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由新聞談癌症的免疫療法

今天天氣真好~
・2012/12/04 ・3192字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

文 / 今天天氣真好(風濕免疫科醫師)

這幾天有個新聞,說是有名人為了防癌,因此出錢保存自己的T細胞以供日後得了癌症時使用(1)。我想利用這個機會很簡單的跟大家介紹一下目前比較可行的癌症免疫療法(大類)跟他們的限制(此處不討論針對癌症本身直接治療的免疫療法)。

首先,大家一定要記得幾件事:第一:癌症不是單一疾病,不同的癌症有截然不同的治療方法。即使是同一個癌症 (例如黑色素瘤),他們的細胞組成也是非均質的(heterogeneous)。意思是說,甲療法對部份癌細胞有效,但可能對其他部份癌細胞沒效。第二:癌症之所以變成癌,除了不受限制的複製之外,有一個很大的原因就是他們躲掉了人體免疫系統的追殺。所以要這些免疫系統再動起來去殺一個他們本來不殺的細胞,一方面很難,一方面很可能要付出其他的代價。

相關的歷史常識

早在在1891年,外科醫師Coley發現把死掉的鏈球菌萃取物在手術後使用,可以延長部份病患的壽命,於是這個叫做Coley’s toxin(2)的東西大行其道,甚至寫在教科書之中成為標準治療方法。一直到抗生素廣為使用之後,大家認為Coley’s toxin之所以能延長部份病患的壽命是因為可以提高免疫力以減少術後感染,但既然已經有抗生素可用了,還用Coley’s toxin做什麼呢? 於是這東西就慢慢被遺忘在歷史之中。

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一直到二十世紀末的Dr. Rosenberg (也是個外科醫師),他有個癌症病人,儘管他再怎麼苦口婆心勸他開刀,這位病人只想禱告,好死不死腫瘤竟然在沒有治療的情形下消了!!病人回診是來告訴他神蹟,不過Rosenberg想的是這個病人的腫瘤沒有治療會消,那麼很明顯是免疫系統幹的好事 (幸好他沒歸功於神,我們才有現在的免疫療法)……經過了十幾年的努力,Rosenberg在melanoma上取得重大的突破,靠的是去年獲得諾貝爾獎前過世的Ralph M. Steinman的發現:樹突細胞 (Dendritic cell, DC)(3)。(註1:他應該是死後獲頒諾貝爾獎的第二人,在免疫學界中悼文比當年Janeway過世時還多。)

目前免疫療法較可行的一些方面

偏Adaptive (後天免疫)方面

  • 利用Dendritic cell

DC是後天免疫最重要的一個細胞,說他最重要,是因為他決定了要對什麼抗原起免疫反應,以及對什麼抗原不起反應。DC會把目標對象 (在本文中指的就是癌細胞身上的一些蛋白質)吞掉後再分解成小的胜肽,表現在MHC II之上然後跑到淋巴結呈現給沒接觸過抗原的T細胞。然後再活化他們。被活化的T cell此後就認定該DC所表現出的抗原是「壞人」,然後再進行後續的攻擊。

DC免疫療法的主要概念是認為癌細胞之所以逃脫,乃因DC對癌細胞的認識不夠「深入」,以致無法活化T cell。於是乎醫師們會把病人自己的DC拿出來(這年頭拿plasmacytoid DC較多,這是題外話),跟病人自己的癌細胞放在一起養,然後再種回病人病人自己身上,期待這些DC們好好幹活,把癌細胞幹掉。

這個部份是Rosenberg最早做,在melanoma(黑色素瘤)上最成功(但病人存活率也沒有很好就是了)。缺點之一是不少療法成功的病人會誘發Vitiligo (白斑症),合理的推測是免疫系統把帶著黑色素的細胞都當壞人了。

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Ralph M. Steinman身為DC的發現者,又不幸得了胰臟癌,於是他拿自己做DC的人體實驗 (人家是有醫師執照的喔!),很不幸還是失敗,沒有能親睹自己得獎。

