Рынок гидрогелей для 3D-биопечати — по типу гидрогеля, технологии биопечати, области применения и конечному использованию — прогноз роста на 2025–2034 годы

Размер рынка гидрогелей для 3D-биопечати

Глобальный рынок гидрогелей для 3D-биопечати оценивался в 275 миллионов долларов США в 2024 году. Ожидается, что он вырастет с 335,6 миллиона долларов США в 2025 году до 886,4 миллиона долларов США к 2034 году, с темпом роста CAGR 11,4% согласно последнему отчету, опубликованному компанией Global Market Insights Inc.

• Биосовместимые 3D-гидрогели — это мягкие материалы, удерживающие воду, которые используются в качестве биочернил для биопечати в трехмерные структуры для поддержки живых клеток. Эти гели отражают естественное состояние тканей, сохраняя влагу и питательные вещества для правильного роста и функционирования клеток после печати. Их гелеобразная консистенция позволяет гидрогелям легко формироваться и наслаиваться с помощью 3D-принтеров для создания сложных тканей для медицинских исследований, тестирования лекарств или регенеративной медицины.
  
• Спрос на тканевую инженерию и регенеративную медицину быстро увеличивает рынок гидрогелей в 3D-биопечати. По мере того как персонализированное медицинское лечение, альтернативы трансплантации органов и платформы для тестирования лекарств приобретают важность, гидрогели предлагают перспективный путь для создания функциональных биосовместимых тканей в лаборатории.
  
• Развитие технологий биопечати и увеличение инвестиций в исследования и сотрудничество между биотехнологическими и медицинскими секторами стимулируют инновации и расширяют область применения биочернил на основе гидрогелей, что в свою очередь способствует росту рынка гидрогелей для 3D-биопечати.
  
• Недавние достижения в технологиях биопечати, в основном экструзионной и лазерной печати, позволяют точно позиционировать гидрогели с клетками для создания сложных тканей. Они способствуют использованию гидрогелей в 3D-биопечати.
  
• Улучшенные методы сшивки, такие как УФ-излучение и ионная сшивка, позволяют быстрое затвердевание гидрогелей после печати, сохраняя их форму и поддерживая жизнеспособность клеток. Формулы биочернил, которые механически прочнее и более биосовместимы с гидрогелями, также являются ключевыми в повышении надежности и эффективности этой технологии в ее медицинских или даже исследовательских применениях.
  

Тенденции рынка гидрогелей для 3D-биопечати

• Растущий спрос на персонализированные медицинские применения значительно повлиял на рост рынка 3D-биопечати гидрогелей. По мере того как здравоохранение быстро переходит на персонализированные лекарства, будущее печати специфических тканей и органов для отдельных пациентов становится критически важным.
  
• Гидрогели обеспечивают подходящую среду для живых клеток, что позволяет создавать индивидуальные имплантаты и модели в соответствии с биологическими характеристиками человека. Таким образом, это представляет собой дальнейший рост, поскольку биопечать отвечает потребностям точных терапий, улучшающих результаты и минимизирующих риски отторжения.
  
• Интеграция передовых методов сшивки для биочернил на основе гидрогелей работает лучше и способствует их более широкому применению в биопечати. Быстрое затвердевание напечатанных структур с сохранением их формы без вреда для встроенных клеток становится возможным благодаря методам сшивки, таким как фотосшивка и ферментативная сшивка. Эти инновации улучшают механическую стабильность и функционирование биопечатанных тканей, что в свою очередь позволяет создавать более сложные и долговечные конструкции. Поэтому эти инновации имеют большое значение для расширения использования гидрогелей в исследовательских и клинических применениях.
  
• Расширение применения регенеративной медицины продолжает стимулировать спрос на биопечать на основе гидрогелей. Гидрогели представляют собой хорошие каркасы, имитирующие естественную внеклеточную матрицу, поддерживающую рост клеток и регенерацию тканей. Инвестиции и клинический интерес способствуют их внедрению в таких областях, как заживление ран, восстановление хрящей или регенерация органов. Это расширение применения играет ключевую роль в продвижении гидрогелей для рынка 3D-биопечати, все больше терапий теперь зависят от биопечати тканей для восстановления или замены поврежденных биологических структур.
  
