《器官芯片-2017版》
2017-04-09 20:42:55   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

器官芯片(Organs-On-Chips)是一种利用微加工技术,在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统。除了具有微流控技术微型化、集成化、低消耗的特点外,器官芯片技术能够精确地控制多个系统参数。

Organs-On-Chips 2017

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新兴的器官芯片市场有潜力从目前的几百万美元增长至数十亿美元。

器官芯片:医药行业的药物疗效测试之道

发现和开发一个新的化学实体并使之作为新药推向市场是一个漫长、费力且昂贵的过程,因为发现具有良好活性、选择性、稳定性和安全性的新化合物的几率很低。医药公司从数千种可能对疾病或人类病情产生积极影响的化合物开始,投入十二年以上时间和几十亿美元,如果幸运的话,其中一种化合物可以投入市场。开发药物是一项风险极大的投资,由于人体的特殊性,使得研发过程充满了不确定性。花费巨资研发的药物好不容易通过了早期临床实验,却倒在最后一关的比比皆是,而且越往后失败,代价越高。目前的主要方法——培养皿中的细胞培养和动物实验,还不能很好地预测人体器官对药物的反应。实际上,由于药物毒性或缺乏疗效,大约有90%的新药在临床实验中失败。因此,医药行业需要更好的药物疗效预测工具,使得新药能够更早且更便宜地进行筛选实验。毒性测试也是其它一些行业关注的内容,如化妆品、农产品和消费食品,同样要需要类似医药行业的解决方案,尤其是某些国家或地区禁止进行动物实验。

新药研发及商业化历程

新药研发及商业化历程

器官芯片(Organs-On-Chips)是一种利用微加工技术,在微流控芯片上制造出能够模拟人类器官的主要功能的仿生系统。除了具有微流控技术微型化、集成化、低消耗的特点外,器官芯片技术能够精确地控制多个系统参数,如化学浓度梯度、流体剪切力,以及构建细胞图形化培养、组织-组织界面与器官-器官相互作用等,从而模拟人体器官的复杂结构、微环境和生理学功能。经过近几年来的快速发展,研究人员已经在微流控芯片上实现了众多人体器官的构建,如芯片肝、芯片肺、芯片肠、芯片肾、芯片血管、芯片心脏以及多器官芯片等。不仅如此,知名研究单位和制药公司之间的合作已使器官芯片步入了实用阶段。荷兰生物技术公司Mimetas研发了一种芯片肾,并与几家制药公司达成了应用合作协议将其用于药物筛选。另外,强生公司也计划利用哈佛大学wyss生物工程研究所隶属Emulate公司的人体血栓仿真芯片系统进行药物试验,并利用肝芯片测试药物的肝毒性。本报告详细介绍了器官芯片的关键技术及相关公司的投资情况。

基于微流控技术的芯片肺的结构

基于微流控技术的芯片肺的结构

器官芯片公司的投资金额

器官芯片公司的投资金额

器官芯片:小市场、好前景、大炒作

2000年左右,一些先驱者就开始研发器官芯片了,但2010年之后才真正加速发展,这主要受益于由于资金支持和媒体宣传。虽然医药行业的公司对此充满期望,但是今天仍然没有看到一个真正的市场。我们预计2016年器官芯片产品及服务的整体销售额不超过750万美元。实际上,目前还很少有公司处于器官芯片的生产和商业化阶段。大多数公司都是大学实验室的附属机构,正在通过与医药行业公司的迭代过程来改进其器官芯片。医药和化妆品公司渴望测试不同的器官芯片解决方案,以评估哪种技术最适合于何种类型的测试实验,但是他们还是偏于保守,如果广泛采用该技术,需要花费一定的时间。

根据器官芯片的采用速度,以及器官芯片公司克服技术挑战和扩大生产的能力,本报告详细分析了不同情况下的市场增长情况:2017~2022年的复合年增长率位于38%~57%之间,2022年的市场规模位于6000万美元~1.17亿美元之间。未来五年仅仅是第一步,从中长期来看,器官芯片有可能形成数十亿美元的市场。道德问题也是这个新市场的核心驱动因素之一:每年全世界有超过1亿只动物用于测试实验,那么这就可以采用基于微流控技术的器官芯片代替。虽然媒体大肆报道以及技术研发人员充满积极性,但是也不应该掩盖“器官芯片的采用仍然面临着重重障碍”的问题。由于行业公司和政府机构对器官芯片技术寄予厚望,因此投资源源不断。大型制药和化妆品公司,如欧莱雅、辉瑞、强生和赛诺菲等,已经与器官芯片开发人员建立了合作伙伴关系,并相信该技术将改变现有和正在开发的产品效能和毒理学测试现状。

