印刷技術與再生醫學相遇產生的最先進的微型器官“迷你腸”

在新藥 (特別是內服藥)，我們熟悉的特定保健食品和功能標簽食品等開發的早期階段，正在開發的成分如何或如何在腸道中被吸收，正在進行實驗以評估隨後在體內表現出的行為。以前，這些都是通過動物實驗進行評價的，但近年來，隨著世界範圍內動物健康博覽會^※1的發展勢頭越來越大，人們開始尋求替代方法。另外，在醫藥和食品等行業，新產品開發的費用高漲和時間的長期化也在發展，代替手段的開發成為更加緊迫的課題。

• 1動物健康 (Animal welfare) :以倫理對待動物，保護其健康和福利，最大限度地減少疼痛、壓力和痛苦。

為了滿足動物實驗替代技術的需求，人們正在嘗試使用從多能幹細胞 (包括人iPS細胞) 培養的各種器官細胞進行新藥的研發。其中，稱為“類器官”的微型器官具有類似於具有三維形狀的人體器官的功能，引起了人們的關註，並且正在各種研究機構中進行開發。

特別是，由DNP和國家兒童健康與醫學研究中心共同開發的“迷你腸”作為在人體器官中具有復雜結構和功能的腸管性器官受到關註。2021年12月開始試銷，現在正在加速產品化。

照片中迷你腸的大小約為1.5毫米，但可以制作約1厘米的東西。這比到目前為止建立的腸類器官更大，並且微腸的正面和背面相反，吸收營養的腸上皮細胞暴露在外面，使得更容易測量吸收效果。

除了與吸收有關的腸上皮細胞層之外，微腸中還存在諸如平滑肌細胞和腸神經的粘膜下組織的細胞，並且與人體腸道本身相似的組織結構被立體再現。這些微腸的獨特功能可用於廣泛的研究。

迷你腸在模式培養基材上播種iPS細胞^※2，培養約30天後，作為球狀的3D細胞培養物開始從基板上自然剝離。之後繼續培養30天左右，迷你腸就完成了。

• 2 iPS細胞:分化為各種組織和器官細胞的多能幹細胞之一。與從胚泡中提取細胞的ES細胞不同，其特徵在於它可以由易於收集的體細胞 (例如皮膚和血液) 制成。

這裡重要的是，簡單地在基質中培養iPS細胞不會產生微腸。為了再現具有復雜結構和功能的腸道，需要圖案基質以最佳形狀培養細胞。控制iPS細胞粘附、分化等細胞活動的是應用DNP培育的高度微細加工技術和精密塗佈技術等發展而來的聚合物薄膜^※3微細加工技術。

在該技術中，細胞塗覆不粘附的聚合物並根據任意圖案照射真空紫外 (VUV) 光^*4以形成細胞粘附和生長的區域。就是這樣。設計最適合培養的形狀圖案的獨特技術和通過光刻技術培養的微加工技術的組合是DNP獨有的優勢。

• 3聚合物薄膜:由高分子(塑料、樹脂、橡膠等)制成的1微米 (1/1000 mm) 以下的薄膜，易於具有特殊功能的材料。

• 4真空紫外(Vacuum Ultra Violet, VUV)光:一種電磁波，是指紫外光中波長最短的10–200納米 (1納米等於100萬分之一毫米) 附近的區域。

2022年4月，在對新冠病毒的Omicron株和Delta株等腸管的增殖程度進行測定的實驗中採用了小型腸^※5，這在此前尚無先例。2021年12月開始試銷以後，特別是小型腸管的有用性受到了各方面的高度關註。

為了滿足這些需求並創造可靠的社會價值，DNP認為除了提高微型器官的質量外，還有必要提高用戶的“易用性”。

例如，來自活組織的類器官具有諸如難以凍結的特性，並且為了在保持質量的同時將其提供給許多研究機構，有必要從頭開始重新考慮專用容器，運輸方法和交付機制。。此外，為了將其納入功能性食品和藥物的開發過程，需要闡明與常規動物實驗和使用單個細胞的實驗的相關性。

改善迷你腸的功能和質量穩定也是一個重要的主題，但解決社會實施的這些問題可以說是一項更加睏難的努力。然而，與此同時，在包括食品和制藥係統在內的各種行業中，滿足許多公司需求的DNP也是一個可以展示其真正價值的領域。

DNP正在進行研究，目標是在5年內開始全面銷售迷你腸。

• 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

使用細胞創建模擬器官的三維結構的技術開發進展顯著，並且預計未來幾年迷你腸等器官將擴散到其他器官。特別是在藥物發現領域，人們認為腦，心臟和肺等器官的需求很高，並且還期望建立一種通過鏈接每個器官來驗證對整個人體的影響的方法。

自2011年成立以來，DNP一直衹力於醫療保健領域的業務發展，包括參加“再生醫學創新論壇 (FIRM) ”。活用在過去的努力中培養的細胞培養相關技術，將各臟器細胞與連接它們的微回路^※6組合，以再現人體內現象為目標的仿生係統^※7的實用化也納入視野，從長遠的視點推進研究。

• 6微回路:在玻璃或樹脂等基板上形成的寬度和深度為數到數百微米的微小槽 (回路) 。

• 7仿生係統(Microphysiological Systems, MPS)是通過組合構成人體器官的細胞和微回路，再現在體內發生的生理功能和相互作用的平臺。

自DNP成功制造迷你腸以來已過去近10年。在下一個10年，我們將充分利用源自人體iPS細胞的細胞和在類器官領域最前沿獲得的知識，在整個醫療保健領域開展新的事業開發。請期待DNP對10年後形成的創新的進一步挑戰。

• 記載的信息是更新日現在的信息。請事先了解。