimaterialdrucktechnologie durch die Verwendung von 3D-Gerüsten zur Herstellung von Geweben maßgeschneiderte Funktionen für die Verwendung von 3D-Aktuatoren in der Gewebezüchtung liefern. Daher wird erwartet, dass die technologischen Entwicklungen bei 3D-Zellkulturprodukten und -geräten bald lukrative Möglichkeiten für die Expansion des Marktes schaffen werden.

Regionale Analyse

Der globale Markt für 3D-Zellkulturen ist in Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik und LAMEA unterteilt.

Nordamerika dominiert den Weltmarkt

Nordamerika ist der größte Umsatzträger und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 14,3 % wachsen. Es wird prognostiziert, dass die USA, Kanada und Mexiko den größten Teil des Marktes für 3D-Zellkulturen in Nordamerika ausmachen werden. Da zahlreiche Pharma- und Biotechnologieunternehmen in Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen und klinischen Laboren 3D-Kulturtechnologie zur Entwicklung regenerativer Medikamente sowie zur Arzneimittelentdeckung und -entwicklung einsetzen, wird erwartet, dass sie im Prognosezeitraum ihre Vorherrschaft behält. Im Prognosezeitraum wird der US-Markt für 3D-Zellkulturen voraussichtlich den größten Anteil am gesamten nordamerikanischen Markt halten. Die steigende Nachfrage nach 3D-Kulturprodukten ist in erster Linie auf die gestiegene Nachfrage nach Organtransplantationen und die F&E-Aktivitäten für technologisch fortschrittliche Lösungen zurückzuführen. Um den Forschungsprozess zu beschleunigen, haben Gesundheitsunternehmen auch mit verschiedenen Forschungsinstituten zusammengearbeitet und diese unterstützt.

Europa wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 17,6 % wachsen. Deutschland, Frankreich, Großbritannien und der Rest Europas werden alle als eine europäische Region betrachtet. Auf dem globalen 3D-Zellkulturmarkt wird die Region voraussichtlich den zweiten Platz einnehmen. Führende biopharmazeutische Unternehmen sind in diesem Bereich vertreten, und die Zunahme der Finanzierungsaktivitäten privater Organisationen wird darauf zurückgeführt. Darüber hinaus hat Europa in den letzten Jahren an vorderster Front der Wissenschaft und Industrie bedeutende biotechnologische F&E für Organoide und Produktentwicklungen erlebt. Darüber hinaus wird aufgrund der zunehmenden Krebsprävalenz mehr Forschung zur Krebsdiagnose und -behandlung betrieben. 3D-Zellkulturen werden immer häufiger verwendet, um personalisierte Arzneimitteltherapien für Krebspatienten zu entwickeln. Daher wird erwartet, dass 3D-Zellkulturprodukte zunehmen und das Wachstum des Marktes unterstützen werden. Die Zunahme der Krebsprävalenz wird voraussichtlich von einer Zunahme der F&E zur Arzneimittelentdeckung begleitet.

Vier Länder – Japan, China, Indien, Australien und der Rest des asiatisch-pazifischen Raums – sind in die regionale Analyse einbezogen. Im Prognosezeitraum wird mit einem schnelleren Wachstum gerechnet. Die Nachfrage nach 3D-Zellkulturprodukten steigt in der Region, da sie eher in Studien zu Krebs, Stammzellen und regenerativer Medizin eingesetzt werden. So entwickelte die Universität Okayama in Japan im August 2020 ein 3D-Zellkulturmodell für Bauchspeicheldrüsenkrebs, das das bei Patienten vorkommende fibrotische Gewebe nachbildet. Dank dieses Modells können die Forscher Behandlungen auf unterschiedliche Fibrosegrade abstimmen. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass China ein aufstrebender Markt ist, der enorme neue Möglichkeiten für Pharma- und Biotechnologieunternehmen bietet, die ihre Forschung und Entwicklung in der Arzneimittelentwicklung vorantreiben möchten.

