Organ-on-Chip en weefseltechnologie

Home / Blog / Biotechnologie / Organ-on-Chip en weefseltechnologie

Inleiding  

Organ-on-chip (OOC)-technologie is een baanbrekende stap in biomedisch onderzoek. Het combineert vooruitgang in celbiologie, techniek en biomateriaaltechnologie om micro-omgevingen te creëren die de functies van menselijke organen nabootsen. 

Deze technologie vormt een brug tussen traditionele celkweken en in vivo-onderzoeken en biedt nauwkeurigere modellen voor medicijntesten, ziektemodellering en gepersonaliseerde geneeskunde.

Inhoudsopgave

Belangrijkste technologieën in de ontwikkeling van Organ-on-Chip (OoC)

De Organ-on-Chip (OoC)-technologie is gebaseerd op diverse geavanceerde ontwikkelingen die het mogelijk maken om functionele miniatuurweergaven van menselijke organen te creëren. 

Deze technologieën integreren principes uit verschillende disciplines, waaronder micro-engineering, celbiologie en materiaalkunde, om de fysiologische functies van menselijke weefsels en organen te repliceren. Hieronder staan ​​de primaire technologieën die ten grondslag liggen aan de ontwikkeling en functionaliteit van OoC-apparaten:

1. Microfluïdica

  • Rol: Microfluïdica is de hoeksteen van OoC-technologie. Het omvat de manipulatie van vloeistoffen op microschaal, waardoor de precieze controle van de cellulaire omgeving binnen de chip mogelijk wordt.

    Microfluïdische kanalen simuleren de bloedstroom, waardoor voedingsstoffen, medicijnen en afvalstoffen op een vergelijkbare manier kunnen worden getransporteerd als in menselijke organen.

  • Toepassingen:Microfluïdische systemen worden gebruikt om verschillende orgaansystemen te modelleren, zoals de longen, de lever en het hart.

    Deze systemen kunnen complexe fysiologische omstandigheden nabootsen, zoals schuifspanning en druk, die essentieel zijn voor het behoud van de celfunctie en -structuur.

2. 3D-celcultuur

  • RolTraditionele tweedimensionale (2D) celculturen zijn niet in staat de driedimensionale structuur en functie van menselijke weefsels nauwkeurig te reproduceren.

    Daarentegen zorgt de 3D-celkweektechnologie ervoor dat cellen in een meer natuurlijke omgeving kunnen groeien, waardoor weefselachtige structuren worden gevormd die van cruciaal belang zijn voor de functionaliteit van organen.

  • Toepassingen:3D-celculturen zijn cruciaal voor het maken van orgaanspecifieke modellen, zoals lever-op-een-chip of hart-op-een-chip.

    Deze modellen maken nauwkeuriger onderzoek mogelijk naar de toxiciteit van medicijnen, de voortgang van ziekten en cellulaire interacties in een context die de menselijke fysiologie nauwgezet nabootst.

3. bioprinten

  • Rol:Met bioprinttechnologie kunnen complexe weefselstructuren worden gecreëerd door cellen en biomaterialen laag voor laag nauwkeurig te plaatsen.

    Deze technologie is essentieel voor het construeren van de architectuur van weefsels in OoC-apparaten, waarbij ervoor wordt gezorgd dat de ruimtelijke organisatie van cellen overeenkomt met die in echte menselijke organen.

  • ToepassingenBioprinting wordt gebruikt om weefsels zoals huid, lever en hartspier op chips te fabriceren.

    Deze technologie is vooral waardevol in de regeneratieve geneeskunde, waar het helpt bij het creëren van modellen voor weefselherstel en -vervanging.

4. Biosensoren en realtime monitoring

  • Rol:Biosensoren die in OoC-platforms zijn geïntegreerd, maken continue monitoring van verschillende fysiologische parameters mogelijk, zoals pH, zuurstofniveaus en metabolische activiteit.

    Deze sensoren leveren realtimegegevens over de gezondheid en functie van de weefsels in de chip, waardoor inzicht ontstaat in de cellulaire reacties op medicijnen of veranderingen in de omgeving.