• Развитие многоматериальной биопечати меняет возможности 3D-печати гидрогелей, позволяя одновременно наносить несколько биочернил. В гетерогенных тканевых конструкциях несколько материалов отражают сложность естественных органов и различаются по механическим и биологическим свойствам в одной напечатанной детали. Технологии, обеспечивающие многоматериальную печать, открывают новые возможности в тканевой инженерии, что позволяет создавать все более реалистичные конструкции и применять материалы в этой области гидрогелевой биопечати.
  

Анализ рынка гидрогелей для 3D-биопечати

По типу гидрогеля рынок сегментирован на натуральные гидрогели, синтетические гидрогели и гибридные системы. Натуральные гидрогели имеют рыночную стоимость в размере 168,2 млн долл. США в 2024 году.

• Наибольший рост наблюдается у натуральных гидрогелей среди категорий гидрогелей, что в основном связано с их улучшенной биосовместимостью и сходством с естественной внеклеточной матрицей. Коллаген, желатин и альгинат — это материалы, которые популярны в тканевой инженерии и регенеративной медицине, поскольку они обладают поддерживающими свойствами для адгезии, пролиферации и дифференциации клеток.
  
• Синтетические гидрогели, такие как полиэтиленгликоль (ПЭГ), и гибридные системы (которые сочетают как натуральные, так и синтетические полимеры) набирают популярность благодаря своей настраиваемости механических свойств и структурной стабильности, а также более длительному сроку хранения.
  
• Синтетические гидрогели предлагают более высокую управляемость в отношении скоростей деградации и химического состава, что открывает путь для их использования в высокопрочных и точных приложениях. Гибридные гидрогели стремятся к установлению компромисса, сочетая биосовместимость натуральных структур с врожденной прочностью синтетических. Хотя такие типы применения пока не так распространены, много исследований и инноваций расширяют потенциал таких гибридов для более сложных и несущих нагрузку приложений в тканевой инженерии.
  

По технологии биопечати рынок гидрогелей для 3D-биопечати сегментирован на экструзионную биопечать, капельную биопечать, лазерную биопечать, стереолитографию и световую биопечать и новые технологии. Сегмент экструзионной биопечати оценивался в 140,7 млн долл. США в 2024 году.

• Промышленность биопечати значительно меняется, с различными технологиями, все чаще используемыми для различных применений в тканевой инженерии, регенеративной медицине и фармацевтических исследованиях. Экструзионная биопечать благодаря своей способности работать с широким ассортиментом биочернил и стабильности при печати сложных тканевых структур. Это простой в использовании, экономичный и подходящий метод для печати материалов с высокой вязкостью в таких приложениях, как моделирование кожи, хрящей и костей. В то же время двойные капельные процессы становятся все более заметными, так как они обеспечивают точное и бесконтактное нанесение клеток, идеально подходящее для применений в скрининге лекарств и производстве деликатных моделей тканей, где важна точность.
  
• Лазерная биопечать успешно применяется в специализированных областях, характеризующихся высоким разрешением и бесконтактной печатью, что особенно подходит в случае сложных биологических тканей и чувствительных тканей, таких как нервы или кровеносные сосуды. Стереолитография и биопечать на основе света также начали привлекать внимание благодаря своим возможностям создавать 3D-структуры с высокой детализацией из светочувствительных материалов и демонстрируют большой потенциал в таких областях, как стоматология и микрофлюидика. Наконец, технологии, которые недавно начали привлекать внимание, включают магнитную и 4D-биопечать, предлагая творческое решение для преодоления существующих ограничений в скорости, масштабируемости и функциональности.

На основе применения рынок гидрогелей для 3D-биопечати сегментирован на тканевую инженерию и регенеративную медицину, системы доставки лекарств, моделирование заболеваний и открытие лекарств, биосенсоры и диагностику и другие. Сегмент тканевой инженерии и регенеративной медицины в 2024 году оценивался в 70% доли.