器官芯片市场预测

器官芯片市场预测

多个技术挑战仍有待攻克

尽管器官芯片技术的前景美好,但是我们仍然没有看到产业界的广泛采用,目前还有一些主要的技术挑战仍然需要解决。其中一个挑战就是:必须验证能够成功地将几个器官芯片连接在一起,以准确地模拟全身对药物的反应情况。几家公司正在研究多器官模型,但是整个“人体芯片(body on a chip)”的功能尚未成为现实。为了应对各种需求,器官芯片公司正通过研发不同类型的器官芯片使其产品多样化。另一个挑战是:根据市场需求的状况,如何将每周或每月的数十个芯片的产量提升至更多的数量。事实上,很少有公司已经考虑过器官芯片的量产阶段问题。大多数器官芯片基于微流控技术,这意味着微流控芯片晶圆代工厂将越来越多地接收到来自器官芯片初创企业的制造需求,其中一些代工厂甚至开始为器官芯片企业提出了量身定制的方案。这也显示了这一领域的巨大潜力。还有一个挑战是:现有设备的标准化和兼容性将成为广泛采用器官芯片的主要条件之一。

不同类型的器官芯片适用于药物研发的不同阶段

不同类型的器官芯片适用于药物研发的不同阶段

本报告涉及的公司:Aline Inc., Alnylam, AlveoliX AG, Amgen, Amore Pacifc, Ananda Devices, Astellas, AstraZeneca, AxoSim Technologies, BASF, Beiersdorf (Nivea), Bioclinicum, Biogen, Boehringer Ingelheim, Boston Pharmaceuticals, Bristol-Myers Squibb, CFD Research Corporation, Cleveland clinic, CN Bio Innovations, Centre National de la Recherche Scientifque (CNRS), Columbia University, Cornell University, Covance, Corio Chips, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Draper, Elveflow, Emulate Inc., ETH Zurich, Fluigent SA, Galapagos, GlaxoSmithKline (GSK), Harvard Apparatus, Harvard Medical School, Harvard University, Hesperos, Hµrel Corporation, Institute for human Organ and Disease Model Technologies (hDMT), InVivo Scientifc, Janssen Johnson&Johnson, Jena University Hospital, Knight Cancer Institute, Korea University, LabCorp, L’Oréal, Merck, MicroBrain Biotech, Microfluidic ChipShop, Micronit, Mimetas, Massachusetts Institute of Technology (MIT), McGill University, Multiscale Biomedical Engineering Laboratory (MBEL), National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS), National Eye Institute, National Institutes of Health (NIH), Nikon, Nortis Bio, Organovo, Oxford University, Pfzer, PhysioMimetics, Roche, Russian Academy of Science, Sanof, Sciex, Seoul National University, Seres Therapeutics, Sigma-Aldrich, Sony DADC, Stratec, Sun Bioscience, SynVivo, TARA Biosystems, Technical University of Berlin, TissUse GmbH, Tulane University, University of Bern, University of California, University of Central Florida, University of Groningen, University of Toronto, Vanderbilt Institute for Integrative Biosystems Research and Education (VIIBRE), Vanderbilt University, VU Medical Center Amsterdam, Wageningen University, WYSS Institute for Biomedical Engineering, Xona Microfluidics, Yale University…

报告目录:

Executive summary

Introduction
> A problem to solve
> Limitations of 2D cell cultures, 3D cell cultures, animal models and clinical trials
> The big picture: a huge potential in a huge market
> Drug side effects and toxicity
> What is an organ-on-chip?
> Users and applications
> Endpoints: what is measured?
> Other alternatives to organs-on-chips
> What makes the organ-on-chip technology more relevant?
> Organs-on-chips disease models
> Future vision: personalized medicine

Organs-on-chips industry: market analysis
> A little bit of history
> A little bit of geography
> Where are we today?
> Different approaches
> Funding
> Partnerships and collaborations
> How will this industry evolve?
> Conclusion

Market data and forecasts
> Business models
> Market quantifcation
> Market data and forecasts
> Conclusion

Technical aspects
> Which organs can be emulated?
> Two types of organs-on-chips
> Key aspects of organs-on-chips
> Different types of OOC
> Comparison of the different technologies
> Current limitations
> Cell sources
> Perfusion systems
> Materials and manufacturing
> Conclusion

Company profles

Conclusion of the report

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