  • ToepassingenRealtime monitoring via biosensoren is cruciaal voor medicijntesten. Inzicht in hoe weefsels in de loop van de tijd op behandelingen reageren, kan informatie opleveren over doseringsaanpassingen en therapeutische strategieën.

5. Microfabricatietechnieken

  • Rol:Microfabricatie omvat het gebruik van technieken zoals zachte lithografie, fotolithografie en etsen om microstructuren in OoC-apparaten te creëren.

    Deze technieken maken het mogelijk om de microkanalen en kamers waarin de cellen en weefsels in OoC-platforms zijn ondergebracht, nauwkeurig te ontwerpen.

  • Toepassingen:Microfabricage wordt gebruikt om de ingewikkelde netwerken in de chips te creëren die bloedvaten, luchtwegen en andere orgaanspecifieke structuren simuleren.

    Deze mate van precisie is noodzakelijk om de complexe omgeving van menselijke organen te kunnen nabootsen.

6. Geïnduceerde pluripotente stamcellen (iPSC's)

  • Rol:iPSC's zijn volwassen cellen die genetisch zijn geherprogrammeerd tot een embryonale stamcelachtige staat.

    Deze cellen kunnen differentiëren tot elk celtype, waardoor ze ideaal zijn voor het maken van patiëntspecifieke orgaanmodellen op chips. Deze technologie is cruciaal voor gepersonaliseerde geneeskundetoepassingen binnen OoC-platforms.

  • Toepassingen:iPSC's worden gebruikt om orgaanmodellen te genereren die de genetische samenstelling van individuele patiënten weerspiegelen. Hierdoor is het mogelijk om ziektemechanismen en reacties op medicijnen te bestuderen die zijn afgestemd op specifieke genetische profielen.

7. Geavanceerde materialen

  • Rol: De ontwikkeling van OoC-apparaten is ook sterk afhankelijk van het gebruik van geavanceerde materialen, zoals biocompatibele polymeren en hydrogels. Deze materialen vormen het structurele raamwerk voor de chips en ondersteunen de groei en het onderhoud van levende cellen.
  • ToepassingenMaterialen zoals polydimethylsiloxaan (PDMS) worden vaak gebruikt in OoC-apparaten vanwege hun flexibiliteit, optische transparantie en compatibiliteit met microfabricagetechnieken.

    Hydrogels worden vaak gebruikt om de extracellulaire matrix na te bootsen en zo een gunstige omgeving voor celgroei te creëren.

Maak gebruik van onze diensten voor marktonderzoek om een ​​concurrentievoordeel te behalen in uw branche!

Analyse van het patentlandschap in Organ-on-Chip-technologie

Organ-on-Chip (OoC)-technologie is een dynamisch vakgebied dat microfluïdische technologie combineert met celbiologie om de complexe biochemische en mechanische processen van menselijke organen na te bootsen. 

Deze technologische convergentie heeft belangrijke implicaties voor farmaceutisch onderzoek, ziektemodellering en gepersonaliseerde geneeskunde. patent landschap biedt een lens waardoor we de groei, trends en strategische richtingen van dit veld kunnen meten.

Gedetailleerd overzicht van patentactiviteiten (2008-2022)

Uit de gegevens uit de periode 2008 tot en met 2022 blijkt dat er een veranderende trend is in het aantal patentaanvragen met betrekking tot OoC-technologie:

  • Evolutie van octrooiaanvragen:De eerste jaren laten een gematigde maar gestage toename zien in het aantal patentaanvragen, wat de beginfase van de OoC-technologie weerspiegelt.

    Halverwege het decennium is een sterke toename in de activiteit te zien, met een piek in 2019-2020. Dit wijst op een rijpingsfase waarin de technologie bredere toepassingen en interesse begon te krijgen.
    De daaropvolgende daling in het aantal nieuwe aanvragen kan duiden op marktconsolidatie of een verschuiving naar het verbeteren van bestaande technologieën in plaats van het verkennen van nieuwe mogelijkheden.

  • Dynamiek van de juridische status:De verschuiving van de meeste patenten die worden verleend naar een groeiend aantal in behandeling zijnde patenten in 2022, suggereert dat er sprake is van een steeds competitiever veld waarin nieuwere innovaties nog steeds worden beoordeeld.

