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奈米星形化身疾病診斷急先鋒

NanoScience
・2012/07/18 ・958字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 630 ・十年級

英國及西班牙科學家們研發出一種新型生物奈米感測器,在標靶分子濃度較低時,反而能產生較強的偵測訊號。此感測器能偵測到遠低於醫院現行檢驗法所能測得的分子濃度,因此可以在疾病初期幫助醫生判斷,而在許多情況下早期發現往往有助於病情的治療與痊癒。

一般生物感測器產生的訊號大小與標靶分子的濃度成正比,因此在低濃度時靈敏度會下降。對於癌症抗原之類的疾病生物標記分子而言,生物感測器能否區分零檢出或微量檢出,是件非常重要的事。倫敦帝國學院(Imperial College London)的 Molly Steven 與西班牙維戈(Vigo)大學的合作伙伴利用星形奈米金粒製作出此新式感測器,能探測的濃度比目前最先進的測試技術靈敏十倍以上。

圖片來源:physicsworld.com

此星形奈米金粒又稱奈米星(nanostar),大小約 50 nm,其結構可產生表面電漿子(surface plasmon),亦即傳導電子在表面的同調振盪行為。研究人員以可見光/近紅外光照射奈米星,找出最大吸收的頻率位置,便可量測出表面電漿子的共振頻率。

上述團隊在金粒表面接上葡萄糖氧化酶(glucose oxidase, GOx),作為生物催化劑來還原溶液中的銀離子。在低 GOx 濃度時,銀原子會沈澱在金粒表面上,使表面電漿共振頻率產生藍位移(blue shift);而濃度較高時,銀離子會在溶液中快速成核結晶,導致共振頻率的偏移較不明顯。所以,量測加入 GOx 前後的吸收頻率,便能非常靈敏地獲得葡萄糖氧化酶的濃度。

該團隊接著利用奈米星量測前列腺特異抗體(prostate specific antibody, PSA)的濃度,此生物分子為前列腺癌的生物標記。研究人員先在奈米星表面鍍上一種可從溶液中抓取 PSA 的抗體,然後再將與 GOx 相連的第二個抗體閂在 PSA 上。GOx 會進行上述的銀還原步驟,測量表面電漿共振的偏移量即可得到待測物濃度。

此技術可偵測濃度低至 10-18g/ml 的前 PSA,和目前醫院常使用的酵素免疫分析法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)相比,濃度低上十億倍。Steven 表示,此感測器在最低的濃度時能產生最強烈的訊號,因此能偵測出極低的標靶分子濃度。

目前,研究人員僅完成前 PSA 的檢測,但 Steven 認為此法亦應用於其它疾病的初期診斷,其中尤其吸引人注意的是與人類免疫缺乏病毒(HIV)有關的 p24 蛋白質。詳見 Nature Materials|DOI:10.1038/nmat3337。

譯者:林主恩(中央大學光電科學研究所)
責任編輯:蔡雅芝
原文網址:New nanosensors could detect disease earlier—physicsworld [2012-05-28]

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2012-07-07] 

文章難易度
NanoScience
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主要任務是將歐美日等國的尖端奈米科學研究成果以中文轉譯即時傳遞給國人,以協助國內研發界掌握最新的奈米科技脈動,同時也有系統地收錄奈米科技相關活動、參考文獻及研究單位、相關網站的連結,提供產學界一個方便的知識交流窗口。網站主持人為蔡雅芝教授。

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鑑識故事系列:定罪兼診斷?!性器黑色素沉著症
胡中行_96
・2022/10/06 ・1475字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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日本警察逮捕了一名年紀約三十出頭的男性嫌犯,認為他強姦年輕女子。[1]

在嫌犯否認指控的同時,警察找到其手機裡的一支影片,內容正是記錄犯罪的行為。就一般的辦案程序而言,警方會期望從中瞭解加害人的生理特徵,例如:髮色、傷疤或刺青等,作為接下來指認身份的根據。然而,儘管其畫面包含性侵者性器的外貌,偏偏就是看不到人臉。嫌犯逮到這個天賜良機,辯稱別人闖入他家,在那裏發生性關係,並用該手機拍攝過程。總之,就是把責任撇得一乾二淨。[1]

