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可用於靶向給藥的蛋白膠囊

NanoScience
・2012/10/21 ・737字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 577 ・九年級

澳洲與法國研究人員發展出一種製作蛋白膠囊的簡單新技術,製成的膠囊不僅耐用,而且無須使用催化劑以及其他複雜的處理步驟。這種中空膠囊可望作為理想的藥物輸送媒介。

這項研究由墨爾本(Melbourne)大學的Damien Mertz與Frank Caruso以及史特拉斯堡(Strasbourg)大學的合作伙伴共同完成。他們將異丁醯胺(isobutyramide, IBAM)連接至蛋白質上,此舉在兩結構之間產生強烈的非共價鍵結,並且導致中空蛋白的形成,大小約在微米或次微米等級。此技術不同於一般方式需使用催化劑或共價連接物,而且所製作出的膠囊亦相當穩定耐用。

Mertz解釋,此組裝過程的第一步是以異丁醯胺修改二氧化矽模板,接著將蛋白質吸附至此模版上。透過與胺基的反應,蛋白質表面可用異丁醯胺進行「重新設定」(reinitiated),並且能接著覆蓋上第二層蛋白質。最後把模板溶解便形成蛋白膠囊。實驗中使用了人血清白蛋白(human serum albumin),此球狀蛋白質由585個氨基酸所構成,是人體血漿中最常見的蛋白質。

這些蛋白膠囊的直徑、厚度以及成分能加以控制,並且能以不同生物配體對蛋白膠囊進行功能化。例如,經由酵素、核酸和糖份所功能化的膠囊在靶向給藥(targeted drug delivery)的應用領域上將可望派上用場。此外,該蛋白膠囊不僅對生物細胞不具毒性更可生物降解。由於製作簡單,因此也能輕易大量生產。

此研究團隊在去年曾發表關於以異丁醯胺和各種生物分子(如蛋白質、核酸與多醣體)所構成的膠囊,並且在最近證實了類似的蛋白膠囊能載運抗癌藥物,並在生物環境下透過所謂的蛋白質降解(protease degradation)釋放藥物。他們目前則計畫更深入探討異丁醯胺與蛋白質間的交互作用。詳見ACS Nano|DOI: 10.1021/nn302024t。

資料來源:Protein capsules for targeted drug delivery. NanoTechWeb [Sep 27, 2012]

譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝

轉載自 奈米科學網

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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賀爾蒙藥物知多少?皮下注射須知及使用要點
careonline_96
・2022/11/29 ・1727字 ・閱讀時間約 3 分鐘

在兒童內分泌科,有許多賀爾蒙相關藥物因為藥物成分結構的特殊性質,給藥途徑常常需要透過皮下注射,讓藥物能良好吸收並穩定發揮其效果。

使用較多、也較廣為人知的幾種藥物包含「胰島素」、「生長激素」與「類升糖素胜肽-1 受體促效劑(GLP-1 receptor agonist)(俗稱減肥針、瘦瘦針)」。

皮下注射藥物給藥裝置

林口長庚醫院兒童內分泌科邱巧凡醫師指出,大多數上述藥物,近年都以「筆型針」設計為主流。傳統以空針筒抽取玻璃瓶藥劑的方式已經逐漸被筆型針取代。相較於傳統方法,筆型針有許多優勢,包含操作時間短、步驟簡單、操作方便、劑量拿捏精確等。

另外,近幾年還有「無針注射器」的產品,透過高壓噴射原理,使藥物不須透過針頭即可進入皮下組織,目前適用於胰島素注射。

注射部位

皮下注射的部位包含:腹部、臀部、上臂、大腿外側。

這些部位在藥物吸收速度上略有差異,分別如下:

  • 吸收速度最快的部位: 腹部
  • 吸收速度其次為: 上臂
  • 吸收速度較慢: 大腿、臀部

其他會影響藥物吸收速度的因素還包含:

  1. 運動:剛剛運動完的一側肢體由於血流增加,藥物吸收速度也會加快。
  2. 溫度:較高的溫度,藥物吸收速度快;較低的溫度,藥物吸收速度較慢。(例如泡溫泉、熱水澡、按摩後)
  3. 注射部位深淺:
  • 注射太淺,未到皮下組織,容易產生疼痛感,藥物吸收速率也較差。
  • 注射太深,進到肌肉層,會加速藥物吸收速率。

邱巧凡醫師表示,基於上述對於藥物吸收速率的影響因素,在需要藥物快速或稍晚發揮功效的情境下,或當觀察到藥效發揮不如往常時,這樣的因素考量就相當重要。

皮下注射藥物使用要點

  1. 許多皮下注射藥物平時都是需要冷藏保存的,若剛從冷藏取出便立即注射,由於溫度較低,注射時疼痛感較明顯。建議可以提前拿出來,待溫度稍微回升,再執行注射。
  2. 務必養成習慣,每次注射前都要先確認藥物名稱、有效期限、劑量,並檢查藥水是否有雜質、變色、混濁等異常。
  3. 注射時避開感染、發炎、纖維化、凹陷、脂肪增生等處,以免影響藥效。
  4. 務必確實做好「注射部位」及「注射筆針頭銜接處」的清潔消毒。
  5. 針頭完全插入至注射部位後,再按壓注射按鈕。
  6. 輸注後在原處停留 6~10 秒,再拔出針頭,確保完全輸注並避免藥水洩漏。
  7. 注射部位要輪替,避免施打同一部位,造成腫塊的形成,影響藥物吸收。
  8. 針頭拔出後,輕壓注射處至不再出血即可。
  9. 注射部位「不要揉」,否則容易因此拉扯到皮下微血管造成出血或瘀青。
  10. 不與其他人共用針頭、筆型針,針頭也不要重複使用。
  11. 使用後的針頭請用「有瓶蓋」「堅硬不易被刺穿」的容器盛裝,並於容器標示清楚「內含廢棄針具」,栓緊瓶蓋,帶回原就診醫療院所或有「居家廢棄藥物檢收站」標章的社區藥局回收處理。

配合醫囑指示正確使用藥物,並掌握以上皮下注射藥物的注射要點,相信能讓藥物更加穩定且安全地發揮其最佳療效。

careonline_96
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「糖果代碼」如何幫助我們分辨藥品真偽?
胡中行_96
・2022/05/26 ・2216字 ・閱讀時間約 4 分鐘

在澳大利亞的兒童派對上,常出現一種繽紛奪目,胖死人不償命的點心,叫做「仙子麵包」(fairy bread)。

其做法相當簡單,就是在吐司上塗奶油,灑滿多彩糖珠(nonpareils),再切成三角形[1]。美食與食譜網站不時會介紹它的各種華麗變體,例如:「仙子漢堡」、「仙子蛋糕」等[2,3]

澳大利亞的兒童派對上經常出現的點心「仙子麵包」。圖/Wikipedia

不過,現在有個美國的創新版本,卻是抱著救世的精神,榮登科學期刊。

偽造藥品極難分辨真偽

偽造和不合格的藥品,不僅在全世界害人無數,每年還造成 2 千億美元的經濟損失。開發中國家所受的影響尤為嚴重,國際衛生組織(World Health Organisation)估計當地 1/10 的藥物都是假貨[4]。仿冒藥品和印刷偽鈔的概念雷同,正邪雙方拼的是製造和辨識的技術。

就拿澳洲藥物管理局(Therapeutic Goods Administration)官網上的照片來說,三粒外觀神似的輝瑞(Pfizer)藥丸齊聚一堂,令人看了直呼真假難辨[5]!就算仔細觀察它們的形狀、顏色、拼字與外包裝,又有幾個普通民眾看得出哪幾粒不能吃?