• Тканевая инженерия и регенеративная медицина пользуются спросом на рынке благодаря своему революционному потенциалу в восстановлении и замене поврежденных тканей и органов. Биопечать способствует развитию высокоорганизованных структур с использованием клеток, полученных непосредственно от пациента, значительно снижая риск отторжения и необходимость в доноре. Тенденция к использованию биопечати в этом сегменте была дополнительно ускорена достижениями в области исследований стволовых клеток и острой необходимостью в трансплантации органов, что позволило разработать функциональные ткани, такие как модели кожи, хрящей и печени, что делает их основным направлением исследований и клинических применений.
  
• Технологии доставки лекарств и инструменты для моделирования заболеваний и открытия лекарств находят впечатляющие применения в биопечати для создания точных и персонализированных моделей, имитирующих человеческую физиологию. Эти модели являются ключевым способом снижения использования животных в тестировании и повышения предсказуемости реакции на лекарства. В биосенсорике и диагностике биопечать ведет к появлению миниатюрных биологически интегрированных сенсорных платформ, подходящих для мониторинга здоровья в реальном времени. Хотя они еще находятся на начальных стадиях, они уже демонстрируют быстрый рост биопечати за пределами восстановления тканей в другие биомедицинские области, которые становятся все более доступными и гибкими.
  

На основе конечного пользователя рынок гидрогелей для 3D-биопечати сегментирован на фармацевтику, биотехнологию, академические и исследовательские учреждения, клинические и медицинские учреждения и другие. Сегмент фармацевтики в 2024 году оценивался в 113,1 млн долларов США.

• Технология биопечати востребована в фармацевтической отрасли. Она важна как часть разработки лекарств, так и тестирования лекарств, поскольку хорошо сочетается с персонализированной медициной. Фармацевтические компании используют биопечать для создания высокоточных моделей человеческих тканей, что повышает эффективность прогнозирования результатов скрининга лекарств, исключает необходимость в тестировании на животных и ускоряет открытие лекарств, снижая затраты и повышая успех. Производство специфических моделей тканей пациента также поддерживает растущий спрос на персонализированные терапии, и биопечать считается незаменимым активом для фармацевтической инновации.
  
• Биотехнологические компании, университеты и исследовательские институты являются одними из самых значительных вкладчиков в рост рынка гидрогелей для 3D-биопечати. Биопечать используется биотехнологическими фирмами для разработки новых биоматериалов, регенеративных терапий и биофабрикационных процессов. Эта технология широко применяется на академическом и исследовательском уровнях для изучения передовых рубежей науки в области тканевой инженерии и моделирования заболеваний. В то же время клинические и медицинские учреждения, похоже, адаптируются к интеграции биопечати в медицинскую практику, используя ее для хирургического планирования и регенеративных лечений. Такое разнообразное пользовательское сообщество подчеркивает расширяющееся влияние биопечати в области жизненных наук.

Рынок гидрогелей для 3D-биопечати в США в 2024 году составил 99,3 млн долл. США. США играет стратегическую роль на рынке гидрогелей, благоприятно ориентированную на 3D-биопечать благодаря сильной исследовательской инфраструктуре, развитой биотехнологической отрасли и значительным инвестициям в регенеративную медицину. Северная Америка выигрывает от сотрудничества с академическими учреждениями, фармацевтическими компаниями и стартапами для разработки потенциальных формул гидрогелей, направленных на улучшение точности биопечати и жизнеспособности клеток. Кроме того, растущий спрос на персонализированную медицину и все более благоприятная регуляторная среда будут способствовать внедрению технологий биопечати на основе гидрогелей в Северной Америке, что повысит значение региона в глобальной передней экосистеме тканевой инженерии и регенеративных применений.

Рынок гидрогелей для 3D-биопечати в Европе переживает инновации, в значительной степени обусловленные развитием экологически устойчивых материалов. Регион делает акцент на разработке экологически чистых и биологически разлагаемых гидрогелей, что соответствует более широким европейским приоритетам в области экологической ответственности и принципов круговой экономики. Европа также обладает разнообразной сетью специализированных биотехнологических кластеров и совместных проектов, финансируемых Европейским Союзом, направленных на развитие области биопечати в регенеративной медицине и изготовлении сложных тканей. Рост спроса на медицинские услуги и старение населения способствуют стабильному росту и укреплению позиции Европы как центра специализированных технологий гидрогелей в 3D-биопечати.

