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幹細胞打卡現蹤跡-奈米顯影劑

報導 / 江書賢

對於現在的分子醫學研究人員來說,如果能夠追蹤特定種類的細胞在人體內活動的位置-就像你遊山玩水還不忘「打卡」一樣,將會給醫學研究與治療帶來許多很有用的資訊。所以,開發出在能人體中使用的醫療級分子顯影產品,是目前許多醫學研究人員正在努力追尋的聖杯。

工研院的「生醫與醫材研究所」開發出一種以氧化鐵為主體的奈米微粒,具有超順磁性,因此能影響MRI的磁場訊號,可以用在核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)下,作為加強影像對比的顯影劑。這一項技術的研發團隊成員謝文元博士表示,他們團隊將氧化鐵奈米微粒與一些抗體連接,這些抗體能夠與細胞膜上某一些種類的受體結合而黏著在細胞表面上,因此可以用來作細胞的標記。抗體和細胞膜表面的受體之間的結合關係,就像鑰匙和鎖的關係一樣,必須要是互相對應契合的類型才會結合在一起。因此,針對我們想要研究的特定細胞種類,如果已知它的細胞膜表面有某一種特定的受體,我們就可以選擇相對應種類的抗體來與磁性奈米微粒結合,製造出具有專一性的磁性奈米粒子顯影劑,來追蹤我們想研究的種類的細胞。

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圖一:用奈米微粒標定細胞的原理示意圖(註:圖片未按照正確的相對比例大小。

目前工研院生醫所的研發團隊將這一項技術應用在兩個方向的研究:一個方面是標定免疫細胞(目前是標定巨噬細胞Macrophages),以觀察組織移植的排斥過程中,免疫細胞的活化與反應(因為排斥反應的發生,是免疫系統攻擊移植的外來組職所引起),或者自體免疫疾病的追蹤。另一個方面的應用是標定CD34血液幹細胞,以進行血液中幹細胞的分離與純化。未來可能進一步與醫學單位合作進行研究,將純化的幹細胞用於中風治療的幹細胞療法上,並且或許可能用來標定追蹤腦神經再生重建的情況。

在從血液中分離與純化幹細胞的技術開發上,研發團隊設計了一台「磁性細胞分離機」。當我們把專一標定幹細胞的磁性奈米微粒加入血液樣本中,磁性微粒就會附著在幹細胞的表面上,此時讓含有幹細胞的血液流經一段有外加磁場的通道,附著有磁性微粒的幹細胞在經過通道時,會因為磁力而吸附在通道管壁上,而血液中其他沒有被磁性微粒標定附著的細胞則會直接流過通道。因此我們可以達成把幹細胞從血液中分離、純化出來的目的。

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圖二:用來進行血液中幹細胞分離與純化的「磁性細胞分離機」。

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圖三:「磁性細胞分離機」的控制面板。

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圖四:「磁性細胞分離機」近照。在照片中可以看見,機器中央前方有兩塊磁鐵,兩塊磁鐵間所夾的管路通道便是進行幹細胞分離的區域;下方的袋子是用來盛裝通過管路後分離開的血液與幹細胞。這一張照片中沒有實際用血液進行實驗。

謝博士表示,目前在國內外都還沒有可以使用在人體內的醫療用分子顯影產品上市;因為要將奈米微粒或分子顯影劑等使用在人體上,在法規上需要先通過相當嚴格的安全評估與實驗過程。因此,現階段的技術開發目標是:研究如何在利用磁性奈米微粒標定的方法,將幹細胞純化出來以後,把附著在幹細胞表面上的奈米微粒移除,以取得「乾淨」的幹細胞,能夠被放到人體中使用。

謝文元博士表示,應用這一項技術的原理,只要我們能夠找到想要研究的細胞種類所特有的細胞表面受器,與相對應的抗體或蛋白質等「鑰匙」,便可以製造出對於各種細胞具有專一性的顯影劑。因此,未來也有可能應用這一種技術來凸顯早期癌症的影像,以利於早期診斷。

技術專頁:細胞打卡現蹤跡

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