Marktbericht zu Biochips: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (DNA-Chips, Protein-Chips, Lab-on-a-Chip, Gewebe-Arrays, Zell-Arrays), nach Endnutzer (Akademische und Forschungsinstitute, Krankenhäuser und Diagnosezentren) und nach Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2025–2033

Wachstumsfaktoren des Biochip-Marktes

Zunehmende Verbreitung chronischer Krankheiten

Die zunehmende Verbreitung chronischer Erkrankungen wie Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neurologischen Leiden hat den Bedarf an Diagnoseinstrumenten erhöht, die eine frühzeitige Erkennung und präzise Krankheitsüberwachung ermöglichen. Biochips erlauben die gleichzeitige Untersuchung von Biomarkern, die mit zahlreichen Krankheiten in Verbindung stehen, und ermöglichen so eine genauere Diagnose, Prognose und individualisierte Therapieauswahl. Da Gesundheitssysteme weltweit der Krankheitsprävention und -behandlung Priorität einräumen, wird erwartet, dass biochipbasierte Diagnostik an Bedeutung gewinnen wird.

• Laut der American Cancer Society werden in den USA im Jahr 2024 voraussichtlich über 2 Millionen neue Krebsfälle auftreten – ein Rekordwert. Dies trotz eines Rückgangs der Krebssterblichkeit seit 1991, der auf Früherkennung, verbesserte Behandlungsmethoden und weniger Rauchen zurückzuführen ist. Allerdings nehmen sechs der zehn häufigsten Krebsarten zu und gefährden damit die bisherigen Erfolge. Biochips können zirkulierende Tumorzellen (CTCs) und von Tumoren stammende Exosomen in Blutproben nachweisen und ermöglichen so eine nicht-invasive Krebsfrüherkennung und -überwachung.

Darüber hinaus können Biochip-basierte Tests Tumorgenome hinsichtlich somatischer Mutationen, Kopienzahlveränderungen undGenexpressionMustererkennung unterstützt Ärzte bei der Auswahl gezielter Medikamente und der Überwachung des Behandlungserfolgs bei Krebspatienten. Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) ist Krebs die zweithäufigste Todesursache weltweit und für etwa jeden sechsten Todesfall verantwortlich. Bis 2023 werden voraussichtlich 10 Millionen Menschen an Krebs sterben, was etwa 26.300 Todesfällen pro Tag entspricht. Die Krebsbelastung wird in den nächsten zwei Jahrzehnten voraussichtlich um etwa 60 % steigen und die Gesundheitssysteme, Einzelpersonen und Gesellschaften zusätzlich belasten. Mit der weltweit zunehmenden Krebsbelastung steigt auch die Nachfrage nach Biochip-Technologien für onkologische Anwendungen, was in den kommenden Jahren zu einem Marktwachstum führen wird.

Markthemmende Faktoren

Hohe Entwicklungs- und Implementierungskosten

Die anfänglichen Investitionen für die Entwicklung von Biochip-Technologie, einschließlich Forschungs- und Entwicklungskosten, Geräteausgaben und Kosten für die Einhaltung regulatorischer Vorgaben, können erheblich sein. Darüber hinaus können die Kosten für die Integration biochipbasierter Assays in bestehende Laborprozesse, wie z. B. Mitarbeiterschulungen, Infrastrukturanpassungen und Qualitätskontrollverfahren, insbesondere in ressourcenarmen Umgebungen, Hürden für die Akzeptanz darstellen. Je nach Test können Biochips Hunderte bis Tausende von Dollar kosten. Beispielsweise kann der Hydra-1K-Biochip pro Test zwischen 7 und 15 US-Dollar kosten. Die DNA-Sequenzierung gehört mit Kosten von bis zu 700.000 US-Dollar zu den teuersten Tests.

Nach eingehender Forschung erfordert die Integration biochipbasierter Assays in klinische Labore oder Gesundheitseinrichtungen zusätzliche Investitionen in Infrastruktur, Schulungen und Qualitätssicherungsverfahren. Labore müssen Biochip-Instrumente, Reagenzien und Zubehör anschaffen sowie Standardarbeitsanweisungen (SOPs) und Qualitätskontrollverfahren entwickeln. Die Schulung des Laborpersonals im Umgang mit Biochips, der Datenanalyse und der Ergebnisinterpretation ist entscheidend für genaue und zuverlässige Testergebnisse. Darüber hinaus kosten humane Biochips etwa 1.000 US-Dollar, während Chips für Mäuse, Hefen und Fruchtfliegen zwischen 400 und 500 US-Dollar kosten. Die Kosten für die Entwicklung und Implementierung von Biochip-Technologien erschweren den Markteintritt und die Akzeptanz, insbesondere für kleinere Unternehmen und ressourcenarme Umgebungen.