В настоящее время в Азиатско-Тихоокеанском регионе наблюдается быстрорастущий сегмент рынка гидрогелей для 3D-биопечати, так как инвестиции расширяются в области биотехнологий и медицинской инфраструктуры в таких странах, как Китай, Япония и Южная Корея. Регион выигрывает от наличия квалифицированных исследователей, а также от инициатив правительства, направленных на продвижение передовых медицинских технологий. Кроме того, быстро растущий спрос на доступные и эффективные регенеративные методы лечения, а также развитие фармацевтической и исследовательской отраслей ускоряют внедрение решений для биопечати на основе гидрогелей.

Рынок гидрогелей для 3D-биопечати в Латинской Америке растет, так как исследовательские институты и биотехнологические компании в регионе исследуют потенциал разработки новых биоматериалов. Развитие рынка усиливается за счет сотрудничества университетов и частных компаний, направленного на разработку экономически эффективных гидрогелей, которые решают одни из самых насущных медицинских проблем в регионе. Инициативы правительства, направленные на улучшение медицинской инфраструктуры и развитие передовых производственных технологий, создают благоприятные условия для продвижения биопечати.

Ближний Восток и Африка стали перспективным регионом для рынка гидрогелей для 3D-биопечати благодаря увеличению инвестиций в передовые медицинские технологии и исследовательские инициативы в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. Спрос на персонализированное медицинское лечение, при котором система здравоохранения адаптируется более эффективно благодаря государственным поддерживающим политикам, может стимулировать внедрение технологии 3D-биопечати в таких странах, как ОАЭ, Саудовская Аравия и Южная Африка. Кроме того, партнерства между местными исследовательскими учреждениями и мировыми биотехнологическими компаниями ускоряют создание новых гидрогелей для целей биопечати, обеспечивая стабильный рост этого рынка в регионе.

Доля рынка гидрогелей для 3D-биопечати

Глобальный рынок умеренно концентрирован, при этом пять ведущих игроков занимают 35,5% доли рынка, а лидером является Cellink AB (BICO Group), которая владеет 6,5% доли рынка.

• Постоянные инвестиции в НИОКР в долгосрочной перспективе стали очень важными для поддержания конкурентных преимуществ в настоящее время. Одним из примеров этого исследования является разработка передовых и уникальных гидрогелей, которые сочетают синтетические и натуральные компоненты для улучшения биологической совместимости и механических свойств, а также повышения функциональности за счет связывания биологических молекул.
  
• Инновации касаются не только материалов, но и энергоэффективных методов производства и печати. Поэтому лидеры отрасли разрабатывают гидрогели, которые могут отверждаться или перекрестно-связываться в мягких условиях, чтобы экономить энергию и снижать сложность обработки. Материальные отходы можно минимизировать, а сэкономленные затраты на логистику и их влияние на окружающую среду можно отнести к улучшенной стабильности на полке. Кроме того, постоянные усилия компаний по обеспечению возобновляемых сырьевых материалов добавляют к их экологическим заслугам, обеспечивая как экономическую эффективность, так и корпоративную социальную ответственность.
  
• Руководители отрасли активно сотрудничают с университетами, исследовательскими организациями и другими игроками отрасли, чтобы оставаться в авангарде технологических достижений. Сочетая экспертизу в области биологии, материаловедения и инженерии, такие усилия ускоряют инновации в быстром развитии гидрогелей и методов печати следующего поколения. Они также участвуют в стандартизации и консорциумах отрасли, формируя нормативную среду, в которой появляются новые продукты, обеспечивая их соответствие научным и рыночным потребностям.
  

Компании на рынке гидрогелей для 3D-биопечати

Основные игроки, действующие на рынке гидрогелей для 3D-биопечати, включают:

• 3DBio Therapeutics
• Advanced Solutions
• Aspect Biosystems
• Cellink AB (BICO Group)
• Cellntec
• FluidForm Bio
• Hangzhou Meizhuo Biotechnology Co. Ltd
• Inventia Life Science Pty Ltd
• Lifecore Biomedical
• Manchester BIOGEL
• Mimixbio
• Nanoscribe
• Nordmark
• Organovo Inc.
• REGENHU
• Revotek Co. Ltd
• Rousselot Biomedical
• TissueLabs
• ViscoTec / Puredyne
• XPECT INX
  