幸好鍥而不捨的警方在無奈之餘,注意到錄像中的陰莖,有個不明顯的特徵。這讓他們想到一個好主意。[1]

沒有臉龐的性交畫面,成為指認當事人的挑戰。圖/喜多川歌麿〈歌枕〉(1788;Public Domain)

警方把手機影片中陰莖畫面的截圖和嫌犯下體的照片,帶去日本自治醫科大學附屬埼玉醫療中心(自治医科大学附属さいたま医療センター)的法醫部門。他們請教皮膚科醫師,該陰莖上的色素沉著(pigmentation),是否能夠證明性侵者的身份。醫師觀察到嫌犯的陰莖,有輪廓不規則的零星斑點,呈現濃淡不一的灰黑色,並在接近龜頭處顏色較深。根據嫌犯本人的說法,那些不痛不癢的色斑從青春期就存在。於是,皮膚科醫師以此做出診斷,並針對案件證據以及嫌犯的健康,提供專業意見。[1]

左邊是手機影像截圖;右邊則為嫌犯的陰莖照片。圖/參考資料1,Figure 1(CC BY 4.0)

首先,嫌犯應該患有性器黑色素沉著症(genital melanosis)。這種變異在皮膚科的病人中,僅佔 0.01% 左右。[1, 2]不過,因為除了皮膚顏色改變,沒有其他症狀,以致容易被患者忽略,所以真實的盛行率或許更高。有如此罕見的病徵與錄像吻合,皮膚科醫師當然非常肯定這是足以定罪的重要證據。[1]

其次,雖然性器黑色素沉著症是良性的,但在此皮膚科醫師並沒有取得切片,做更深入的檢查,所以無法排除黑色素瘤(melanoma)的可能性。此外,在生殖器惡性腫瘤裡,有 8 – 10% 為性器黑色素瘤,是第二常見的性器癌症。就算嫌犯陰莖上的僅是黑色素沉著症,這類患者中 15% 的人,在身體的其他部位,也會出現黑色素瘤。換句話說,他罹癌的機率比一般人高。[1]

黑色素瘤有口訣為 ABCDE 的五大徵兆:形狀不對稱(asymmetrical)、邊緣不規則(border)、顏色不均勻(colour)、尺寸比豆子大(diameter),還有持續變化(evolving)。[3]從皮膚科醫師的描述,以及嫌犯陰莖的照片,可知他的情形明顯符合上述徵兆中的幾項。即使沒有任何不適,為了以防萬一,也早該去醫院諮詢。

最後,在皮膚科醫師斬釘截鐵的證詞,以及令人魂飛膽喪的罹癌風險下,焦慮至極的嫌犯終於俯首認罪,而且同意去皮膚科做更進一步的檢查。大功告成之後,自治醫科大學附屬埼玉醫療中心的團隊,把此案寫成論文拿去投稿,登載於 2021 年的《鑑識科學、醫學與病理學》(Forensic Science, Medicine, and Pathology)期刊上,並在結論中強調整合皮膚科理論與刑事鑑定的重要性。[1]

 

延伸閱讀

英國「學童」取代「病理學家」?!辨識癌細胞的人工智慧

陰莖,是社交安全的重要指標?!

參考資料

  1. Yamada A, Demitsu T, Umemoto N, et al. (2021) ‘Video image of genital melanosis provides strong evidence to support identification of a sexual offender’. Forensic Science, Medicine, and Pathology, 17, 510–512.
  2. Haugh AM, Merkel EA, Zhang B, et al. (2016) ‘A clinical, histologic, and follow-up study of genital melanosis in men and women’. Journal of American Academy of Dermatology, 76 (5): 836-840.
  3. What Are the Symptoms of Skin Cancer?’ (18 APR 2022) U.S. Centers for Disease Control and Prevention.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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【2022 年搞笑諾貝爾醫學獎】吃冰淇淋對抗化療後口腔黏膜破損、潰瘍的副作用
miss9_96
・2022/09/20 ・2894字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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吃冰!降低化療副作用!