上面是真的輝瑞(Pfizer)出品的藥丸,下面二粒是仿冒品。圖/參考資料 5

目前幾種藥物防偽技術,雖然理論上可行,但實際操作起來,多少都有缺點。比方說:

  1. 在膠囊上壓印(indentation)一串編碼,再用特定的閱讀器來解碼[4]
  2. 於每粒藥丸上印QR code,然後拿顯微鏡辨識[4]
  3. 大幅改動原本的製藥程序,用螢光墨水或微模成型(micro-moulding)產生QR code,再透過智慧型手機的相機讀取[4,6]
  4. 調整製藥配方,在藥物外層的膜衣(film-based formulations)印上識別[4]

這些方法都勞師動眾,不易普及。

業界的福音「糖果代碼」誕生

正在業界苦無新法之際,2022 年 5 月 6 日《科學報告》(Scientific Reports)期刊,發佈了〈糖果代碼:一種簡單、普遍、獨特、可食用,且能確認藥物真實性的識別[4]。該文作者美國科學家 William H. Grover,彷彿以「灑水觀音」之姿,慈悲地潑灑糖珠,祈願杜絕偽藥氾濫,並就此解救天下蒼生。

首先,他把撒糖珠的動作,輕鬆地加到現行的製藥程序裡。不管藥廠做的是藥丸、藥片或膠囊,沒有糖珠附著不了的固體。當糖珠被隨機揮灑,便會在固體表面形成獨特的圖案。就像沒有一塊「仙子麵包」長得完全相同,每粒裹上糖珠的藥丸從此也有了個人專屬的外表。儘管它們不會因此引領時尚潮流,但至少宛如 QR Code 附體,有了獨一無二的「糖果代碼」(CandyCodes)[4]

接著,所有換上新裝的藥丸,在離開藥廠之前,都要來張個人紀念寫真。透過攝影,單一藥丸上每顆糖珠的位置與顏色,都將被記錄在藥廠的資料庫中。若嫌圖檔不好用,也可以將糖珠的排列組合,編成字串以利存取。如此一來,當藥丸抵達消費者手中,後者只要用手機拍照上傳給藥廠,就可以比對「糖果代碼」,為藥丸驗明正身[4]

糖果代碼」可以讓消費者向藥廠確認藥品的真偽。圖/參考資料 4

至少可以創造出1017 組不會重複的糖果代碼

說到排列組合,學過「庭院深深深幾許」的讀者,是否好奇「糖果代碼」的各種可能性,夠不夠應付藥廠的龐大出貨量?科學家 William H. Grover 採用每顆 2.3 毫克,8 種不同顏色的糖珠:深藍、淺藍、紅、粉紅、綠、橙、黃和白色。每顆能編寫 3 個 2 進位(23=8)位元的資訊,於是 1 公斤的糖珠就可乘載 130 萬位元的資訊量。此外,糖珠的售價相當便宜,1 美元能購買 2 萬 9 千顆糖珠[4]

由於糖珠是隨機地包覆在藥丸外層,排列組合的結構,比 1D 的條碼和 2D 的 QR code 複雜。美國科學家 William H. Grover 用 Python 語言,寫了個程式來將每張藥丸的照片,轉換成一條條二進位的代碼字串,再計算可能性的總數。經過一番努力之後,他推估這個做法,足以創造 1017 組不會重複的「糖果代碼」。如果還是擔心數量不夠,也可以使用更多顏色,或不同形狀及尺寸的糖珠,來增加排列的組合[4]

科學家William H. Grover用Python程式來將藥丸的照片,轉換成二進位的代碼字串。圖/參考資料 4

當然,科學家的野心絕不侷限於製藥,否則跟只會做或吃「仙子麵包」的販夫走卒,又有何差異?William H. Grover 認為「糖果代碼」的概念,將來還可以被運用在其他產品。例如:於瓶蓋或其他包裝上,黏貼彩色的小粒子,來遏制盜版[4]。雖然他的願景才剛被《科學報告》期刊公諸於世,但將來或許就真的被廠商採用了。到時候市面上,便會充斥著各式各樣的仙子商品。