Cellink AB (BICO Group) Cellink AB является частью группы BICO, которая в основном является биотехнологической компанией, специализирующейся на технологиях 3D-биопечати, включая биочернила, биопринтеры и лабораторные инструменты, используемые в науках о жизни и тканевой инженерии. Она изначально была сосредоточена на разработке биопечати, которая более доступна благодаря готовым к использованию биочернилам. Компания затем расширила свою деятельность на более широкие области, такие как автоматизация лабораторий и моделирование человеческих тканей. Интегрируя биологию с инженерией, она поддерживает исследования в области разработки лекарств, регенеративной медицины и разработки альтернатив животным тестам, с сильным акцентом на устойчивость, инновации и междисциплинарное сотрудничество.

Organovo Inc.   Компания занимается разработкой 3D-биопечатаных человеческих тканей, предназначенных для подготовки медицинских исследований и разработки лекарств. Компания использует свою собственную технологию биопечати для создания моделей тканей, которые в структуре и функциях повторяют человеческие органы in vivo. Эти модели используются для изучения заболеваний, тестирования реакций на лекарства и исследования будущих применений в регенеративной медицине. Цели Organovo предоставляют более точные и релевантные для человека альтернативы традиционным культурам клеток и тестированию на животных.

Advanced Solutions Advanced Solutions Life Sciences (ASLS) — это компания, которая разрабатывает интегрированные платформы, включающие оборудование, программное обеспечение и биологические инструменты для 3D-биофабрикации и тканевой инженерии. Их флагманская система — это робототехническая платформа, которая собирает биологические структуры с использованием программного обеспечения для проектирования и специализированных биоинструментов. Их фокус — на предоставлении решений в таких областях, как открытие лекарств, регенеративная медицина, высокопроизводительные тесты и моделирование человеческих тканей. Их объекты включают инженерию, биологические исследования, производство и поддержку клиентов по всему миру.

FluidForm Bio — это биотехнологическая компания, специализирующаяся на разработке передовых технологий 3D-биопечати для создания живых человеческих тканей для терапевтического использования. Их запатентованный метод печати позволяет создавать сложные, васкуляризированные тканевые структуры, аккуратно размещая клетки и белки в поддерживающих гелевых средах. Эта технология помогает преодолеть такие проблемы, как поддержание жизнеспособности клеток и обеспечение доставки питательных веществ ко всем частям ткани. Одной из их основных целей является разработка имплантируемых тканей, которые могут лечить такие заболевания, как диабет 1 типа, восстанавливая естественные функции организма.

Inventia Life Science Это австралийская биотехнологическая компания, разрабатывающая инструменты и платформы для создания сложных трехмерных моделей клеточной культуры, имитирующих человеческие ткани. Их основная технология позволяет исследователям производить воспроизводимые, релевантные для заболеваний 3D-модели клеток в своих лабораториях, что помогает в открытии лекарств и биологических исследованиях. Они сосредоточены на том, чтобы сделать рабочие процессы более доступными и надежными, сочетая новые биочернила с автоматизированными биопринтерами. Их платформа RASTRUM — это фирменный продукт, который сочетает капельное отложение клеток и матрицы для создания физиологически значимых 3D-структур.

Гидрогели для отрасли 3D-биопечати: новости

• В феврале 2025 года TheWell Bioscience заключила партнерство с REGEMAT 3D для распространения своего ксенофREE-биофункционального биочернила VitroINK по разным частям Европы. Это биочернило позволяет биопечатать без УФ- и тепловой полимеризации или сшивающих агентов, что напрямую совместимо с смешиванием клеток для тканевой инженерии и регенеративной медицины. REGEMAT 3D известна своими настраиваемыми биопринтерами и биореакторами.
  
• В июне 2023 года UpNano и BIO INX разработали биосовместимый гидрогелевый смолу под названием Hydrotech INX U200, который позволяет выполнять высокоточную 2PP-3D-печать органов на чипе с встроенными живыми клетками. Смола обеспечивает микро- и мезоскопическую печать с высокой точностью, что позволяет улучшить изготовление моделей "рак на чипе" и "лаборатория на чипе". С Hydrobio INX U200, который является гелевым биочернилом на основе желатина и поддерживает инкапсуляцию клеток, две компании сочетают инертные и биологически активные материалы для сложного биопечати.
  

