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長庚大學醫工所研發有成 發表3項成果

2019-08-20 18:59經濟日報 楊連基

長庚大學生物醫學工程研究所的組織工程及微流體生物晶片實驗室,其重點研究項目為新穎性細胞培養平台的開發、循環腫瘤細胞的相關應用性研究及創意醫材。近期,發表該實驗室近5年內最具代表性的三項研究成果。內容簡述如下:

第一項的成果是「高通量微型三維仿生細胞培養系統(μCulture®)」,生物醫學工程研究所吳旻憲教授表示,就新穎性細胞培養平台的開發而言,細胞培養技術已被廣泛應用於生命科學或醫學相關研究工作上。然而,傳統細胞培養大多採用靜態式及二維單層式培養模式。此類型的細胞培養方式可能有下列缺點:(1)靜態式細胞培養需要週期性的培養液更換,這會造成不穩定的細胞培養環境,而導致實驗條件不易精確定量與控制。(2)細胞在二維單層培養模式下,生物細胞的型態及生理可能跟其在真實的生理狀態下有所不同,因此,所獲得的實驗結果可能會失去真實性或生理意義。

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長庚大學生物醫學工程研究所吳旻憲教授。 楊連基/攝影
長庚大學生物醫學工程研究所吳旻憲教授。 楊連基/攝影

吳旻憲教授指出,為了要創造一項能提供穩定、易定量、且具生理意義的細胞培養模式,我們的研究團隊(吳旻憲教授、黃菘斌博士、王士修學生)利用微流體技術,將灌流式三維細胞培養操作,進行微型化及高通量化,並整合於一片微流體生物晶片中。我們提出一項高通量微型三維仿生細胞培養系統 (μCulture® ),該系統的開發主要結合細胞/組織培養、微流體生物晶片及電機等相關領域的知識及技術,並整合了許多細胞培養的新概念(微型化/灌流式/三維細胞培養)。其目的在開發一項能提供穩定、均一、仿生、高通量化、低實驗資源需求、能於光學顯微鏡下進行即時觀察、及操作方便的高效能細胞培養工具。

目前,商業或學術研究開發的細胞培養工具,尚無此類兼具跨領域技術整合、及操作方便的產品。μCulture®的應用將在實驗精確性、效率及經濟層面大幅改善新藥開發、生命科學或醫學相關的研究工作。這部分的研究已發表於相關領域的知名期刊中,並且獲得第九屆國家新創獎(學研組)的肯定。此外,這項微流體細胞培養系統也已獲得國內外發明專利共四件。近期,該項技術已成功技轉給金鴻醫材科技。

高通量微型三維仿生細胞培養系統(μCulture® )。 長庚大學/提供
高通量微型三維仿生細胞培養系統(μCulture® )。 長庚大學/提供

第二項的成果是「光電式細胞純化分離方法」,吳旻憲教授表示,就循環腫瘤細胞的相關應用性研究而言,我們的實驗室成員(吳旻憲教授、黃菘斌博士、 謝佳訓醫師、朱柏宇博士班學生),共同開發一項光電式細胞純化分離方法,該項技術是在微流體生物晶片內,利用光電式生物細胞操控技術,進行高純度細胞純化分離。在生命科學或醫學的相關研究領域,從各種生物樣品或檢體中,純化分離生物細胞是一項基礎的實驗操作。

一般而言,純化分離所獲得的生物細胞其純度越高,越能更精確地進行後續的細胞相關研究或檢測工作。然而,對於生物樣品(或檢體)中的稀有細胞(例如:血液中的循環腫瘤細胞)而言,要獲得高純度的細胞樣品有其困難度。為了解決這問題,我們實驗室提出在微流體生物晶片內,利用免疫螢光染色來辨識特定細胞種類,並利用光介電泳力進行生物細胞操控,來純化分離該項特定細胞。這項高純度細胞純化分離方法已獲得實驗驗證,其研究結果已發表於國際期刊中,這項技術亦獲得中華民國及美國發明專利。此外,這項技術於2018年獲得第十五屆國家新創獎-學研新創獎。

吳旻憲教授並指出,近年來在癌症醫療發展上,利用所謂液態檢體(Liquid biopsy)來進行癌症精準醫療已成為趨勢,其中從癌症病友的血液中,純化分離循環腫瘤細胞(即所謂的液態檢體)是關鍵的第一步,然而礙於該細胞在血液中的稀有性,欲純化分離高純度的循環腫瘤細胞,向來都是一項難題,而光電式細胞純化分離方法可適時的解決了此項技術的瓶頸。

