身體不適就去醫院。這種我們覺得理所當然的醫療方式到2045年可能會發生巨大變化。日本創新中心（COI）的專案「引領社會向智慧生命關懷社會轉型的製造業開放式創新基地」正在挑戰和確立新的醫療方式，即：裝有各種感測器和藥物的奈米級小膠囊「奈米機器」透過血管在活體內遊走，超早期發現並冶癒疾病。目標就是把人類從罹患重病時的身體和經濟負擔以及不安中解放出來，實施人人都能理所當然地享受健康的社會。
木村 廣道
川崎市產業振興財團
奈米醫療創新中心 專案負責人
2013年起任COI專案組長
片岡 一則
川崎市產業振興財團
奈米醫療創新中心主任
2013年起任COI研究組長
有助於維持健康壽命
2045年實施「活體內醫院」
在超高齡社會，不患重病，無需他人的幫助或護理，完全生活可以自理的「健康壽命」應該是很多人的願望。目前日本人的主要死亡終極因數爲癌症、心臟病和腦血管疾病。雖然與以前相比逐漸確立了更好的冶癒方法，但冶癒時需要住院以及會產生高額的醫療費用等不安依然如影隨形。另外，還有不少人因爲生活習慣病需要長期往返醫院，持續服藥冶癒。隨着醫療領域的隊形變換，醫療費用持續增加造成的財政緊張也已經日益成爲社會問題。
COI「引領社會向智慧生命關懷社會轉型的製造業開放式創新基地」（COINS）正嘗試開發能解決這些問題的夢幻科技。奈米醫療創新中心（iCONM）的專案負責人木村廣道這樣描述COINS的構想：「目標是建立一座小型醫院到活體內巡視，超早期發現疾病的跡象並立即進行冶癒（圖1）。雖然聽起來可能像科幻作品，但我們目前以2045年實施這種‘活體內醫院’爲目標推進研究」。也就是說，COINS打算實施1960年代的電影《神奇旅程》中描寫的世界。
圖1：電腦病毒大小的奈米機器自主巡視活體內的微環境，24小時提供冶癒和診斷的新概念「活體內醫院」提出了一種前所未有的醫療方式。
人不可能完全不生病，但如果能在本人無法覺察到的早期階段發現疾病並完成冶癒，那麼身體就幾乎不會有不適的時候，可以始終舒適地生活。奈米醫療創新中心的片岡一則主任表示：「如果能實施活體內醫院，人類將從疾病和冶癒疾病的費用及麻煩中解放出來。也無需再擔心生病了怎麼辦」。活體內醫院將爲預防醫療、家庭護理和附近沒有醫院的地區的遠程醫療提供支援，作爲實施任何人都能在日常生活中自主獲得健康的社會的新醫療方式備受期待。
在癌症冶癒領域即將實施實用化
可以進入腫瘤組織並在裏面積聚
實施活體內醫院的是「奈米機器」，是由直徑約爲50奈米（10億分之1米）的聚合物製成的膠囊（圖2）。膠囊中裝有用於發現疾病的感測器和冶癒藥物，宛若一座「小型醫院」。透過注射，將尺寸與電腦病毒差不多大的奈米機器送入活體內，讓其在血管内到處巡視，檢查是否存在異常。最終目標是：即使是輕微感冒也能檢測出來並自動進行冶癒，從而實施讓人完全感覺不到疾病的生活，不過最重要的目標是冶癒難治性癌症和腦部疾病等引起嚴重病徵的疾病。
圖2：把由親水性的聚乙二醇和疎水性的聚氨基酸構成的嵌段共聚體溶於水中後，與聚氨基酸結合的抗癌藥因爲疏水性作用會自聚集形成球形。這就是奈米機器。由於外殼是親水性的，不會被身體排斥，而内側包裹着抗癌藥。在這種奈米機器的表面預先安置識別癌細胞的分子並使其在血管内行程，到達癌細胞後，會穿過尚未發育的血管壁釋放抗癌藥。
也有即將實施實用化的奈米機器。例如配備抗癌藥的奈米機器膠囊表面帶有識別癌細胞的分子，能準確發現癌細胞。另外，還利用癌細胞比正常細胞酸性更強的特性，採取了使構成膠囊的聚合物與抗癌藥的結合在癌細胞中斷開，從而自動釋放抗癌藥的設計。
