"Intestinos en miniatura", órganos miniatura de vanguardia nacidos de la fusión de la tecnología de impresión y la medicina regenerativa.

En las primeras etapas del desarrollo de nuevos fármacos (especialmente medicamentos orales), así como de alimentos conocidos para usos específicos de la salud y alimentos con declaraciones funcionales, se realizan experimentos para evaluar cómo y en qué medida los ingredientes en desarrollo se absorben en los intestinos y cómo se comportan posteriormente en el organismo. Tradicionalmente, estas evaluaciones se realizaban comúnmente mediante pruebas en animales, pero en los últimos años, con el creciente movimiento mundial por el bienestar animal ^*1, se buscan métodos alternativos. Además, los costos y los plazos para el desarrollo de nuevos productos se están disparando en industrias como la farmacéutica y la alimentaria, lo que hace que el desarrollo de métodos alternativos sea una cuestión aún más urgente.

• 1. Bienestar animal: El concepto de tratar a los animales de forma ética, protegiendo su salud y bienestar, y minimizando el dolor, el estrés y el sufrimiento.

Para abordar la necesidad de tecnologías alternativas a la experimentación con animales, se están realizando esfuerzos para utilizar diversas células de órganos cultivadas a partir de células madre pluripotentes, incluidas las células iPS humanas, en la investigación y el desarrollo de nuevos fármacos. Entre estas, los órganos en miniatura denominados "organoides", que poseen una forma tridimensional y funciones similares a las de los órganos humanos, están atrayendo la atención, y su desarrollo avanza en diversas instituciones de investigación.

En particular, el "Mini Intestino", desarrollado conjuntamente por DNP y el Centro Nacional para la Salud y el Desarrollo Infantil, está atrayendo la atención como un organoide del tracto intestinal, que posee una estructura y función complejas entre los órganos humanos. Las ventas de prueba comenzaron en diciembre de 2021 y actualmente se están acelerando los esfuerzos para comercializar el producto.

El mini intestino de la foto mide aproximadamente 1,5 mm, pero es posible crear algunos de hasta 1 cm. Este tamaño es mayor que el de los organoides intestinales previamente establecidos, y el mini intestino está orientado al revés, con las células epiteliales intestinales que absorben los nutrientes expuestas hacia el exterior, lo que facilita la medición del efecto de absorción.

Además de la capa de células epiteliales intestinales implicadas en la absorción, los intestinos en miniatura también contienen células de tejido submucoso, como células musculares lisas y células nerviosas entéricas, creando una reproducción tridimensional de una estructura tisular muy similar a la del intestino humano. Gracias a estas características únicas, los intestinos en miniatura pueden utilizarse en una amplia gama de investigaciones.

Los intestinos en miniatura se crean sembrando células iPS ^*2 en un sustrato de cultivo con patrón y cultivándolas durante aproximadamente 30 días. Posteriormente, estas células se desprenden espontáneamente del sustrato formando cultivos celulares esféricos tridimensionales. Al continuar el cultivo durante otros 30 días, se completa el proceso de creación del intestino en miniatura.

• 2. Células iPS: Un tipo de célula madre pluripotente que puede diferenciarse en células de diversos tejidos y órganos. A diferencia de las células ES, que se extraen de blastocistos, las células iPS se caracterizan por su capacidad de crearse a partir de células somáticas de fácil obtención, como células de la piel o de la sangre.

Lo importante aquí es que el simple cultivo de células iPS en un sustrato no generará un intestino en miniatura. Para reproducir el tracto intestinal, que posee una estructura y función complejas, se necesita un sustrato con un patrón específico para cultivar las células con la forma óptima. El comportamiento de las células, como la adhesión y la diferenciación de las células iPS, se controla mediante la tecnología de microfabricación de películas delgadas de polímero ^*3, que es una aplicación y un desarrollo de la tecnología avanzada de microfabricación y recubrimiento de precisión que DNP ha cultivado.

Esta tecnología consiste en recubrir un polímero que no se adhiere a las células y luego irradiarlo con luz ultravioleta de vacío (VUV) ^*4 siguiendo un patrón específico para crear áreas donde las células puedan adherirse y crecer. Las ventajas únicas de DNP radican en la combinación de su conocimiento especializado para diseñar patrones de forma óptimos para el cultivo celular y la tecnología de microfabricación desarrollada mediante fotolitografía.

