大日本印刷株式會社 (DNP) 負責研究開發的部長之一土屋勝則在2015年發現，播種在他們開發的模式培養基材上的幹細胞，僅在90天內就分化成腸細胞，發育成腸道。簡直不敢相信。
土屋和他的團隊成功創造出的三維器官被稱為“迷你腸”，因為它具有與生物體腸道相同的吸收和分泌能力，並且還表現出蠕動。 *它的最大直徑約為1公分。
「迷你腸道」是由日本國立兒童健康與發育中心（NCCHD）與DNP和東北大學的研究人員合作開發的，研究成果於2017年1月發表在美國醫學期刊《臨床研究雜誌》上。這是世界上首次利用人類胚胎幹細胞和誘導多能幹細胞在體外創造出具有腸道功能的器官，並取得了顯著成就。
在這項研究成果展示的幕後，DNP 利用其「薄膜多層技術」做出了重大貢獻。該技術是其印刷技術的先進版本，可薄而均勻地塗覆多種功能材料。
- 蠕動運動:動物消化道的運動，如蚯蚓等蠕形動物的移動運動，伴隨肌肉收縮波的運動
「通過將DNP擁有的薄膜多層技術應用於培養基材，將ES細胞和iPS細胞等多功能幹細胞分化成具有各種腸道功能的細胞，並且具有相同功能的細胞是自組織的。我拉出了能力。當我看到培養的細胞在我面前像人體腸道一樣蠕動時，我無法相信。」Tsuchiya回顧那些日子。這一瞬間，長年活躍在墨水、顯示器、電子紙等開發領域的土屋再次切身感受到了生命科學的神奇。
多功能幹細胞如ES細胞和iPS細胞具有分化成所有類型細胞的能力。有望在試管內產生有助於開發新治療方法和新藥的細胞，利用這些人的多功能幹細胞的再生醫學研究正在世界範圍內積極開展。近年來，已經進行了具有挑戰性的研究，其在體外產生稱為類器官的“接近生物體的復雜器官”。
然而，在器官中，產生具有復雜結構和功能的腸道等類器官存在一些主要挑戰。腸道除了發揮消化、吸收、免疫功能外，還進行蠕動運動。在體外產生具有如此多功能的類器官被認為是極其睏難的。
DNP技術有助於解決問題
DNP技術解決了這些問題，並支持成功生產稱為迷你腸的類器官。通過應用DNP多年來培養的制版 (印刷原版的制備)，塗層 (塗佈)，圖案 (精確圖案的形成) 等技術，我們優化了培養細胞的基質。它的應用方法是這樣的。
細胞模式培養基底“CytoGraph ® (位點圖) ”上的迷你腸制造過程
將特殊材料塗在玻璃或塑料基材的表面上，厚度為幾納米 (10減9次冪)，然後塗上與細胞不粘附的聚合物材料，厚度為幾納米 (塗層) 。細胞不粘附到以這種方式制成的基材上，但是當用紫外線照射任意區域時，去除最上層的聚合物層，並且形成細胞粘附的區域 (制版) 。
然後，當在基底上制作具有和不具有聚合物層的部分的圖案並在其上播種細胞時，由於沒有聚合物層，細胞僅聚集在細胞可以粘附的部分，並且圖案形成這是一種形成細胞集合的機制。
以這種方式制造的迷你腸可以在給予營養時在試管中長期儲存，並且可以連續進行藥物測試。因此，NCCHD和DNP正在推動迷你腸的實際應用，作為新藥開發中極其創新的主題。除了旨在到2021年建立穩定的迷你腸生產技術外，我們的目標是到2022年在DNP建立大規模生產技術，並開始向制藥公司和檢測公司提供。
雖然闡明迷你腸的形成機制是中途，但DNP將繼續與NCCHD合作，NCCHD是該國領先的幹細胞研究機構之一。
DNP生命科學事業的發展歷程
DNP通過印刷技術生產了許多具有微米 (10減6次冪) 米單元和納米單元處理的產品。憑借其技術優勢，我們專註於生命科學領域的業務發展。其歷史始於1985年的“尿檢試劑盒”。通過應用當時開發的“酶油墨技術”，我們已經將唾液試紙和妊娠測試套件商業化，並為藥品和醫療設備制造包裝材料。