Marktchance

Erweiterte Anwendungsmöglichkeiten in der personalisierten Medizin

Die Entwicklung personalisierter Medizinverfahren, vorangetrieben durch Fortschritte in der Genomik, der molekularen Diagnostik und der zielgerichteten Therapie, eröffnet neue Perspektiven für Biochip-Technologien. Biochips ermöglichen die Untersuchung individueller genetischer Varianten, Biomarkerprofile und Therapieansprechen und fördern so Projekte der Präzisionsmedizin in der Onkologie, Pharmakogenomik und Infektionskrankheiten. Da Gesundheitssysteme zunehmend auf individualisierte Behandlungsstrategien und eine patientenzentrierte Versorgung setzen, steigt der Bedarf an biochipbasierten Technologien.Begleitdiagnostikwird voraussichtlich wachsen. So entwickelte beispielsweise ein Forscherteam der Tschechischen Akademie der Wissenschaften (CAS) im Januar 2022 ein Gerät, das mithilfe eines Biochips das COVID-19-Virus nachweist. Laut den Forschern ist ein Biochip so schnell wie ein Antigentest und so präzise wie ein PCR-Test. Die Kombination der Biochip-Technologie mit zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten dürfte das Wachstum des Biochip-Marktes beschleunigen.

• Beispielsweise sammelte das US-amerikanische Unternehmen Nutcracker im März 2022 167 Millionen US-Dollar in einer Serie-C-Finanzierungsrunde ein, um seine auf einem Biochip basierende RNA-Produktionsplattform zu verbessern. Von dieser Biochip-Technologie wird erwartet, dass sie die Entwicklung von RNA-basierten Therapien vorantreibt. Die Biochip- und Nanopartikel-Technologie ermöglicht eine umfassende, isolierte und automatisierte Herstellung.

Da die personalisierte Medizin in der klinischen Praxis immer häufiger eingesetzt wird, dürfte der Bedarf an Biochip-Technologien für die molekulare und begleitende Diagnostik steigen und damit das Marktwachstum weltweit ankurbeln.

Typen-Einblicke

Der Markt ist weiter unterteilt in DNA-Chips, Protein-Chips, Lab-on-a-Chip-Systeme, Gewebe-Arrays und Zell-Arrays. Das Segment der DNA-Chips war mit über 35 % des Gesamtumsatzes führend in der globalen Branche. DNA-Chips, auch DNA-Microarrays oder Genchips genannt, sind Biochip-Plattformen zur Untersuchung von DNA-Sequenzen. Diese Chips bestehen aus kleinen Bereichen mit immobilisierten DNA-Sonden, die mit komplementären DNA-Zielsequenzen in biologischen Proben hybridisieren. Zu den Anwendungsgebieten von DNA-Chips gehören Genexpressionsprofilierung, SNP-Genotypisierung, vergleichende genomische Hybridisierung (CGH) und DNA-Sequenzierung. Sie ermöglichen es Forschern, Genexpressionsmuster zu untersuchen, genetische Varianten zu entdecken und die molekularen Mechanismen von Krankheiten zu verstehen.

Darüber hinaus werden sie in der akademischen Forschung und in klinischen Diagnosetests für verschiedene Erkrankungen breit eingesetzt. So plant beispielsweise das in San Diego ansässige Biotech-Startup Roswell Biotechnologies, im November 2021 einen molekularen Mikrochip zur Analyse individueller Moleküle auf den Markt zu bringen. Diese Technologie wird die Krankheitserkennung, die Arzneimittelforschung und die Gesundheitsüberwachung revolutionieren. Das Unternehmen beabsichtigt, die Technologie zur Verbesserung der DNA-Sequenzierung zu nutzen. Im Jahr 2022 entfiel ein beträchtlicher Anteil des DNA-Chip-Marktes auf die Krebsdiagnostik und -therapie. Es wird erwartet, dass Biochips traditionelle medizinische Diagnoseverfahren, einschließlich der Krebserkennung, ersetzen werden.

Darüber hinaus sind sie kostengünstig, schnell und weit verbreitet und ermöglichen so eine fortschrittliche Krebsdiagnostik in verschiedenen Umgebungen. Dies erleichtert auch die Implementierung von Telemedizin auf dem Markt. Ebenso entwickelte das Institut für Bioengineering und Nanotechnologie in Singapur einen Biochip, der in der Lage ist, arzneimittelresistente Krebszellen zu erkennen.