Juridisch landschap van OOC-technologiepatenten

Het feit dat er een groot aantal 'dode' patenten is, wijst op een natuurlijk verval in innovatie, waarbij niet alle ontwikkelingen commercieel levensvatbaar zijn of hun wettelijke bescherming behouden.

Geografische en institutionele patentdistributie

  • Global DistributionNoord-Amerika en Azië domineren de patentaanvragen, wat hun rol als centra van technologische innovatie onderstreept.

    Binnen deze regio's lopen de VS en China voorop, waarschijnlijk vanwege hun robuuste technologische infrastructuur en aanzienlijke investeringen in biomedisch en microfluïdisch onderzoek.

  • Top patenthouders: Academische instellingen zoals MIT en de Universiteit van Californië zijn prominent aanwezig, wat de belangrijke rol van academisch onderzoek bij het bevorderen van OoC-technologie onderstreept.

Octrooihouders in OOC-technologie

Het grote aantal patentaanvragen weerspiegelt de actieve R&D-afdelingen en de sterke banden tussen universitair onderzoek en praktische toepassingen.

  • Zakelijke betrokkenheid:Grote technologie- en biotechnologiebedrijven zoals Roche en Agilent Technologies tonen de commerciële interesse in OoC-technologie.

    Hun activiteiten onderstrepen hun grote interesse in het benutten van OoC voor het testen en ontwikkelen van medicijnen, waardoor de kosten en tijd die gepaard gaan met klinische onderzoeken mogelijk kunnen worden verlaagd.

Strategische implicaties en marktdynamiek

  • Onderzoeks- en ontwikkelingstrends:De lopende patentaanvragen geven aan dat er een robuuste activiteit is in de ontwikkeling van meer verfijnde en complexe OoC-modellen.

    Hierbij wordt onder meer geprobeerd om meerdere orgaanmodellen te integreren in één platform om reacties van het hele lichaam te simuleren. Deze grens in het veld staat bekend als 'body-on-a-chip'.

  • Markttoetreding en barrières:De toetreding van talrijke academische spelers tot de octrooiwereld kan de drempels voor innovatie verlagen vanwege gedeelde kennis en samenwerking.

    De hoge kosten voor technologieontwikkeling en de strenge regelgeving vormen echter een uitdaging.

  • Strategie voor intellectueel eigendom (IE):De uitgebreide IP-aanvragen dienen zowel als een verdedigingsmechanisme om bedrijfseigen technologie te beschermen als een strategisch bezit dat kan worden ingezet via licenties of partnerschappen.

    Bedrijven en instellingen moeten hun weg vinden in een complex IE-landschap om hun innovaties te beschermen en tegelijkertijd een omgeving te creëren die bevorderlijk is voor onderzoek en samenwerking.

Toekomstige richtingen en technologische impact

  • Technologische vooruitgangToekomstig onderzoek kan zich richten op het verbeteren van de nauwkeurigheid van OoC-modellen ten opzichte van de menselijke fysiologie, het verbeteren van de schaalbaarheid van de technologie en het integreren van geautomatiseerde systemen voor realtime gegevensanalyse.
  • Klinische en farmaceutische toepassingenNaarmate de OoC-technologie zich verder ontwikkelt, kan de impact ervan op gepersonaliseerde geneeskunde enorm zijn. Het maakt namelijk nauwkeurigere en persoonlijkere therapeutische interventies mogelijk, gebaseerd op de reacties van individuele organen die op chips worden gesimuleerd.

Marktlandschap van de orgaan-op-chip-industrie

Huidige markt omvang en verwachte groei

De Organ-on-Chip (OoC)-industrie groeit snel, gedreven door ontwikkelingen in de biotechnologie en de toenemende vraag naar alternatieven voor dierproeven.

In 2023 werd de wereldwijde OoC-markt geschat op ongeveer 100 miljoen USD, waarbij prognoses erop wijzen dat de markt tegen 487 2028 miljoen USD zou kunnen bereiken. Dit weerspiegelt een samengestelde jaarlijkse groei (CAGR) van ongeveer 33% van 2023 tot 2028.