奈米機器的50奈米尺寸也是一個重要因素。這種機器無不能穿過正常組織的血管壁，但是癌細胞等腫瘤組織由於血管壁尚未發達，所以奈米機器可以進入裏面（圖3）。另外，在癌細胞中發揮排泄作用的淋巴管也尚未發達，因此進入癌細胞的奈米機器不會被排放出來，而是積累在裏面，可以透過使用少量藥物實施有效的冶癒。
圖3：在健康的正常組織中，血管壁上的孔比較小，50奈米的奈米機器無法穿過血管到達外部。而癌組織上有100奈米的粗孔，奈米機器能穿過血管壁進入癌細胞中。
使用奈米機器還可以冶癒無法手術的部位，也無需住院。另外，也無需擔心會影響正常細胞。片岡就實用化充滿期待地表示：「可以在正常生活和工作的同時進行冶癒，冶癒費用應該也會降低」。
可向腦内遞送藥物，受到全球關注
還在開發mRNA藥物和疫苗
用於腦神經系統疾病的奈米機器正以東京大學和COINS的初創企業Braizon Therapeutics（東京都文京區）爲中心推進實用化研究。大腦中有負責爲大腦提供保存的屏障——「血腦障壁」，因此藥物無法充分抵達大腦，目前尚未完全建立有效冶癒腦神經系統疾病的方法。COINS透過最適化内含藥物的奈米機器的表面結構，使其成功透過了血腦障壁。由此藥物可以抵達大腦中的神經細胞，作爲與創新冶癒和診斷相關的成果，在世界範圍内備受關注。
另外，自專案開始以來，COINS還一直在研究作爲冶癒藥物和疫苗使用的奈米機器。尤其是含有傳訊RNA（ｍRNA）的奈米機器。通常情況下，DNA上的基因資訊會被克隆到mRNA上來生成蛋白質。如果能利用這個特性從外部投用mRNA來生成目標蛋白質，就可以作爲醫藥物使用。片岡強調說：「以迄今爲止的研究爲基礎，我們也在致力於預防新冠電腦病毒的疫苗開發。 如果能把在活體內不穩定的mRNA放入奈米機器中，抵達目標細胞的可能性就會升高」。
圖4：實施智慧生命關懷社會的關鍵是6個子研發課題。由負責技術開發的5個團隊和負責旨在實施社會應用的系統構建的團隊負責。
如上所述，COINS正面向實用化同時推進多個研究課題（圖4）。除此之外，透過設法使奈米機器只停留在膝關節内，還有望根治老化引起的步行障礙。另外，還在大力開發可同時分離、純化和檢測血液中含有的短序列微RNA（miRNA）的「癌症診斷設備」，以及將奈米機器與超音波照射裝置等醫療器械相結合來減輕患者負擔的冶癒方法（圖5、6）。
圖5：目前正在開發的「癌症診斷設備」。透過檢測血液中的微RNA，有助於發現疾病和掌握病情。特點是尺寸小，可以快速診斷癌症。不僅是血液，今後還可以檢測尿液和口水中含有的微RNA，有望實施微創診斷。
圖6：聲動力療法是向活體內注入奈米機器並使其聚集到癌細胞中，之後從外部照射高密度聚焦超音波（HIFU）的方法。透過產生活性氧，可以有效殺死癌細胞。與放射線不同，HIFU可以照射多次，因此有望根治癌細胞。
全員身份鑑定目標未來願景
一條龍式研究支援設備
在提出挑戰性研究主題的專案中，推進跨領域融合和跨行業合作，並建立可以連續創新的機制是必不可少的。木村強調說：「COINS的特點是，允許在一定的規則下相對自由地中途參加或退出專案。國家專案一般會最大限度降低計劃變更的可能性，與之相比我們認爲這是一個新的嘗試」。
圖7：全球各地的研究人員聚集在一起，爲實施「活體內醫院」分別致力於各自的研究主題。還有很多研究人員在COINS學習技術和專業知識之後，去了世界各國的研究機構工作。
在前緣研究中，目標實施之前會不斷髮生各種預料不到的事。因此必須大膽地促進「新陳代謝」，比如從全球徵集能爲解決當前課題做貢獻的人才、技術和知識，並在課題解決後繼續操作構建能爲解決下一個課題做貢獻的體制（圖7）。片岡表示：「我們要實施的未來願景十分明確，正因爲全體成員都身份鑑定，所以才能進行合理的調整和更替。還有一些成員透過參加COINS認真思考了自己能以何種形式爲社會做貢獻，從而明確了自己的研究主題」。