Отчет по исследованию рынка гидрогелей для 3D-биопечати включает глубокий анализ отрасли с оценками и прогнозами в терминах выручки (млн долларов США) и объема (тыс. тонн) с 2021 по 2034 год, для следующих сегментов:

Рынок, по типу гидрогеля

• Натуральные гидрогели
  • Системы на основе альгината
  • Системы на основе коллагена и желатина
  • Системы на основе гиалуроновой кислоты
  • Системы на основе фибрина
  • Системы на основе хитозана
  • Системы на основе агарозы
  • Децеллюляризованные системы ECM 
• Синтетические гидрогели
  • Системы на основе PEG
  • Триблок-кополимеры PEG-PCL
  • Системы на основе полиуретана
  • Системы PLA & PCL
  • Системы на основе PVA
• Гибридные системы
  • Композиты природных и синтетических материалов
  • Многоматериальные системы
  • Усиленные гидрогелевые сети

Рынок, по биопечати

• Биопечать на основе экструзии
  • Пневматические системы экструзии
  • Механические системы экструзии
  • Коаксиальные системы экструзии
  • Многоматериальная экструзия 
• Биопечать на основе капель
  • Биопечать с помощью струйной печати
  • Системы по требованию
  • Системы на основе микроклапанов
• Лазерная биопечать
  • Лазерная индуцированная передача вперед
  • Матричная лазерная испарительная кристаллизация
  • Лазерная индуцированная передача вперед с поглощающей пленкой
• Стереолитография и световые методы
  • Стереолитография (SLA)
  • Цифровая световая обработка (DLP)
  • Двухфотонная полимеризация
  • Объемная биопечать
• Перспективные технологии
  • Акустическая биопечать
  • Магнитная биопечать
  • Электрогидродинамическая биопечать

Рынок, по применению

• Тканевая инженерия и регенеративная медицина
  • Инженерия сердечно-сосудистых тканей
  • Инженерия нервных тканей
  • Применения в лечении кожи и ран
  • Инженерия костей и хрящей
  • Инженерия печеночных тканей
  • Инженерия почечных тканей
  • Инженерия легочных тканей 
• Системы доставки лекарств
  • Платформы контролируемого высвобождения
  • Целевая доставка лекарств
  • Персонализированное тестирование лекарств
  • Системы длительного высвобождения
• Моделирование заболеваний и поиск лекарств
  • Системы "орган на чипе"
  • Модели онкологических исследований
  • Модели патологии заболеваний
  • Платформы тестирования токсичности
• Биосенсоры и диагностика
  • Имплантируемые биосенсоры
  • Носимые системы сенсоров
  • Диагностика в точках оказания помощи
• Другое
  • Тестирование косметики
  • Пищевая и сельскохозяйственная промышленность
  • Экологические применения

Рынок, по конечному использованию

•  Фармацевтические компании

• Крупные
• Специализированные
• Организации по контракту на исследования

•  Биотехнологические компании

• Тканевая инженерия
• Клеточная терапия
• Регенеративная медицина

•  Академические и исследовательские учреждения

• Университеты и исследовательские центры
• Государственные исследовательские институты
• Некоммерческие исследовательские организации

•  Клинические и медицинские учреждения

• Больницы и медицинские центры
• Специализированные клиники
• Хирургические центры

•  Другое конечное использование

• Контрактное производство
• Поставщики материалов
• Технологическая платформа

Приведенная выше информация предоставляется для следующих регионов и стран:

• Северная Америка
  • США
  • Канада
• Европа
  • Великобритания
  • Германия
  • Франция
  • Италия
  • Испания
  • Остальная Европа
• Азиатско-Тихоокеанский регион
  • Китай
  • Индия
  • Япония
  • Южная Корея
  • Австралия
  • Остальная Азиатско-Тихоокеанский регион 
• Латинская Америка
  • Бразилия
  • Мексика
  • Аргентина
  • Остальная Латинская Америка 
• Ближний Восток и Африка
  • ОАЭ
  • Саудовская Аравия
  • Южная Африка
  • Остальной Ближний Восток и Африка