Verschillende factoren dragen bij aan deze groei, waaronder de toenemende acceptatie van OoC-technologie in medicijnontwikkeling, toxiciteitstesten en gepersonaliseerde geneeskunde. De drang naar ethischere en nauwkeurigere modellen voor onderzoek naar menselijke ziekten drijft ook investeringen in deze technologie aan.

Omdat OoC-modellen de functies van menselijke organen zeer nauwkeurig kunnen nabootsen, zijn ze van onschatbare waarde voor farmaceutische bedrijven die de kosten en tijd die gepaard gaan met de ontwikkeling van medicijnen willen verlagen.

Belangrijkste spelers en hun marktaandeel

De OoC-markt wordt gedomineerd door een mix van grote farmaceutische bedrijven en gespecialiseerde biotechbedrijven. Enkele van de belangrijkste spelers en hun bijdragen aan de markt zijn:

Bedrijven in Organ on Chip-technologie

  • Roche: Roche is een belangrijke speler in de gepersonaliseerde geneeskunde en gebruikt OoC-modellen om de nauwkeurigheid van zijn medicijnontdekkingsprocessen te verbeteren. De focus van het bedrijf op het gebruik van OoC-technologie voor het simuleren van ziektetoestanden en het evalueren van de werkzaamheid van medicijnen geeft het een aanzienlijk marktaandeel.
  • Merck: Merck staat bekend om zijn sterke R&D-capaciteiten en maakt gebruik van OoC-technologie om de voorspelbaarheid van medicijnreacties te verbeteren, waardoor de tijd en kosten van ontwikkeling worden verminderd. Het marktaandeel van Merck wordt versterkt door zijn investering in geavanceerde biotechnologieën.
  • Agilent Technologies: Agilent biedt essentiële tools en technologieën voor het ontwikkelen en implementeren van OoC-systemen. Hun marktaandeel wordt aangestuurd door hun bijdragen aan de technologische ruggengraat van de industrie.
  • Genentech (onderdeel van Roche):Met een focus op het verminderen van de afhankelijkheid van diermodellen en het verbeteren van de efficiëntie van medicijnontwikkeling, heeft Genentech een sterke positie in de markt.
  • Novartis en Pfizer:Beide bedrijven investeren fors in de integratie van OoC-technologie in hun medicijnontwikkelingspijplijnen, wat een aanzienlijke bijdrage levert aan de markt.

Deze bedrijven stimuleren niet alleen de technologische vooruitgang van OoC, maar beïnvloeden ook markttrends door strategische partnerschappen, fusies en overnames.

Geografische analyse van marktdominantie en opkomende markten

De OoC-markt is geografisch geconcentreerd, waarbij de regio's Noord-Amerika en Azië-Pacific de koploper zijn qua marktaandeel:

  • Noord Amerika: Domineert de wereldwijde OoC-markt en heeft het grootste aandeel dankzij de geavanceerde infrastructuur voor gezondheidszorg, aanzienlijke investeringen in R&D en de aanwezigheid van toonaangevende bedrijven als Roche, Merck en Genentech.

    Alleen al de VS heeft meer dan 50% van de wereldmarkt in handen, met een sterke focus op innovatie en commercialisering van nieuwe technologieën.

  • Aziatisch-Pacifisch:Deze regio ontwikkelt zich tot een belangrijke speler op de OoC-markt, gedreven door toegenomen overheidssteun, groeiende biofarmaceutische industrieën en toenemende investeringen in biotechnologie.

    Vooral China boekt snelle vooruitgang, met een aanzienlijke toename van patentaanvragen en onderzoeksactiviteiten.

  • Europa: Hoewel Europa kleiner is in vergelijking met Noord-Amerika en Azië-Pacific, heeft het nog steeds een aanzienlijk marktaandeel. De focus van de regio op regelgevende ondersteuning voor het verminderen van dierproeven en het promoten van alternatieve methoden stimuleert de adoptie van OoC-technologie.

Emerging Markets

Naast deze dominante regio's beginnen opkomende markten in Latijns-Amerika en het Midden-Oosten het potentieel van OoC-technologie te herkennen. Deze regio's zullen naar verwachting een toenemende acceptatie zien naarmate het wereldwijde bewustzijn van de voordelen van OoC-modellen groeit.