也可將「糖果代碼」用於瓶蓋或其他包裝上,來遏制盜版。圖/參考資料 4

參考資料

  1. Meanings and origins of Australian words and idioms (Australian National University, 2017)
  2. Fairy’s Burger at Mary’s (Gourmet Traveller, 2016)
  3. Fairy bread cake (SBS)
  4. CandyCodes: simple universally unique edible identifiers for confirming the authenticity of pharmaceuticals (Scientific Reports, 2022)
  5. How to spot a counterfeit medicine (Therapeutic Goods Administration, 2020)
  6. Drug-laden 3D biodegradable label using QR code for anti-counterfeiting of drugs (Materials Science and Engineering: C, 2016)
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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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你知道你有可能對倉鼠或壁蝨過敏嗎?Alpha-gal 症候群會帶來什麼樣的過敏症狀呢?
胡中行_96
・2022/04/23 ・3474字 ・閱讀時間約 7 分鐘

到藥局買藥或是去醫院看病,民眾多少會被問到是否對任何東西過敏。如果是初診的話,有些醫療單位還會強調要病患詳細填寫「所有已知過敏原」(All known allergies)。

一般人的反應,第一個會想到藥物過敏原,例如:盤尼西林(penicillin);再來是食物過敏原,像是海鮮或麥麩等。這些答案的確符合原本問題設定的目的:防止療程中使用的器材和藥物,或是醫院提供的住院飲食,讓病患產生不良反應。但是,如果您對壁蝨或是倉鼠過敏,也要據實以告嗎?

對倉鼠過敏?中國倉鼠卵巢細胞又是什麼?

西方文獻中俗稱的「中國倉鼠」(Chinese hamsters),又譯為「灰倉鼠」或「灰地鼠」,學名是「Cricetulus griseus」。中國倉鼠常被人養來當寵物,再加上漢醫不會把牠們拿來入藥,一般臺灣民眾應該鮮少將牠們跟醫療做聯想。不過,有些西醫的藥物資訊臨床試驗手冊,會在過敏注意事項中,提到中國倉鼠。乍看之下,就算不是「逢中必反」,對寵物或絨毛過敏者,也很容易產生不必要的恐慌。然而,看起來楚楚可憐的中國倉鼠是無辜的,因為真正的罪魁禍首其實是牠的卵巢細胞……

中國倉鼠(學名:Cricetulus griseus)原產於中國北部沙漠地帶。圖/Wikipedia

以「中國倉鼠卵巢細胞」(Chinese hamster ovary cells,簡稱「CHO 細胞」)製藥的技術,有一段相當傳奇的歷史故事:1948 年胡正祥教授[註1]與華生醫師(Dr. Robert Watson),將原生於中國北方的倉鼠偷渡去美國。後來在冷戰的氛圍下,二人的行為被中國政府視為犯下戰爭罪,胡正祥教授還因此被判刑。根據輝瑞(Pfizer)藥廠官方網站的介紹,1950 年代美國科學家的研究發現,CHO 細胞有許多適合生化製藥的特質:

  1. 容易繁殖:與其他哺乳類動物的細胞比起來,CHO 細胞比較「好育飼」(台語),可以用工業規模的生物槽(biotanks)盛裝,讓它們在製藥使用的化學溶劑中大量生長。
  2. 適合人體的蛋白質:一條條的胺基酸,要摺疊才會變成蛋白質,而它們摺疊的形狀,會影響蛋白質的功能。CHO 細胞能穩定地複製這些摺疊。此外,雖然細菌、酵母、藻類等一樣能製造蛋白質,但哺乳動物細胞製造的蛋白質,構造跟人體比較相容。
  3. 正確的「醣類」修飾:許多哺乳動物的蛋白質,有醣類(glycans)附著在胺基酸上,稱為「醣基化」(glycosylation)。這些醣類對蛋白質在免疫反應中的功能,有著關鍵的影響。有些微生物無法用正確的醣類修飾蛋白質,但對 CHO 細胞來說是輕而易舉。
  4. 預防病原體的擴散:使用 CHO 細胞,可避免製藥過程中病原體的傳播。這對產品安全來說,十分重要。
  5. 容易改造的 DNA:DNA 就像一張食譜,依照改編過的食譜,能煮出特定的菜餚。CHO 細胞的 DNA 很容易被改造,來產生製藥所需的蛋白質。
中國倉鼠卵巢細胞(Chinese hamster ovary cells,簡稱「CHO 細胞」)。圖/Wikipedia

Alpha-gal 症候群會產生諸多過敏症狀

基於 CHO 細胞的眾多優點,目前市面上用它們製造出來的藥物與疫苗繁多。及至2020年為止,光是這樣做出來的治療用單株抗體(therapeutic monoclonal antibodies)就有將近70種被核准上市,接受免疫療法的病患遇到的機率頗高。此外,國產的高端MVC-COV1901)與聯亞(UB-612)武漢肺炎疫苗,也是這樣來的。不過,沒有人是完美的,就連可愛的中國倉鼠也不是。雖然以CHO細胞培養出來的產品,許多都非常安全,但 abataceptinfliximab 等特例,因為含有低濃度的過敏原「Alpha-gal」,所以會使極少數的人嚴重不適。

Alpha-gal 是一種會出現在非靈長類哺乳動物(例如:中國倉鼠)身上的醣類。對這種醣類過敏的情形,稱作「Alpha-gal 症候群」(Alpha-gal syndrome;簡稱 AGS),其症狀包括:蕁麻疹呼吸困難咳嗽血壓遽降噁心想吐腹瀉胃痛胃食道逆流(俗稱「火燒心」)、消化不良暈眩昏厥,以及嘴唇喉嚨舌頭眼皮腫脹

Alpha-gal 症候群症狀包括:蕁麻疹、呼吸困難、咳嗽、血壓遽降、噁心想吐、腹瀉、胃痛、胃食道逆流、消化不良、暈眩或昏厥。圖/Pixabay

值得注意的是,AGS 不僅出現在極少數 CHO 細胞培養出來的藥物中,由小鼠骨髓瘤細胞(SP2/0)等其他管道製造出來的也有,cetuximab 就是一例。[註2]由於大部份的民眾不會沒事去做免疫球蛋白 E(IgE antibody)的抽血檢查,了解自己會否對 Alpha-gal 過敏,不少人其實是因為被「壁蝨」咬傷,才發現不能使用特定藥品。讀到這裡,您可能會感到無比荒謬:剛剛不是說 Alpha-gal 只存在於非靈長類哺乳動物,要怪也是怪鼠輩,怎麼現在又賴給壁蝨?

Alpha-gal 藉由壁蝨傳播

這一切的因緣業力,就像蝴蝶效應一樣扯很遠:壁蝨先去咬了某種非靈長類哺乳動物,接著跑來咬人。過程中,壁蝨把動物的alpha-gal帶到人的身上。被咬的 2 到 6 小時後,有些人就出現過敏反應。從此以後,他們不僅得成天躲著壁蝨,禁食豬、牛、羊、鹿、兔等非靈長類哺乳動物(紅肉)及其衍伸產品,還不能使用某些藥物,生活非常不便。

Alpha-gal 症候群盛行於美國歐洲南非澳大利亞以及包含日本在內的部份亞洲地區。臺灣目前似乎沒有大量案例的報導,況且也不是每個被壁蝨咬的人都會出現過敏症狀,所以無須過度緊張。民眾只要於整理庭院或到郊外踏青時,穿著長袖衣褲,在身上噴灑防蟲液,並牽好隨行寵物,就能避免被壁蝨咬傷。