Lateinamerika , der Nahe Osten und Afrika werden als LAMEA bezeichnet. Brasilien spielt aufgrund der steigenden Nachfrage nach Forschung im Gesundheitssektor eine bedeutende Rolle bei der Marktexpansion in LAMEA. So untersuchten Wissenschaftler der Centers for Disease Control and Prevention das Zika-Virus mithilfe von 3D-Mini-Gehirnen. Infektionen mit dem Zika-Virus sind in Südafrika und Lateinamerika weit verbreitet. Die Vorteile der 3D-Zellkultur können zur Behandlung dieser Krankheiten genutzt werden, was zur Expansion des Marktes beitragen wird. Darüber hinaus gibt es laufende Forschungsprojekte zu fortschrittlichen Zellkulturinitiativen für Forschungszwecke am Centre of Excellence for Pharmaceutical Sciences (PharmacenTM) der North West University (NWU), das in Südafrika ansässig ist. Derzeit arbeitet es mit dem dänischen Biotechnologieunternehmen CelVivo IVS zusammen, um 3D-Zellkulturtechnologie für die Krebsforschung einzusetzen. Viele Pharmaunternehmen bauen ihre Aktivitäten in der Region ebenfalls aus, da sie davon ausgehen, dass sich hier in den nächsten Jahren eine lukrative Möglichkeit zur geografischen Expansion und zu finanziellen Gewinnen ergeben wird.

Segmentanalyse

Der globale Markt für 3D-Zellkulturen ist nach Produkt, Anwendung und Endbenutzer segmentiert.

Basierend auf dem Produkt ist der globale Markt in gerüstbasierte Plattformen, gerüstfreie Plattformen, Gele, Bioreaktoren, Mikrochips und Dienstleistungen unterteilt.

Das Segment der Gerüstplattformen leistet den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich um durchschnittlich 17 % wachsen. Zellen werden in Gerüstplattformen in extrazellulärer Matrix oder synthetischen Materialien gezüchtet. Die Eigenschaften des Gerüsts und die Eigenschaften des Gerüstmaterials beeinflussen die Zelladhäsion, -vermehrung und -aktivierung. Eine Vielzahl von Eigenschaften, darunter die verwendeten Materialien, die Geschwindigkeit, mit der sich neues Gewebe bildet, und die Gerüsteigenschaften, sollten je nach Anwendung geändert werden, um die erforderliche mechanische Funktion und Geschwindigkeit der Neubildung von Gewebe zu erreichen. Die Porenverteilung, Porosität und freiliegende Oberfläche des Gerüsts können sich darauf auswirken, wie gut der Regenerationsprozess letztendlich funktioniert, indem sie beeinflussen, wie und wie schnell Zellen in die extrazelluläre Matrix eindringen.

Plattformen ohne Gerüst haben keine extrazelluläre Matrix oder andere Biomaterialien. Das Fehlen einer Oberfläche auf diesen Plattformen zwingt die Zellen, ihre dreidimensionale extrazelluläre Matrix zu erstellen und anzuordnen, die in vivo-Geweben sehr ähnelt. Sphäroide sind diese kugelförmigen Cluster von Zellkolonien, die sich selbst zusammensetzen. Diese Techniken ergeben ein hervorragendes physiologisches Modell, da sie die metabolischen und proliferativen Gradienten, die Zellen natürlicherweise produzieren, wie Nährstoffe, Sauerstoff, Kohlendioxid und Abfallprodukte, genau nachahmen.

Basierend auf der Anwendung ist der globale Markt in Krebsforschung, Stammzellenforschung, Arzneimittelforschung und regenerative Medizin unterteilt.

Das Segment Krebsforschung leistet den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 15,5 % wachsen. Die extrazelluläre Matrix (ECM), Stromazellen, Krebsstammzellen und proliferierende Tumorzellen sind alle notwendig, um einen Tumor mit typischer Zellmorphologie und -funktion in einer In-vitro-Umgebung zu reproduzieren. Diese Elemente beeinflussen, interagieren und erwecken letztendlich das Tumorzellkulturmodell zum Leben. Diese Tumorzellen verlieren die Interaktionen, wenn sie aus dem menschlichen Körper entfernt und in einer 2D-Umgebung kultiviert werden, was ihre Reaktion auf Krebsbehandlungen verändert. 3D-Zellkulturmodelle können jedoch für die Krebsforschung verwendet werden, da sie der Tumormikroumgebung sehr ähnlich sind.