Toepassingen van Organ-on-Chip-technologie

Organ-on-Chip (OoC)-technologie is een revolutionair hulpmiddel met brede toepassingen in meerdere sectoren, voornamelijk in biomedisch onderzoek, farmaceutica en gepersonaliseerde geneeskunde.

Deze toepassingen maken gebruik van het vermogen van OoC-systemen om menselijke orgaanfuncties en fysiologische reacties na te bootsen in een gecontroleerde, micro-engineeringomgeving. Hieronder staan ​​de belangrijkste gebieden waar OoC-technologie een significante impact heeft:

1. Geneesmiddelenontwikkeling en testen

  • Preklinische testen: OoC-systemen worden veelvuldig gebruikt in de beginfase van de ontwikkeling van geneesmiddelen om de werkzaamheid en veiligheid van nieuwe kandidaat-geneesmiddelen te evalueren.

    Door de reacties van menselijke organen te simuleren, kunnen deze modellen nauwkeuriger voorspellen hoe een medicijn zal presteren in menselijke proeven. Hierdoor wordt de afhankelijkheid van dierproeven aanzienlijk verminderd.

  • Toxicologische onderzoeken: Traditionele methoden om de toxiciteit van medicijnen te beoordelen, maken vaak gebruik van diermodellen. Dit kan duur en ethisch uitdagend zijn.

    OoC-technologie biedt een alternatief door modellen te leveren die relevant zijn voor mensen en die toxische effecten in een vroeg stadium kunnen detecteren. Zo wordt het veiligheidsprofiel van nieuwe geneesmiddelen verbeterd voordat ze in klinische proeven terechtkomen.

  • Farmacokinetiek en farmacodynamiek (PK/PD): Met OoC-modellen kunnen onderzoekers de absorptie, distributie, stofwisseling en uitscheiding (ADME) van geneesmiddelen bestuderen in een meer mensachtige omgeving.

    Dit is vooral nuttig voor het optimaliseren van de dosering van medicijnen en het begrijpen van de werking van het medicijn in de loop van de tijd in het menselijk lichaam.

2. Ziektemodellering en onderzoek

  • Kankeronderzoek: OoC-systemen worden gebruikt om verschillende soorten kanker te modelleren, waaronder lever-, long- en borstkanker.

    Met behulp van deze modellen kunnen onderzoekers de groei van tumoren, uitzaaiingen en de effecten van verschillende behandelingen bestuderen in een gecontroleerde omgeving die het menselijk lichaam nauwkeurig nabootst.

  • Infectieziekten: OoC-technologie wordt ook gebruikt om infectieziekten te bestuderen door de omgeving te repliceren waarin pathogenen interacteren met menselijke cellen. Deze toepassing is cruciaal voor het begrijpen van ziektemechanismen en het testen van potentiële behandelingen voor aandoeningen zoals COVID-19.
  • Chronische ziektes: Aandoeningen zoals diabetes, hart- en vaatziekten en neurodegeneratieve aandoeningen worden ook bestudeerd met behulp van OoC-modellen. Deze systemen helpen bij het begrijpen van de progressie van deze ziekten en het evalueren van de langetermijneffecten van behandelingen.

3. Gepersonaliseerde geneeskunde

  • Patiëntspecifieke modellen: Met de OoC-technologie kunnen patiëntspecifieke orgaanmodellen worden gemaakt met behulp van cellen afkomstig van individuele patiënten.
    Deze toepassing is cruciaal voor gepersonaliseerde geneeskunde, omdat hiermee de respons op medicijnen kan worden getest, afgestemd op de genetische samenstelling en het gezondheidsprofiel van de patiënt.

    Dergelijke modellen kunnen behandelbeslissingen sturen en de trial-and-error-aanpak die vaak gepaard gaat met complexe ziekten, verminderen.

  • Voorspellende diagnostiek: Door te simuleren hoe verschillende personen op specifieke medicijnen reageren, kunnen OoC-systemen ook worden gebruikt bij de ontwikkeling van voorspellende diagnostische hulpmiddelen.