我們只要於整理庭院或到郊外踏青時,穿著長袖衣褲,在身上噴灑防蟲液,並牽好隨行寵物,就能避免被壁蝨咬傷。圖/Wikipedia

回到文章最開頭的問題:在醫療院所填寫「所有已知過敏原」的時候,該寫哪些?既然都說是「所有」了,當然建議全部都要寫。因為除了壁蝨、紅肉、中國倉鼠卵巢細胞和小鼠骨髓瘤細胞,可能還有其他您未必知道與治療有關的過敏原,會在奇特的巧合下,影響到療程安全。

註解

  • 註 1:輝瑞藥廠和美國化學工程學會(American Institute of Chemical Engineers,簡稱 AIChE)的原文,都稱該中國學者為「Dr. C. H. Hu」,而多數介紹「中國倉鼠卵巢細胞」科技的中國網路文章,則提到北京協和醫院病理科「胡正祥」教授,因此推論是指同一人。由於上述二個英文的網頁,考證似乎都較中文的嚴謹,因此採用為本文故事的參考資料。
  • 註 2Cetuximab 向來以引發「Alpha-gal 症候群」(AGS)著稱,其藥物資訊上,也常提醒病患注意是否曾被壁蝨咬傷或對紅肉過敏。有趣的是,雖然小鼠骨髓瘤細胞(SP2/0)和CHO細胞都能培養 cetuximab,但以 CHO 細胞製造出來的 cetuximab,因為缺乏人體免疫細胞能夠辨識的物質(α-1,3-galactosyltransferase),所以不會與 AGS 患者的血清產生反應。換句話說,CHO 細胞產生的 cetuximab 比較不會過敏

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國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

澳洲與法國研究人員發展出一種製作蛋白膠囊的簡單新技術,製成的膠囊不僅耐用,而且無須使用催化劑以及其他複雜的處理步驟。這種中空膠囊可望作為理想的藥物輸送媒介。

這項研究由墨爾本(Melbourne)大學的Damien Mertz與Frank Caruso以及史特拉斯堡(Strasbourg)大學的合作伙伴共同完成。他們將異丁醯胺(isobutyramide, IBAM)連接至蛋白質上,此舉在兩結構之間產生強烈的非共價鍵結,並且導致中空蛋白的形成,大小約在微米或次微米等級。此技術不同於一般方式需使用催化劑或共價連接物,而且所製作出的膠囊亦相當穩定耐用。

Mertz解釋,此組裝過程的第一步是以異丁醯胺修改二氧化矽模板,接著將蛋白質吸附至此模版上。透過與胺基的反應,蛋白質表面可用異丁醯胺進行「重新設定」(reinitiated),並且能接著覆蓋上第二層蛋白質。最後把模板溶解便形成蛋白膠囊。實驗中使用了人血清白蛋白(human serum albumin),此球狀蛋白質由585個氨基酸所構成,是人體血漿中最常見的蛋白質。

這些蛋白膠囊的直徑、厚度以及成分能加以控制,並且能以不同生物配體對蛋白膠囊進行功能化。例如,經由酵素、核酸和糖份所功能化的膠囊在靶向給藥(targeted drug delivery)的應用領域上將可望派上用場。此外,該蛋白膠囊不僅對生物細胞不具毒性更可生物降解。由於製作簡單,因此也能輕易大量生產。

此研究團隊在去年曾發表關於以異丁醯胺和各種生物分子(如蛋白質、核酸與多醣體)所構成的膠囊,並且在最近證實了類似的蛋白膠囊能載運抗癌藥物,並在生物環境下透過所謂的蛋白質降解(protease degradation)釋放藥物。他們目前則計畫更深入探討異丁醯胺與蛋白質間的交互作用。詳見ACS Nano|DOI: 10.1021/nn302024t。

資料來源:Protein capsules for targeted drug delivery. NanoTechWeb [Sep 27, 2012]

譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
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