Die Aufnahme von drei wichtigen Nährstoffen (Kohlenhydraten, Proteinen und Lipiden) wurde in einem aus menschlichen iPS-Zellen erzeugten „Mini-Darm“ bestätigt.
Veröffentlicht in Nutrients, einer internationalen Fachzeitschrift für menschliche Ernährung
8. Februar 2022
Dai Nippon Printing Co., Ltd. (DNP) hat in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Reproduktionsmedizinische Forschung (Leitung: Hidenori Akutsu) am Nationalen Zentrum für Kindergesundheit und -entwicklung ein Forschungsprojekt durchgeführt und die Nützlichkeit eines „Mini-Darms“, eines dreidimensionalen Organmodells des Dünndarms, das aus humanen iPS-Zellen hergestellt wurde, zur Beurteilung der Absorption der drei Hauptnährstoffe (Kohlenhydrate, Proteine und Fette) bestätigt. Ein Artikel zu dieser Forschung wurde in der internationalen Fachzeitschrift für Humanernährung „Nutrients“ (herausgegeben von MDPI am 19. Januar 2022) veröffentlicht.
Schematische Darstellung der Absorptionsmessung
Abbildung der Absorptionsreaktion eines markierten Reagenz (grün) unter Verwendung eines Mini-Darms
[Forschungshintergrund]
In den letzten Jahren ist das Bewusstsein für die Wirksamkeit der Ernährung bei der Prävention von Zivilisationskrankheiten gestiegen. Dies hat Lebensmittelunternehmen und andere Betriebe dazu veranlasst, Lebensmittel für spezielle gesundheitliche Zwecke (FOSHU) und Lebensmittel mit funktionellen Angaben zu entwickeln. Die drei wichtigsten Nährstoffe (Kohlenhydrate, Proteine und Fette), die für die Erhaltung der Gesundheit unerlässlich sind, werden hauptsächlich über den Dünndarm aufgenommen. Die Nährstoffaufnahme ist daher eines der wichtigsten Bewertungskriterien bei der Entwicklung von Lebensmitteln mit funktionellen Angaben. Traditionell wurde die funktionelle Überprüfung der Nährstoffaufnahme mithilfe von Labortieren wie Mäusen und Ratten durchgeführt. Aufgrund von Bedenken hinsichtlich des Tierschutzes ist jedoch in der Lebensmittelindustrie ein Trend zum Verbot von Tierversuchen zu beobachten. Da Mäuse und Ratten zudem andere Spezies als der Mensch sind, lassen sich die Ergebnisse von Tierversuchen nicht ohne Weiteres auf den Menschen übertragen. Daher wurde festgestellt, dass die Auswirkungen von Lebensmittelbestandteilen auf die Nährstoffaufnahme beim Menschen und der Absorptionsprozess selbst noch nicht vollständig geklärt sind.
Als Antwort auf diese Herausforderungen haben DNP und die Abteilung für Reproduktionsmedizinische Forschung des Nationalen Zentrums für Kindergesundheit und -entwicklung nun einen aus menschlichen iPS-Zellen erzeugten „Mini-Darm“ verwendet, der dem Menschen ähnlicher ist als Mäusen oder Ratten, um die Absorptionsfunktion der drei Hauptnährstoffe zu analysieren, und haben die Möglichkeit aufgezeigt, ihn als neues Instrument zur Absorptionsbewertung einzusetzen.
[Forschungsübersicht]
Es ist bekannt, dass Mini-Därme eine dreidimensionale Struktur aufweisen, die der eines lebenden Organismus ähnelt, und dass verschiedene funktionelle Substanzen auf sie aufgebracht werden können, ohne ihre Form zu verändern. In dieser Studie wurden die Mini-Därme so hergestellt, dass sie fluoreszenzmarkierte drei Hauptnährstoffe absorbieren konnten, ohne ihre dreidimensionale Struktur zu verlieren. Die Zugabe einer Komponente mit hemmender Wirkung auf die Kohlenhydratabsorption führte zu einer Unterdrückung dieser Absorption. Die Größe der Mini-Därme wurde mithilfe einer von DNP * entwickelten KI-basierten Messsoftware bestimmt.
※測定・解析用のソフトについて → https://www.dnp.co.jp/news/detail/10160896_1587.html
[Auswirkungen dieses Forschungsergebnisses auf die Gesellschaft]
Angesichts der weltweiten Forderung nach mehr Tierrechten werden aktuell Rufe nach einem Ende oder einer Reduzierung von Tierversuchen laut. Insbesondere in der Lebensmittelindustrie besteht ein dringender Bedarf an alternativen Methoden. Mini-Därme, die dem menschlichen Darm strukturell und funktionell ähneln, gelten daher als vielversprechende Alternative.
[Über den in "Nutrients" veröffentlichten Artikel]
Titel: Xenogenfreie humane Darmorganoide zur Beurteilung der intestinalen Nährstoffabsorption
Autoren: Makoto Inoue, Yuichi Tanaka, Sakiko Matsushita, Yuri Shimozaki, Hirohito Ayame und Hidenori Akutsu
[Zukünftige Entwicklungen]
DNP wird die Nährstoffaufnahmefunktion des Mini-Darms nutzen, um vielfältige Anforderungen im Bereich der Ernährung zu erfüllen, beispielsweise die Bewertung der Absorption von Nahrungsbestandteilen und die Erforschung neuer Inhaltsstoffe, und wird die Weiterentwicklung kontinuierlich vorantreiben. Darüber hinaus wird DNP neue alternative Technologien fördern und den Mini-Darm als Bewertungsinstrument für Forschung und Entwicklung verschiedenster Unternehmen und Organisationen vorschlagen.
Initiativen von DNP im Bereich der regenerativen Medizin im medizinischen Gesundheitswesen
DNP konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Geschäftsfelder im medizinischen Bereich und nutzt dabei seine Stärken in der Druck- und Informationstechnologie. Das Unternehmen brachte 2008 als erstes in Japan ein Gerät zur stabilen Zellkultivierung in verschiedenen Mustern auf den Markt, das auf Dünnschicht-Mehrschichtstrukturierungstechnologie basiert. Zudem fertigt DNP temperaturreaktive Kulturgefäße, die durch Absenken der Temperatur ein sauberes Ablösen der kultivierten Zellen in Blattform ermöglichen. Zukünftig wird das Unternehmen die Qualität und Leistung seiner spezialisierten Zellkulturgefäße weiter verbessern und die Entwicklung zerstörungsfreier Technologien zur Zellqualitätskontrolle mittels Bildanalyse vorantreiben.
- Tierschutz: Der physische und psychische Zustand eines Tieres in Bezug auf die Umwelt, in der es lebt und stirbt (Weltorganisation für Tiergesundheit)
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