Lab-on-a-Chip-Systeme (LOC) dürften hingegen im Prognosezeitraum die höchste durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) aufweisen. Mit zunehmendem Einsatz von Lab-on-a-Chip-Systemen in der Medizin wird erwartet, dass sie die Früherkennung, Arzneimittelpatente und personalisierte Therapien verbessern. Daher dürften die niedrigen Kosten und der geringe Probenbedarf die Anwendung der LOC-Technologie in der patientennahen Diagnostik in Schwellenländern weiter fördern.

Darüber hinaus verzeichnet die Branche häufige Fortschritte bei Lab-on-a-Chip (LOC)-basierten Immunoassays. Zu den fortschrittlichen LOC-Plattformen zählen mikrofluidische Chips, Papier-basierte Tests, Lateral-Flow-Tests, elektrochemische Verfahren und neuartige Biosensorkonzepte. Die stark wachsende Nachfrage nach patientennaher Diagnostik wird dieses Segment im Prognosezeitraum voraussichtlich weiter antreiben. So stellte Onera Health beispielsweise im Februar 2022 den Onera Biomedical Lab-on-Chip vor, ein extrem energieeffizientes Biosignal-Sensor-Subsystem für tragbare Geräte. Dieser winzige biomedizinische Chip ist für die Verarbeitung zahlreicher Biosignale konzipiert und eröffnet damit enorme Möglichkeiten für medizinische Geräte. Solche Fortschritte beschleunigen somit das Wachstum dieses Marktes.

Erkenntnisse der Endnutzer

Der Markt ist weiter unterteilt in Biotechnologie- und Pharmaunternehmen, akademische und Forschungseinrichtungen sowie Krankenhäuser und Diagnosezentren. Das Segment der Biotechnologie- und Pharmaunternehmen erzielte 2023 mit über 60 % den größten Umsatzanteil. Die Biotechnologie- und Pharmaindustrie ist ein wichtiger Abnehmer der Biochip-Technologie, die unter anderem in der Wirkstoffforschung, -entwicklung und personalisierten Therapie eingesetzt wird. Die Unternehmen betreiben intensive Forschung und Entwicklung, um die Biochip-Technologie in verschiedene Gesundheitsanwendungen zu integrieren. Angesichts des hohen Wettbewerbsdrucks in der Pharmaindustrie müssen Unternehmen Wege finden, um die umfangreichen Investitionen in die Forschung von Medikamenten zu finanzieren, die voraussichtlich keine FDA-Zulassung erhalten werden. Biochips hingegen versprechen neue Wege für die Wirkstoffforschung und -entwicklung. Sie werden zur Entwicklung von Biomarkern im Rahmen der Wirkstoffforschung eingesetzt, insbesondere für die Analyse von Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNP) und die Genexpressionsprofilierung.

Im Prognosezeitraum wird das schnellste Wachstum im Bereich der akademischen und Forschungseinrichtungen erwartet. Bildungs- und Forschungseinrichtungen leisten durch Grundlagenforschung, Technologieentwicklung und translationale Studien einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung von Biochip-Technologien. Forschende an akademischen Einrichtungen nutzen Biochips für verschiedene Anwendungen, darunter Genomik, Proteomik, Zellbiologie und …GewebezüchtungBiochip-Plattformen ermöglichen hypothesengetriebene Forschung, die Entdeckung von Biomarkern und die mechanistische Untersuchung von Krankheitsprozessen.

Die Institutionen betreiben Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet und erforschen weitere Anwendungsmöglichkeiten für Biochips. So entwickelte beispielsweise im Januar 2022 ein Expertenteam der Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), der Universidad Politécnica de Madrid (UPM) und anderer Institutionen einen verbesserten Biochip, der die Herstellung von In-vitro-Haut im Labor vereinfacht. Das Gerät soll für medizinische und kosmetische Tests eingesetzt werden.

Regionale Einblicke

Nordamerika ist der bedeutendste Marktteilnehmer im globalen Biochip-Markt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 15,3 % wachsen. Dieses signifikante Wachstum ist auf die Präsenz wichtiger Marktteilnehmer in der Region und den Ausbau der Gesundheitsinfrastruktur zurückzuführen. Darüber hinaus besteht in Nordamerika eine intensive Zusammenarbeit mit Gesundheitsunternehmen, die stark in die Forschung und Entwicklung von Mikroarray-Technologien investieren. So stellte Illumina Inc. beispielsweise im September 2022 die NovaSeq X-Serie vor, eine neue Generation von Sequenziergeräten für den Produktionsmaßstab, die eine schnellere, leistungsstärkere und nachhaltigere Sequenzierung ermöglichen. NovaSeq X Plus, eine bahnbrechende neue Technologie, kann über 20.000 vollständige Genome pro Jahr generieren – das 2,5-Fache des Durchsatzes bisheriger Sequenziergeräte. Dies steigert die Genomforschung und die klinischen Erkenntnisse erheblich, um Krankheiten besser zu verstehen und letztendlich das Leben von Patienten zu verbessern.