超實用!2022 年的搞笑諾貝爾醫學獎,對許多人很重要、而且簡單到可以自己玩的研究,那就是——「吃冰淇淋,對抗化療副作用![1]

吃冰淇淋居然可以對抗化療副作用!圖/Pixabay

痛苦的化療副作用——口腔黏膜潰瘍

化學治療(俗稱化療)是癌症病友常經歷的療程;療程會將藥物打進體內,以期殺死惡性腫瘤細胞。然而,病人普遍對化療充滿畏懼,因為會有許多副作用,包含脫髮、嘔吐、不能吃生魚片等。而其中,最讓人擔心的副作用就是「口腔潰瘍」

高濃度的化學藥物,會破壞各處的黏膜,包含口腔、腸道等,進而造成口腔潰瘍(或稱口腔破、口腔炎)。我們手指被紙割傷就已經很痛了,想像一下、嘴巴裡都是被劃破的傷口,而且牙齒、舌頭還不停地磨擦,那種痛苦會有多難受~

輕微的口腔潰瘍,使病人疼痛不適、對後續治療產生畏懼。嚴重的口腔破,甚至無法吃飯、營養不良;患者必須住院多週、將營養品打入血管裡(腸外營養),必須綁在病床上多日、手上插著點滴、強烈地干擾正常生活[2]。最嚴重的情況下,可能需注射鴉片類麻醉藥來緩解疼痛。而且破損的口腔黏膜容易被細菌入侵,使癌友出現感染、敗血症的風險[3];因此對癌友來說,化療後的口腔潰瘍,是個需認真預防的議題。

高濃度的化學藥物,會破壞各處的黏膜,包含口腔、腸道等,進而造成口腔潰瘍(或稱口腔破、口腔炎)。圖/Pixabay

目前,對抗口腔潰瘍的策略有:抗菌劑沖洗、抗發炎藥物、雷射,以及 2022 年搞笑諾貝爾醫學獎的主題——冷凍療法(cryotherapy)[2]

吃冰!讓你的口腔好健康

化療、為什麼會造成口腔潰瘍呢?

劇毒藥物循環全身時,血管豐富的口腔黏膜也會被灌注藥物;當黏膜累積過高的毒藥後,許多黏膜細胞會死亡、進而口腔破損。

而冷凍療法的原理很簡單,就是讓口腔血管因冷收縮、減少毒藥在黏膜裡的灌注量、進而舒緩口腔破損的程度[2, 3]。2015 年的文獻回顧發現,口腔冷凍療法有效降低嚴重口腔炎的發生率[2]。因此該療法也被國際癌症支持性照護學會暨口腔腫瘤國際協會(MASCC/ISOO)所認證且建議,可有效減少化療後口腔潰瘍的副作用 [2]

而醫院常用的冷凍口腔之儀器,是讓患者「含著低溫的醫療器材(由矽膠、鹽水袋組成)」(圖 1),但此器材不見得舒服,病人的接受度通常不高

於是,有感於含著「不好吃」的醫材之痛苦,波蘭科學家想到:「都是讓嘴巴冰冰的,那幹嘛不直接吃冰呢?」(爽啦~救世的科學家)。於是在 2021 年發表研究,探討「吃冰,能否對抗化療副作用?」的議題 [3]

某醫療用冷凍口腔醫材之外型、使用方法。圖/Chemomouthpiece

募集病友一起吃冰淇淋

團隊徵得了 74 名預計接受高劑量化療的病友(藥物為 melphalan/威克瘤。化療目的是殺死骨髓細胞,病因包含、但不限於骨髓癌),分為「吃冰」和「不吃冰」兩組。