Dank intensiver Forschung und Entwicklung werden 3D-Kulturtechniken heute als wirksames Instrument in der präklinischen Arzneimittelentdeckung eingesetzt und sind nicht mehr länger auf die Forschungsgemeinschaft beschränkt. Dank der jüngsten Entwicklungen in der Zellbiologie und bei Methoden der Gewebezüchtung wurde eine Vielzahl von 3D-Zellkulturtechnologien entwickelt. Dazu gehören unter anderem Gerüste, multizelluläre Sphäroide, Hydrogele, 3D-Bioprinting und Organoide. Infolgedessen werden 3D-Zellkulturmodelle heute in verschiedenen Phasen des Arzneimittelentdeckungsprozesses häufiger eingesetzt. Die Phasen der Leitstrukturidentifizierung, der präklinischen Optimierung und der Zielvalidierung sind die Phasen, in denen 3D-Zellkulturen am häufigsten eingesetzt werden.

Da diese Kulturen zudem das Wachstum patientenspezifischer Zellen in vitro ermöglichen, bietet die Implementierung von 3D-Zellkulturen in Pathophysiologien lukrative Möglichkeiten für die Entwicklung präziser personalisierter Medikamente für Krankheiten. Da sich die Arzneimittelempfindlichkeit in 3D-Modellen deutlich von der in 2D-Zellkulturmodellen unterscheidet, sind 3D-Zellkulturen für die Arzneimittelentdeckung und -entwicklung von entscheidender Bedeutung. Ebenso wird erwartet, dass Verbesserungen bei Screening-Methoden zur frühen Erkennung von Arzneimitteltoxizität und zur Erfassung physiologisch wertvoller Daten beitragen und so den Arzneimittelentdeckungsprozess beschleunigen.

Basierend auf dem Endverbraucher ist der globale Markt in Biotechnologie- und Pharmaunternehmen, Auftragsforschungslabore und akademische Institute unterteilt.

Das Segment der akademischen Institute leistet den größten Beitrag zum Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich um durchschnittlich 16,5 % wachsen. Viele Institute und Universitäten weltweit untersuchen die möglichen Ergebnisse der Verwendung von 3D-Zellkulturen in ihren Forschungsprojekten unter Berücksichtigung der laufenden Verfahren zur Arzneimittelentdeckung, -entwicklung und -prüfung. Aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach 3D-Zellkulturen für verschiedene Anwendungen im Gesundheitswesen haben sich mehrere Unternehmen mit Forschungsorganisationen und klinischen Laboren zusammengeschlossen. Darüber hinaus haben viele akademische Einrichtungen ihre F&E-Anstrengungen auf 3D-Kulturmodelle konzentriert, um neue Methoden zur Behandlung verschiedener Erkrankungen zu entwickeln. So untersucht beispielsweise eine aktuelle Studie einer Forschungsuniversität der Helmholtz-Gemeinschaft die jüngsten Fortschritte bei 3D-kulturbasierten Mikrobioreaktorsystemen, ihren entsprechenden In-vitro-Modellen und potenziellen Anwendungen.