Darüber hinaus wird die Mikrofluidik-Technologie häufig in der patientennahen Sofortdiagnostik (Point-of-Care-Diagnostik, POC) für verschiedene Anwendungen eingesetzt, darunter Molekulardiagnostik, Infektionskrankheiten und chronische Erkrankungen, insbesondere in ressourcenarmen Umgebungen. So wurde beispielsweise in einer im Januar 2021 in der Fachzeitschrift „Frontiers of Bioengineering and Biotechnology“ veröffentlichten Studie beschrieben, dass Lateral-Flow-Assays (LFAs) häufig in der patientennahen Sofortdiagnostik verwendet werden und zur Diagnose und Prognose von Erkrankungen wie Krebs durch den Nachweis spezifischer Biomarker eingesetzt werden können. Mithilfe von Antikörpern und Nukleinsäureamplifikation werden LFAs routinemäßig zum Nachweis verschiedener Krankheiten und Proteine ​​verwendet. Jüngste Fortschritte in der Mikrofluidik-Forschung zielen daher auf die Entwicklung integrierter, autarker, automatisierter, benutzerfreundlicher und schneller Geräte ab.

Darüber hinaus trägt die hohe Prävalenz chronischer Erkrankungen in der Region zum Wachstum in diesem Bereich bei. So prognostizieren Forscher der Canadian Cancer Society, dass im Jahr 2023 239.100 Kanadier die Diagnose Krebs erhalten und 86.700 daran sterben werden. Diese Zahl schließt Fälle von Nicht-Melanom-Hautkrebs aus. Auch die IDF führt Mexiko als eines von 23 Ländern in der IDF-NAC-Region mit mehr als 51 Millionen Diabetikern auf. Diabetes ist in Mexiko die zweithäufigste Todesursache mit einer geschätzten Prävalenz von 15,2 % (12,8 Millionen Erwachsene). Die am häufigsten von den Umfrageteilnehmern genannten Komplikationen betrafen Augen- (46 %), Fuß- (38 %) und Mundgesundheitsprobleme (37 %). Folglich trägt die große Anzahl von Menschen mit chronischen Erkrankungen in der Region zum Wachstum der analysierten Branche bei.

In den letzten Jahren ist das Interesse an Hochdurchsatz-Screening-Technologien (HTS) in der akademischen Forschung in den USA sprunghaft angestiegen. So kündigte beispielsweise Ginkgo Bioworks im Oktober 2022 eine Kooperation mit Merck an, um bis zu vier Enzyme als Biokatalysatoren für die Wirkstoffproduktion (API) von Merck zu entwickeln. Ginkgo wird diese Kooperation nutzen, um seine umfassende Erfahrung in der Zelltechnik und im Enzymdesign sowie seine Kompetenzen im automatisierten Hochdurchsatz-Screening und in der Entwicklung/Optimierung von Herstellungsverfahren einzubringen.Bioinformatikund Analysen zur Bereitstellung optimaler Stämme für die gezielte Biokatalysatorexpression.

Trends auf dem Biochip-Markt im asiatisch-pazifischen Raum

Für den asiatisch-pazifischen Raum wird im Prognosezeitraum ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 15,9 % erwartet. China und Indien werden maßgeblich für die rasante Expansion der Region verantwortlich sein. Die wichtigsten Faktoren für das industrielle Wachstum sind der verbesserte Zugang zu Technologie, ein großes Patientenpotenzial und die optimierte Gesundheitsinfrastruktur. Das Wachstum der Region wird zudem durch die verstärkte Nutzung von Biochip-Technologie durch etablierte Unternehmen und deren Outsourcing in Schwellenländer zur Senkung der Produktionskosten befeuert.

Der europäische Markt wird im globalen Biochip-Markt aufgrund der zunehmenden Akzeptanz von Biochips in der Genomik und Proteomik, insbesondere in Großbritannien, voraussichtlich im gesamten Prognosezeitraum ein stetiges Umsatzwachstum (CAGR) verzeichnen. Die Entwicklung von Genomikprojekten generiert eine signifikante Nachfrage in der gesamten Region. So starteten beispielsweise Genomics England und der National Health Service (NHS) im Dezember 2018 das Projekt „100.000 Genome“, um bis 2024 fünf Millionen Gentests durchzuführen. Im Mai 2021 entwickelte Sphere Fluidics, ein in Großbritannien ansässiges Life-Science-Unternehmen, eine mikrofluidische Biochip-Technologie zur Analyse isolierter Proben.