吃冰組有 52 人,從化療藥物打進體內的「同時」、就開始吃冰淇淋。研究沒說明冰淇淋的品牌、口味,或好不好吃(只知道是醫院餐廳裡買到的冰)。病人吃多少不受限制、愛吃多少都 OK,只被要求吃的時候,「慢慢吃、讓冰淇淋在嘴裡融化好好享受以研究為藉口的幸福感)」。

之後評估受試者是否出現口腔潰瘍,若有、則以常見毒性分級(CTCAE, Common Terminology Criteria for Adverse Events)5.0 版分級:輕微(1 級)、中級(2 級)、嚴重(3 級)、致命(4 級),或死亡(5 級)。

化療期間吃冰真的能減少口腔潰瘍的發生率嗎?

結果發現,「化療期間吃冰淇淋」可減少口腔潰瘍的發生率:吃冰組約三成發生口腔炎(52 人裡出現 15 名,28.85 %),將近六成的對照組病患有口腔破損(22 人裡有 13 名,59.09 %)(圖 1、表 1)。

化療後,發生口腔潰瘍的比例。圖/參考文獻 3、表格由本文作者重新繪製。

而且,「化療期間吃冰淇淋」可降低口腔潰瘍「嚴重、致命」的發生率(圖 2、表 1)。吃冰組無人出現「致命」等級的口腔炎、對照組有 1 名患者(4.55 %);在「嚴重」等級裡,吃冰組有 2 人(3.85 %)、對照組有 3 人(13.64 %)。

化療後,若發生口腔潰瘍、其各嚴重度的發生率。圖/參考文獻 3、表格由本文作者重新繪製。

不論在「降低發生」、或「避免重症」的層面上,「爽爽吃冰」都展現了極高的保護效果

口腔炎嚴重程度冰淇淋冷凍療法(52 人)對照組(22 人)
無發生37(71.15 %)9(40.91 %)
1 級11(21.15 %)4(18.18 %)
2 級2(3.85 %)5(22.73 %)
3 級2(3.85 %)3(13.64 %)
4 級0(0 %)1(4.55 %)
表1:受試者口腔潰瘍之統計。表/參考文獻 3

研究結論和限制

須注意,此研究僅針對「高濃度的 melphalan/威克瘤」靜脈注射療法;換言之,吃冰療法能否降低其他化療藥的副作用,尚未可知(但歡迎嘗試分享)。

此篇研究顯示,「打化療、同時吃冰」能有效減少口腔潰瘍的副作用。這可比含著矽膠好吃多了,而且病人的接受度更高!此幸福的研究,不僅榮獲 2022 年搞笑諾貝爾醫學獎的殊榮,更是癌友的福音。趕快把此文拿給您的醫師看看,問問「打化療時、能不能同時順便吃冰淇淋」囉

趕快把此文拿給您的醫師看看,問問打化療時、能不能同時順便吃冰淇淋。圖/Pixabay

搞笑諾貝爾獎不僅僅是搞笑,還很實用

「大笑之後,發人深省」、是搞笑諾貝爾獎的頒獎標準之一。筆者之親人近期確認罹患惡性腫瘤、甫接受化療,故感受甚深。此研究僅管看似搞笑,但真的能帶給人類幸福。願所有癌友和家屬勇敢面對、平安順心。

更多有趣的研究,請到【2022 搞笑諾貝爾獎】

參考文獻

  1. Ig® Nobel Prize Winners. Improbable Research.
  2. Li Wang , Zhenyang Gu. et. al. (2015) Efficacy of Oral Cryotherapy on Oral Mucositis Prevention in Patients with Hematological Malignancies Undergoing Hematopoietic Stem Cell Transplantation: A Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials. PLoS ONE. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0128763
  3. Marcin Jasiński, Martyna Maciejewska. et. al. (2021) Ice-cream used as cryotherapy during high-dose melphalan conditioning reduces oral mucositis after autologous hematopoietic stem cell transplantation. Scientific Reports. https://doi.org/10.1038/s41598-021-02002-x
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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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感覺晚上精神特別好?癌細胞也是——趁你熟睡時偷偷進行的「癌症轉移機制」
Charlotte 熊_96
・2022/08/17 ・2780字 ・閱讀時間約 5 分鐘