• 3. Películas delgadas de polímeros: Se trata de películas delgadas de polímeros (plásticos, resinas, caucho, etc.) con un espesor de 1 micrómetro (1/1000 mm) o menos, y son materiales a los que se les pueden dotar fácilmente de funciones especiales.

• 4. Luz ultravioleta de vacío (VUV): Un tipo de onda electromagnética, se refiere a la región con las longitudes de onda más cortas dentro del espectro de luz ultravioleta, alrededor de 10 a 200 nanómetros (1 nanómetro es 1/1.000.000 de milímetro).

En abril de 2022, Mini-Intestine se utilizó en un experimento para medir la tasa de proliferación de las cepas Omicron y Delta del nuevo coronavirus en el tracto intestinal, un campo del que no se tenía conocimiento previo. ^*5 Desde que comenzó su venta de prueba en diciembre de 2021, Mini-Intestine ha atraído una considerable atención de diversos sectores por su utilidad.

DNP considera que, para satisfacer estas necesidades y crear un valor social tangible, es necesario mejorar no solo la calidad de los órganos en miniatura, sino también su facilidad de uso para los usuarios.

Por ejemplo, los organoides derivados de tejido biológico presentan características como la dificultad para congelarlos, y su suministro a numerosas instituciones de investigación, manteniendo su calidad, requiere una revisión completa de los contenedores especializados, los métodos de transporte y los sistemas de distribución. Además, su incorporación al proceso de desarrollo de alimentos funcionales y productos farmacéuticos exige dilucidar su correlación con los experimentos convencionales con animales y los experimentos con células individuales.

Mejorar la función y estabilizar la calidad del miniintestino son temas importantes, pero resolver estos desafíos para su implementación social será una tarea más compleja. Sin embargo, al mismo tiempo, este es un ámbito donde DNP, que ha satisfecho las necesidades de numerosas empresas en una amplia gama de industrias, incluyendo la alimentaria y la farmacéutica, puede demostrar su verdadero valor.

DNP está llevando a cabo investigaciones con el objetivo de iniciar la comercialización a gran escala del miniintestino en un plazo de cinco años.

• 5 国立成育医療研究センター　プレスリリース
  新型コロナウイルスの増殖性を立体臓器｢ミニ腸｣で検証 〜デルタ株とオミクロン株の全く異なる特性を発見〜
  https://www.ncchd.go.jp/press/2022/0512.html

El progreso en el desarrollo de tecnologías para crear estructuras tridimensionales que imitan órganos mediante células es notable, y se espera que los organoides, como los intestinos en miniatura, se extiendan a otros órganos en los próximos años. En particular, se prevé una alta demanda de organoides del cerebro, el corazón, los pulmones, etc., en el campo del descubrimiento de fármacos, y también se anticipa el establecimiento de métodos para verificar los efectos en todo el cuerpo humano mediante la interconexión de estos órganos.

Desde su creación en 2011, DNP ha participado activamente en el desarrollo de negocios en los campos médico y sanitario, incluyendo la participación en el "Foro para la Innovación en Medicina Regenerativa (FIRM)". Aprovechando las tecnologías relacionadas con el cultivo celular desarrolladas a través de estos esfuerzos, DNP continuará su investigación con una perspectiva a largo plazo, con el objetivo de comercializar sistemas biomiméticos ^*7 que combinen diversas células de órganos con canales microfluídicos ^*6 para reproducir fenómenos dentro del cuerpo humano.

• 6. Microcanales: Pequeñas ranuras (canales) formadas en sustratos como vidrio o resina, con un ancho y una profundidad de varios a varios cientos de micrómetros.

• 7. Los sistemas microfisiológicos (SMF) son plataformas que combinan células que componen los órganos humanos con canales microfluídicos para reproducir funciones e interacciones fisiológicas que ocurren en el cuerpo.

Han transcurrido casi 10 años desde que DNP creó con éxito un miniintestino. Durante los próximos 10 años, aprovecharemos el conocimiento adquirido en la vanguardia de las células y organoides derivados de células iPS humanas para desarrollar nuevos negocios en todo el sector médico y sanitario. Les invitamos a descubrir las innovaciones que surgirán en estos 10 años y los nuevos retos que DNP afrontará.

• La información proporcionada está actualizada a la fecha de la última actualización. Tenga esto en cuenta.