從設施方面也可以看出爲持續產生創新而做的努力。作爲研究基地的奈米醫療創新中心位於對岸是羽田機場的多摩川沿岸，總建築面積達9400平方公尺。這棟四層高的建築每層都按功能進行了劃分，比如生物化學實驗區、有機合成實驗區等。能在一棟建築内一條龍式開展研發的結構是高效推進項目的基礎。爲了讓參與專案的大學、研究機構和企業的研究人員自然而然地產生交流，在建築的中央部分設置了名爲「Magnet Area」的交流空間。所屬機構和研究領域各不相同的研究人員經常聚集在這裏舉行學習會。片岡笑着說：「如果各領域的研究人員能在開放的環境中相互激勵，並取得很多突破，就可以加速成果的實用化」。
在管理全球企業和風險投資方面經驗也比較豐富的木村的領導下，COINS還在非常積極地創辦初創企業和設置新業務。參與的研究人員對此給予了高度評價，表示不僅是研究，還能與智慧財產權、籌資和法律方面的專家建立聯繫，並掌握管理技能。可見在這裏還能學到很多研究以外的内容。這些努力被認爲是可以作爲開放式創新榜樣的領先型獨創事例，由此獲得了2021年2月舉行的第三屆日本開放式創新大獎·選拔委員會特別獎。
聆聽市民的意見
共同開發新技術
實施活體內醫院的合作夥伴不單單是研究機構和企業。一項新技術從誕生到在社會中普及需要很長的時間，因此COINS還重視與作爲客戶的市民之間的關係。片岡表示：「即使活體內醫院完成了，但如果患者不敢放心使用，可能也很難普及。我們認爲，在奈米機器可能用於人體的2045年之前，讓社會接接受者内醫院這個概念非常重要」。
因此，COINS還在與川崎市和日本科學未來館合作，開展將活體內醫院構想介紹給市民並收集意見的活動。有人對此充滿期待，但也有人對新技術表示擔心或者只願意在患某些疾病時使用。在介紹活體內醫院可提供從早期發現到冶癒的一系列診療功能的想法時，還有人表示冶癒方法想在諮詢醫學家後自己選擇，因此只需通知自己有患病跡象即可，片岡感到非常驚訝。
對於平時很少有機會直接接觸社會需求的研究人員來說，市民的意見讓他們意識到很多問題。木村就這樣做的意義表示：「日本對接受新技術一般都很謹慎。可以在研究階段聆聽市民的意見，並在研究中體現出來的機制讓人十分安心。光靠研究人員無法開發出所有人都能放心使用的新技術」。活體內醫院是顛覆傳統醫療的存在方式和人們對疾病的認知的新概念，因此，技術顯影器與使用者之間的信任關係非常重要。
人才和技術積極進出
不斷產生成果的「發熱型基地」
始於2013年度的COINS在2021年度迎來了最後一年。木村就COINS結束後的計劃表示：「爲了在2045年實施活體內醫院，今後必須繼續操作積極地吸引人才和資金。另一方面，這種具有挑戰性的研發專案也離不開政府的戰略承諾。希望能繼續操作保持之前建立起來的合作關係」。
片岡也強調了繼續操作開展研究的重要性。以往的研究專案大多都是到期後組織就解散然後再重新開始的廢舊建新式（Scrap and Build），此前積累的内容也有很多都消失了。他表示：「我們認爲僅僅繼續操作推進研發是不夠的。我們的目標是建立一個人才和技術可以積極進出，並持續面向外部發布成果和資訊的‘發熱型基地’。將把在之前的研發中掌握了相關知識和經驗的人才留在基地内，打造一個有新的知識進來時，能迅速有效地行動起來的基地」。
在超高齡社會日本，人才是寶貴的財產。作爲旨在實施成爲世界榜樣的智慧生命關懷社會的研發基地，COINS將不斷成長。另外，作爲向世界傳播實施人類夢想的醫療技術的獨創基地，其未來的進一步隊形變換備受期待。
原文：JSTnews 2021年6月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部