我們都知道:癌症轉移,是惡化的開始
癌細胞轉移是幾乎是所有癌症狀況變糟的開始。

當癌細胞開始轉移的時候,情況可能會變得不太樂觀。 圖/elements.envato

臨床上,癌症期別最常使用的是 TNM 分期系統:

T(tumor)為腫瘤大小
N(node)為淋巴結侵犯
M(metastesis)為遠端轉移

其中,轉移對於癌症期別的估測極為重要,「遠端轉移」的意思,便是癌細胞由原本的器官組織,跑到另一個器官。

癌細胞從原發器官脫落後,經過重重障礙,包括基底膜、細胞骨架、細胞外基質等,進入到淋巴或是血液循環,而抵達遠方組織,長出新的腫瘤。譬如說大腦本身原發的癌症非常少,如果發現病人腦中出現癌細胞,合理的推論是這個癌細胞來自其他器官,常見的腦轉移可能來自肺癌、乳癌等等。這些轉移可能導致病情更難以控制,到最後演變成多重器官衰竭。

癌細胞轉移的先鋒部隊——循環腫瘤細胞

循環腫瘤細胞(Circulating tumor cells)是癌細胞遠端轉移的前驅[1],血液中的循環腫瘤細胞量可以預測腫瘤的轉移能力,是一個腫瘤的生物指標。這些循環腫瘤細胞由原發的腫瘤剝落下來,進入血液循環。上皮細胞間質化(Epithelial to mesenchymal transition)是一個例子。

大部分的上皮細胞癌(譬如說大部分的乳癌、卵巢癌等等)都喜歡聚在一起,當細胞被打散反而生長得比較差,甚至無法生長。但是當這些細胞準備要遠端轉移時,他們會由表皮細胞轉換成間質細胞,脫離原本的基質,進入血液循環。

循環腫瘤細胞由原發的腫瘤剝落下來,進入血液循環。 圖/wikipedia

當他們準備好要「定居」在新的目標器官時,再由相反的程序–間質細胞上皮化而穩定下來。大部分的循環腫瘤細胞會在血液循環系統中死亡。但是少部分的癌細胞可以保持其繁殖的能力,在找到下一個器官並成功附著後,就是所謂的遠端轉移。

因此很多癌症只要有遠端器官轉移,就屬於三期癌症以上,無法進行局部治療(譬如手術切除),而必須要進行系統性治療,譬如像是化學治療、賀爾蒙治療、標靶治療、免疫療法等等。

晚上不睡覺的癌細胞又凶又積極

在 Nature 醫學新知中[2],密西根大學的 Harrison Ball 以及 Sunitha Nagrath 兩人對於癌症如何轉移有新的發現。

Harrison Ball 以及 Sunitha Nagrath 發現這些循環腫瘤細胞有他們特別喜歡出沒的時機當人沈睡之時

Masked thief using lock picker to open locked door stock photo
看來睡覺的時候除了小偷要防,還要小心癌細胞。圖/istock

主宰人類晝夜規律的,是一個複雜的系統。其中包括許多賀爾蒙,如褪黑激素和皮質醇。研究者在 30 人組成的乳癌受試者中,分別在凌晨 4 點(休眠期)以及上午 10 點(活動期)取血液樣本,發現 78% 的循環腫瘤細胞在休眠期出現。

在他們建立的小鼠模型也發現一致的結果。這些模型包括使用藥物控制老鼠褪黑激素濃度、控制燈光以改變老鼠活動/休息期、基因改造過的紊亂晝夜週期老鼠等等。實驗的結果都指向循環腫瘤細胞在老鼠休息時表現特別活躍。