    Met deze hulpmiddelen kan worden vastgesteld welke patiënten waarschijnlijk het meeste baat hebben bij een bepaalde behandeling, waardoor het algehele succespercentage van therapeutische interventies wordt verbeterd.

4. Regeneratieve geneeskunde en weefseltechnologie

  • Weefselregeneratie: OoC-technologie wordt gebruikt om weefsels te ontwerpen die kunnen worden gebruikt in regeneratieve geneeskunde. Zo worden lever-op-een-chipmodellen onderzocht op hun potentieel om leverweefsel te regenereren bij patiënten met leverziekten.
  • Stamcel onderzoek: OoC-platforms bieden een omgeving om stamceldifferentiatie en de vorming van complexe weefselstructuren te bestuderen. Deze toepassing is essentieel voor de ontwikkeling van nieuwe regeneratieve therapieën die beschadigd of ziek weefsel bij patiënten kunnen vervangen.

5. Milieu- en chemische testen

  • Toxiciteitstesten voor chemicaliën: Naast farmaceutische toepassingen wordt de OoC-technologie ook toegepast bij het testen van de toxiciteit van chemicaliën die worden gebruikt in de landbouw, cosmetica en industriële processen.

    Door gebruik te maken van modellen die relevant zijn voor mensen, kunnen bedrijven de veiligheid van deze chemicaliën voor menselijke blootstelling beter beoordelen.

  • Milieueffectstudies: OoC-systemen kunnen simuleren hoe omgevingsgifstoffen menselijke organen beïnvloeden. Dit levert waardevolle gegevens op voor regelgevende instanties en bedrijven die de ecologische voetafdruk van hun producten willen minimaliseren.

Conclusie

De orgaan-op-een-chip (OoC)-technologie ontwikkelt zich razendsnel, gedreven door belangrijke innovaties in microfluïdica, 3D-celkweek, bioprinting en andere gerelateerde gebieden.

Dankzij deze ontwikkelingen kunnen we de functies van menselijke organen nauwkeuriger simuleren, wat leidt tot doorbraken in de ontwikkeling van medicijnen, ziektemodellering en gepersonaliseerde geneeskunde.

Het groeiende patentlandschap, de betrokkenheid van belangrijke spelers in de industrie en de uitbreiding van toepassingen in verschillende sectoren benadrukken het transformatieve potentieel van OoC-technologie.

Naarmate dit vakgebied zich verder ontwikkelt, zal het een cruciale rol spelen in de toekomst van biomedisch onderzoek en gezondheidszorg. Het biedt namelijk nauwkeurigere, ethischere en efficiëntere oplossingen voor complexe medische uitdagingen.en connectiviteit.

Over TTC

At TT-consulentenzijn wij een vooraanstaande leverancier van op maat gemaakte intellectuele eigendom (IP), technologische intelligentie, zakelijk onderzoek en innovatieondersteuning. Onze aanpak combineert AI en Large Language Model (LLM)-tools met menselijke expertise en levert ongeëvenaarde oplossingen.

Ons team bestaat uit ervaren IE-experts, technische consultants, voormalige USPTO-examinatoren, Europese octrooigemachtigden en meer. Wij richten ons op Fortune 500-bedrijven, innovators, advocatenkantoren, universiteiten en financiële instellingen.

diensten:

Kies TT Consultants voor op maat gemaakte oplossingen van topkwaliteit die het beheer van intellectueel eigendom opnieuw definiëren.

Contact

Praat met onze deskundige

Neem nu contact met ons op om een ​​adviesgesprek in te plannen en begin met precisie en vooruitziendheid bij het vormgeven van uw strategie voor het ongeldig verklaren van patenten. 

Deel artikel

Categorieën

TOP

Vraag een terugbelverzoek aan!

Bedankt voor uw interesse in TT Consultants. Vul dan het formulier in en wij nemen spoedig contact met u op

    Popup

    ONTGRENDEL DE KRACHT

    Van uw ideeën

    Verbeter uw patentkennis
    Exclusieve inzichten wachten in onze nieuwsbrief

      Vraag een terugbelverzoek aan!

      Bedankt voor uw interesse in TT Consultants. Vul dan het formulier in en wij nemen spoedig contact met u op