3D-Zellkulturmodelle sollen die Entwicklung neuer Therapien und Behandlungen beschleunigen, da sie den Zellen eine natürlichere Umgebung bieten. Zu den neuen Modellen für die Erforschung von Krankheiten und die Gewebeentwicklung gehören 3D-Zellkulturen. Im Prognosezeitraum wird die Nachfrage einiger Pharma- und Biotechnologieunternehmen voraussichtlich steigen, da sie die Reaktion oder Toxizität von Medikamenten besser vorhersagen können als 2D-kultivierte Zellen. Diese Eigenschaften von 3D-Zellen ermöglichen die vorläufige Eliminierung nicht verwandter Medikamentenkandidaten und die Validierung relevanter Arzneimittelverbindungen. Die Verwendung von 3D-Zellkulturen zur Untersuchung der Reaktion von Medikamenten ermöglicht eine frühzeitige Echtheitsüberprüfung, was zu Ressourcen-, Zeit- und Kosteneinsparungen führt. Somit können diese Krankheitsmodelle die Entwicklung wirksamerer und zuverlässigerer Behandlungen durch Biotech- und Pharmaunternehmen beschleunigen. Das Wachstum des Segments der Pharma- und Biotechnologieunternehmen auf dem globalen 3D-Zellkulturmarkt wird auch in erster Linie durch verschiedene technologische Fortschritte, erhebliche Investitionen in F&E-Aktivitäten, eine steigende Nachfrage nach 3D-Zellkulturen in biomedizinischen Anwendungen und FDA-Zulassungen für medizinische Produkte aus 3D-Zellkulturen vorangetrieben.

Auswirkungen von Covid-19

Die COVID-19-Pandemie hat in der gesamten ersten Hälfte des Jahres 2020 verschiedene Branchen schwer getroffen und wird sich auch im Rest des Jahres noch auswirken. Die Industrien wurden stillgelegt und die Arbeiter nach Hause geschickt, was dazu führte, dass die Produktion fast das ganze Jahr über eingestellt wurde. Es gibt jedoch eine ständig wachsende Nachfrage nach einer Heimarbeitskultur auf der ganzen Welt, was ein wichtiger Faktor für das Wachstum des Continuous Performance Managements ist. Der technologische Fortschritt hat ein erhebliches Potenzial, den steigenden skalierbaren und wachsenden Bedarf an Datenübertragung zu decken. Die steigende Nachfrage nach Leistungsüberwachungsschnittstellen, die explizit für die Datenverarbeitung auf mobilen Geräten verwendet werden, dürfte in der Zeit nach COVID-19 lukrative Möglichkeiten für ein universelles Continuous Performance Management schaffen.

Steigender Bedarf zur Verbesserung der Unternehmensleistung

Ohne Datenerfassung werden subjektive Analysen zur Grundlage der Leistungsbeurteilung, was zu allgemeiner Ungenauigkeit und Voreingenommenheit im Leistungsmanagement führt. Unternehmen nutzen die Fülle verfügbarer digitaler Erkenntnisse und die Leistungsfähigkeit von Business Intelligence, um fundiertere Entscheidungen zu treffen, die das Unternehmenswachstum und die Unternehmensentwicklung fördern.

Derzeit basieren die meisten geschäftsbezogenen Entscheidungen auf Kennzahlen, Fakten oder Zahlen. Mehrere Unternehmen übernehmen und implementieren verschiedene Berichtstools zur genauen Analyse und Messung von Daten. Laut Sisense Inc. sind beispielsweise datengesteuerte Organisationen erfolgreicher als solche, deren Entscheidungen von Instinkten geleitet werden. Daher legen verschiedene Organisationen Wert auf datengesteuerte Entscheidungsfindung für das Leistungsmanagement ihrer Mitarbeiter. Laut Atiim Inc. erachten nur 8 % der Unternehmen die jährliche Überprüfung im Hinblick auf das Leistungsmanagement ihrer Mitarbeiter als vorteilhaft. Der zunehmende Bedarf zur Verbesserung der Geschäftsleistung und die zunehmende Einführung datengesteuerter Entscheidungsfindung durch Organisationen treiben die Nachfrage nach Software für kontinuierliches Leistungsmanagement voran.

Jüngste Entwicklungen

• August 2022 – BICO übernimmt Advanced BioMatrix, ein auf 3D-Anwendungen spezialisiertes Kreativunternehmen, damit die beiden Unternehmen zusammenarbeiten und ein marktführendes Portfolio an Biotinten und Reagenzien sicherstellen können.
• Mai 2021 – Hamilton und InSphero gaben eine Partnerschaft bekannt, um die Handhabung und Produktion von Sphäroiden durch fortschrittliche Flüssigkeitshandhabungstechnologie zu verbessern.