我們已於先前的研究中,證明該技術能從癌症病友的血液中,純化分離高純度的循環腫瘤細胞,這項技術優勢會使後續的循環腫瘤細胞基因分析工作,更為精準且有效。該項技術已於2017年成功技轉給銀鴻科技。在此項技術轉移的誘導之下,銀鴻科技另外募資台幣1.6億元,另外成立一家新創公司-金鴻醫材科技公司。目前,金鴻醫材科技正整合國內一些科技公司的研發能量或配套技術來進行產品開發。

金鴻醫材科技的第一項目標是將此項技轉技術,開發成為一項自動化高純度細胞純化分離裝置,我們實驗室透過長庚大學立案的產學合作案,持續協助金鴻醫材科技進行原型機的測試工作,該公司預計2019年底完成原型機的製作與測試。在公司發展規劃上,未來該公司除了針對這項產品進行銷售外,接下來,金鴻醫材科技將應用這項技術,並鎖定癌症精準醫療領域,來開發一系列的檢測服務或硬體設備。

癌症精準醫療是一項新興的產業領域,目前許多硬體設備或檢測分析服務均高度依賴國外技術或產品,我們相信這項自動化高純度細胞純化分離裝置的問世,有機會在該產業領域扮演舉足輕重的角色,讓台灣廠商在這項新興產業的發展潮流上不缺席。

能進行高純度細胞純化分離的光學微流體系統。 長庚大學/提供
能進行高純度細胞純化分離的光學微流體系統。 長庚大學/提供

第三項的成果是「衛生紙式糞便潛血檢測試片」,吳旻憲教授除了參與前述新穎性技術的開發與應用外,亦參與一些創新創意醫材的開發活動,其主要目標是整合一些既有的技術,並注入一些創新創意的元素,來解決一些臨床醫療上的問題或需求。在此,吳旻憲教授特別以衛生紙式糞便潛血檢測試紙來舉例,這項產品是我們的實驗室團隊(吳旻憲教授、王信堯醫師、朱柏宇博士班學生)透過產學合作案,協助準訊生醫公司所開發的一項創新創意體外診斷產品。

吳旻憲教授指出,大腸直腸癌在台灣已連續8年發生率第一名,且死亡率(排名第三),僅次於肺癌與肝癌。從癌前病變演進到大腸直腸癌的過程相當長(往往需要10年以上的時間),歐美各國對糞便潛血篩查進行長達30年的臨床試驗結果證明,持續每1~2年固定實施糞便潛血檢查,可有效降低大腸直腸癌的死亡率約20%。然而,在傳統糞便潛血檢測的操作過程中,民眾需用勺子挖取自己糞便並送樣,這些操作常常造成使用者的心理不適感與麻煩,因此國健署針對50歲以上的民眾提供免費糞便潛血檢查,其篩查率只有42%。

為了提高糞便潛血的篩檢率,我們團隊協助準訊生醫公司開發一項衛生紙式糞便潛血試紙,此項新穎性的衛生紙,能將傳統糞便潛血測試中的糞便取樣與檢測步驟整合,並將檢測手段融入民眾每日生活如廁當中。配合自行研發的高靈敏度反應試劑,該項衛生紙能在60秒內獲得檢測結果。目前該項產品「擦即測」衛生紙式糞便潛血檢測試片(JustWipe®)也獲得2017年國家新創獎/臨床新創暨最佳產業效益獎。

目前該項產品正進行產品生產與醫材認證(已送TFDA及CE認證中),我們預期該項產品能於2020第一季度順利上市。並深切期盼該項產品能為大腸癌公衛篩查或民眾居家檢測帶來貢獻,期許未來該產品的上市與推廣,能提高民眾早期篩檢的意願,以達到「即早發現、即早治療」與「降低大腸癌死亡率」的最終目的。

衛生紙式糞便潛血檢測試片(商品名「擦即測」,JustWipe®),是一項透過日常...
衛生紙式糞便潛血檢測試片(商品名「擦即測」,JustWipe®),是一項透過日常生活中排便後擦拭清潔的動作,能快速檢測糞便中潛血的衛生紙式糞便潛血檢測試片。 長庚大學/提供

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