應用DNP“薄膜多層技術”的細胞培養器材
在21世紀上半葉，DNP開始認真研究醫療領域的研究和開發。2004年，在與東京醫科大學的合作研究中，我們應用DNP的光掩模 (用於制造半導體產品的原始版本) 相關技術，將圖案培養的細胞轉錄到基底上，直徑約為10微米我們建立了一種圖案化毛細血管的技術。之後，2006年，他開始與東京女子醫科大學高級生命科學研究所合作開展再生醫學研究。2008年，與東京女子醫科大學等合作，利用印刷技術建立了再生醫學細胞片培養膜的有效生產技術，並與東京醫科大學開發了細胞圖案化技術，我們商業化了第一個細胞模式培養基板“CytoGraph ® (位點圖) ”。這是一種技術，成為這次用於制造迷你腸的基質的基礎。
NCCHD註意到了這些成就。在此之前，DNP開發了具有細胞粘附性特徵的基質，並培養了生物來源的細胞，如血管，心臟和骨骼。對此，NCCHD考慮到通過模式培養多能幹細胞，或許可以控制迄今沒有的細胞分化，正式的共同研究於2011年開始。
此後，2014年頒佈了“再生醫學促進法”，鼓勵私營企業進入再生醫學領域，DNP也將進一步關註細胞培養基材等生命科學領域的業務。
DNP目前的目標是穩定地向制藥公司提供迷你腸，並將其用於開發針對先天性小腸疾病、潰瘍性大腸炎、克羅恩病等原因不明的慢性炎癥性腸病等疾病的新藥。
如果迷你腸可用於新藥開發，制藥公司可以預期顯著降低成本。在篩選 (篩選) 用於藥物的候選化合物時，可以使用與器官非常接近的來自人體的類器官來收集化學反應數據，並且可以在此基礎上搜索化合物。您還可以在不使用動物的情況下檢查藥物的有效性和安全性。
事實上，新藥的開發需要巨額投資。根據制藥產業政策研究所發佈的研究論文系列59號 (2013年7月) 發表的“藥物開發的時間和成本-問卷調查-”1例藥物發現的研究和開發平均總投資高達500億日元。此外，在通過動物臨床前試驗進入人體臨床試驗的藥物發現項目中，最終獲得批準的5.6個項目中只有1個。換句話說，即使進行了大量投資，也很少有藥物被批準。
Tsuchiya是研發中心和轉化技術研發總部的3部分，旨在穩定生產迷你腸，自2017年以來，我們在DNP柏市研究設施內運營細胞加工設施 (CPF) 我們正在推動研發。在這個實驗室中，細菌被徹底管理，在進入房間之前必須更換兩次衣服，並且一次最多只能進入兩個人。
今後的課題是DNP技術的進一步應用
Tsuchiya部門的大多數成員都來自生命科學領域，主修生物學和藥理學。Tsuchiya本人專註於DNP的材料領域，但他在美國駐留 (2005年至2009年) 期間購買了與生物風險公司合作的經驗，並於2010年搬到了現任部門。「起初我無法掌握情況，但我逐漸對細胞著迷。如果有10個細胞，它們會做不同的運動。敏感的地方和難以控制的地方很有魅力。」
Tsuchiya還擔任再生醫學創新論壇的執行官，該論壇是一家促進再生醫學的綜合性公司。「目的是通過這些活動，提高DNP在再生醫療領域的地位。」，他在訪問公司和部委和機構時努力傳播再生醫學。
未來的任務是進一步將DNP擁有的技術與生命科學技術相結合。「為了使DNP在生命科學領域的獨特性，進一步應用DNP在該領域培養的印刷技術。為此，每個研究人員充分理解該技術並考慮如何使用該技術是關鍵」他說。
- 發佈日期:2018年4月16日
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2018年4月16日發現DNP編輯部
