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【大日本印刷】印刷技術應用於再生醫療
日本的R&D
[2013.11.22] 其它語言:ENGLISH | 日本語 | 简体字 | FRANÇAIS |

在印刷業界建立了無數卓越功績的巨擘大日本印刷公司,還致力於再生醫療等生命科學事業。在印刷與再生醫療這兩個完全不同的領域,存在著許多令人意想不到的共同點。

讓再生醫療造福更多的患者

「再生醫療」,是用人工培養的細胞改善和恢復因病或事故等受到損傷的人體組織及細胞的治療。2013年4月日本通過了《再生醫療推進法》,加快了政府和企業推進再生醫療的步伐。但是,國內不過只有皮膚、軟骨(移植用患者自體細胞培養而成的皮膚、軟骨)等極少部分技術得到實際應用,這就要求展開一場技術革命,以使再生醫療能為更多的患者帶來福音。

大日本印刷正致力於利用迄今積累的種種印刷技術,開發大量培養細胞的技術。如能實現「大量生產」,就可以提供更為經濟的再生醫療手段。大日本印刷生命科學研究所所長清水雄二說:「自古騰堡(Johannes Gutenberg)的活字印刷術發明以來,印刷技術不僅為書籍的普及做出了巨大貢獻,進而還促進了世界文化、宗教的發展。同樣,在醫療領域,我們也希望應用印刷技術開發出可以穩定地大量生產細胞膜片的技術,使再生醫療能夠造福更多的患者。」

大日本印刷生命科學研究所的清水雄二所長(左)和第1研究室的土屋勝則室長(右)

大日本印刷的生命科學研究事業歷史悠久,從80年代驗尿配套用品開始,生產製造了無菌加工的醫藥品包裝材料、血糖值感應晶片等產品,但這些都沒有超出「紙」和「印刷」的範疇。

利用印刷技術,製造立體血管

由此真正邁進醫療領域是在2000年前後。2004年,他們和東京醫科齒科大學合作研究,應用製作文字、照片等印刷底版的圖形技術,開發出毛細血管的成形技術。這是一項人工製造直徑僅10um(百分之一mm)的極細且形狀複雜的毛細血管的技術。利用這項技術,可以製造出與複製在玻璃底版上的人的血管圖形一模一樣的立體毛細血管。

毛細血管的圖形化,應用了在底版上通過照射紫外光線複製微細電路圖形的光罩技術(※1)。通常的光罩是使用感光樹脂複製圖形,而毛細血管的光罩則使用高分子聚乙二醇(PEG),它具有不吸著細胞的特性。為了使細胞繁殖和成形,利用PEG的特性,把正常的血管內皮細胞放在複製了血管圖形的玻璃上,這樣細胞在黏結、移動、繁殖過程中會避開PEG部分,漂亮地形成所需的圖案。

立體毛細血管的再造過程

然而,這一階段形成圖案,仍然處於平面狀態。因此,下一步是把它轉移到羊膜(孕婦子宮內包裹胎兒的薄膜)上培養,血管細胞會在羊膜上呈管狀成長,再生出立體毛細血管。

由人的血管圖形形成的血管,移植到局部貧血狀態的缺血的鼷鼠體內後判明,鼷鼠的貧血狀態恢復,運動功能也得到改善。據說如果應用於人的臨床,或可促進血管的新生,亦或相反,可抑制血管的活動,滅絕癌細胞。另外,如果應用這項技術培養骨骼、牙根膜的細胞,那麼損傷的頭蓋骨的再生、牙周病的治療也將成為可能。

基於這些成就,該公司於2006年在東京女子醫科大學尖端生命醫學科學研究所內設立了生命科學研究所,正式開始了再生醫療的研究。

開發出細胞膜片培養基的大量生產技術

作為面向再生醫療普及的「大量生產技術」,大日本印刷與東京女子醫科大學及從該大學誕生的生物工程創業公司CellSeed合作研究,開發了細胞膜片培養基。將患者自體細胞培養成薄膜狀的細胞膜片,又被稱為「活的OK繃」,移植時只需貼在患部上即可。與那種將零零散散的細胞注射在患部上的方法相比,細胞膜片在患部的附著存活率高,因而,一般認為,在細胞數相同的情況下,它的治療效果更勝一籌。而且,據說通過層層疊加細胞膜片,未來還有可能做出三維的組織或臟器等。

一般在培養細胞時,細胞黏著在培養皿的底部,需要使用特殊的酶才能回收。細胞膜片,是在培養皿中使細胞繁殖至膜片狀後回收而成的。如前所述,這時如果使用酶來回收,那麼在(從培養皿底部)剝離出細胞的同時,還會破壞細胞之間的黏結,其結果是,只能回收到零散不成形的細胞。為解決這個問題,東京女子醫科大學開發了使用溫度響應性培養基的培養技術(下圖),把細胞的黏結性隨溫度變化的高分子層固定在培養皿底部,僅需降低溫度,就可以完整地剝離細胞。

37℃時為疏水性的表層,降至20℃時成為親水性,細胞可在膜片狀態下取出

大日本印刷憑藉製造液晶顯示器用薄膜時的奈米加工技術,成功地使這種溫度響應性培養基實現了卷狀大量生產。而且不僅大量生產高精度的薄膜,還把實現多功能薄膜生產納入視野,例如在薄膜表面添加微細的凹凸、在毛細血管再生時形成微型圖案等。細胞膜片雖然在成本和技術上還存在一些有待解決的課題,但人們期待通過大日本印刷的大量生產技術,加快實用化的步伐。

土屋勝則室長說:「隨著研究的深入,我們意識到印刷和再生醫療的共同點還真不少。開發當初,我們對醫療現場的需求、常識了解不多,總感到不知所措,無從著手。較之成本、均質性,醫療上最重視的是安全性。與和紙張媒體打交道的印刷之間的最大不同就在於此。在這種情況下,如何充分發揮出印刷技術所具備的高度再現力?儘管我們還在為此不斷摸索,不過,總算得到了醫生、研究人員的認可——『印刷公司的話應該能行』。」

大日本印刷的生命科學研究所絕非是一個大規模的研究機構。但是,通過與大學、醫療機關的合作,發揮不同領域所特有的長處,正在為再生醫療開闢一條新的道路。

採訪、撰文:牛島美笛

(※1)^ 光罩
用做電子設備中微細電路圖形底版的石英玻璃片。將光罩上的圖形在矽片上曝光製作半導體電路,光罩的精度將左右半導體設備的功能,所以要求具有精密度極高的微細加工技術。

  • [2013.11.22]
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