這些休眠期取到的腫瘤循環細胞,不僅在原宿主體內表現得比活動期取到的腫瘤循環細胞更具侵略性,當注入下一個小鼠體內時,一樣表現得比較惡形惡狀。

Harrison Ball 以及 Sunitha Nagrath 發現,這不是一個「被動」的原發腫瘤剝落過程,而是一個「積極」侵略的號角。在小鼠休眠時,這些腫瘤細胞內的蛋白質表現基因變得更活躍,可以產生更多的蛋白質,以利其生長及繁殖。

了解他們,打擊他們

知道這些細胞比較喜歡在哪個時機出沒有什麼好處呢?難道都不要睡,腫瘤就不會遠端轉移?大多數的醫學研究,基本上都會回歸到臨床治療中,而這項發現對於腫瘤科醫師而言,潛在很多益處。

大家不要因為睡覺的時候癌細胞比較容易出現就不睡覺喔!圖/elements.envato

癌症的檢驗方式。Harrison Ball 以及 Sunitha Nagrath 的研究告訴我們,在宿主休眠時,循環腫瘤細胞的表現會增加,被診斷出癌症的機率也就上升。

目前要診斷癌症,僅有少部分可以用影像直接判斷(譬如肝細胞癌),但絕大部分都是需要透過取組織樣本進行病理鑑定(就算是血癌,雖然可以由抽血做初步判斷,但很多時候仍要取骨髓樣本)。畢竟癌症的治療,需要用到很多副作用強大的藥物,或是進到手術房切除身體的一部份。在這種狀況下,醫生絕對不能亂槍打鳥的判斷。

但取組織樣本是一個非常具有侵略性的醫療措施,比較「表淺」的部位,譬如皮膚、子宮頸、口腔等等的還比較好處理,如果是大腸癌可能就要借助大腸鏡,胃癌要胃鏡,肺臟等其他「深層」組織,就得要進到開刀房了。如果抽血就可以檢驗得到循環腫瘤細胞,絕對是非常有幫助的發明。

再來,治療疾病。當軍師算準了敵軍何時現身,我們就可以來個迎頭痛擊。

目前還沒有證據說循環腫瘤細胞大量表現時,施打藥物會比較有效果。也尚未有研究表明,一天之中施打藥物的最佳時機是什麼時候。相信這是將來另一個非常值得探討的議題。

目前尚未有研究表明,施打藥物的最佳時間點。 圖/elements.envato

最後是追蹤。當治療到一定階段,病人被認定「康復」,實質意義上是「由目前的醫療技術無法偵測出體內有無癌細胞殘餘」。所以後續的追蹤是非常重要的,以免前期的辛苦,被後來的復發給全部抹滅。

如果將來可以用循環腫瘤細胞當成血液生物指標,那麼我們也可以根據這項研究,調整抽取血液樣本的時間,以期達到最精確的檢測結果。

不過就如所有必須應用到人體的研究一般,這項研究還是屬於早期萌發階段的研究。小鼠的模型建立起來,並且經過反覆認證還只是第一階段。如果真的要適用在臨床,還要經過醫學倫理委員會、第一期臨床、第二期臨床……等等漫漫長路。

然而這項研究,絕對開啟了血液樣本生物指標的一片新天地。也道出了癌症轉移的各項可能變因,包括賀爾蒙以及生物晝夜規律。這些積累,在日後都將是癌症治療的進步動力。

參考資料

  1. Poudineh, M., Sargent, E.H., Pantel, K. et al. Profiling circulating tumour cells and other biomarkers of invasive cancers. Nat Biomed Eng 2, 72–84 (2018). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0190-5
  2. Nature 607, 33-34 (2022) doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-01639-6
Charlotte 熊_96
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著迷於世界的多彩,也希望帶給人對生命的熱愛。現任美國愛因斯坦醫學中心小兒科住院醫師,畢業於台大醫學系。目前最希望成為小兒心臟科醫師,也沒忘從高中就想去無國界醫生當臨時醫師的夢想。 https://www.instagram.com/charlottethesunbear/