  • 利用effector T cell

T細胞分成很多次族群,其中一個族群會要靠DC活化然後執行殺敵任務的,我們叫他effector T cells. 當然這一群除了CD8之外也還分Th1, Th2, Th17甚至Th22等。但是用來做癌症免疫療法的,主要是tumor infiltrating lymphocytes (TIL),也就是圍在腫瘤旁邊的T細胞們。理由是這群 T細胞既然圍在腫瘤旁邊,想當然耳就是要圍攻腫瘤的,但是不知道什麼原因,或者兵源不足,或者敵人太強,所以這群細胞沒辦法達到殺死腫瘤的目的。於是乎把這群細胞拿出來培養,用IL-2或anti-CD3等(都是用來刺激Th1及CD8+ T細胞「繁殖」的東西)加強一下,然後再種回病人身上。目前這一類療法做最多的還是melanoma(4),原因是要拿到腫瘤旁邊的T cell大概就屬皮膚癌最方便。

  • 利用病毒改變T cell receptor (TCR,T細胞受器),使T cell對癌症更敏感

如果你不喜歡基因轉殖作物,我想你也不會太喜歡這個點子!簡單的說,就是認定原本身上T cell對癌細胞效果不好,是因為沒有能針對癌細胞抗原的TCR。在無法標定癌細胞抗原的情形下,即使DC能順利抓到癌細胞,也無法找到能針對癌細胞抗原的T cell活化。想法十分有趣,也的確有人付諸實行。很不幸的,至目前為止全世界應該只有一例人類試驗是成功的(5)。

  • 破壞Tolerance

剛剛上面第二點提到圍在腫瘤旁邊的T細胞們無法成功殺死腫瘤。事實上,除了這些effector T cell之外,另外有一群T細胞是專門用來抑制發炎的,我們叫他們regulatory T cell (調節型T 細胞)或縮寫為Treg。在感染時若是細菌已經死光了,發炎還持續下去,那麼對正常組織的傷害是很大的,此時就是這群細胞出面阻止發炎的時候,這種現象叫tolerance。但是在有癌症時,我們希望免疫系統在癌症附近能造成發炎,但這種發炎會被這一群Treg所阻止。特別的是,這群Treg跟其他T helper一樣是有專一性的。舉個從未發生在台灣(?)的類比: 酒店(癌細胞)不想被警察(effector T cell)抄了,所以就賄賂警察的長官(Treg),使警察無法對癌細胞下手。但是警察的長官並未收到地下錢莊(其他細菌或其他種類癌細胞)的賄款,所以警察抓他們仍然很用力,只有碰到酒店才縮回去…

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這群保護癌細胞的Treg,大多需要一些特殊分子來發揮功能,例如CTLA-4。於是就有這樣的藥物,藉由攻擊CTLA-4造成Treg死亡以取得療效。Ipilimumab目前在FDA已取得核准用來治療melanoma(6)。不過個人悲觀的想法是:這個藥大概不會進台灣給健保局殺價才對…

利用Innate或是其他方式加強免疫力

  • 利用自體免疫細胞加強

觀念很簡單,免疫系統用以識別癌症的細胞有一種叫做NK T cell (自然殺手T細胞),你若是得到癌症肯定是免疫力不好,所以先一次次幫你收集血中的NK T cell(以及Cytotoxic T cell),在體外expansion後再一次打回病人身上。使用方式是在化療或放射治療之後,再把這些細胞打入。最早也是Rosenberg所開發,可以說是免疫療法的proto-type(這句話純個人心得)。據說 (意思是此事還有得觀察)這種療法在胰臟癌及卵巢癌的輔助有部份效果(7)。

  • 利用各式各樣的DAMP以加強免疫系統的發炎

Danger associated molecular pattern (DAMP)是個很有趣的觀念,是由Matzinger所提出來並且得到證實的。簡單的說,就是利用各種外來物如細菌、寄生蟲等的產物或身上的抗原,製造「敵人來犯」的假象,使本來沒認真做事的免疫系統認真一點,順便把癌症給清掉。上面所提Coley’s toxin也是屬於這方面。免疫學經過一百年,又有點走回這條路…當然用法有比較「精緻」一點,但是人體的成效仍有待觀察(8) (讀者如果有興趣倒是可以查查這一篇)。

疫苗

  • 預防型疫苗

對疾病的治療有一個部份我們稱為primary prevention,也就是在還沒生病前就先預防,以免之後得病。由於我們知道B型肝炎與肝癌有關,因此打B型肝炎預防針可以使我們避免得到肝炎,同時降低得肝癌的機會。最近政府比較有在推廣的,就是子宮頸癌疫苗,事實上就是人類乳突狀病毒(HPV)疫苗。藉由避免HPV的感染而降低子宮頸癌的機會。

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  • 治療型疫苗

前面講的是還沒得癌症就直接預防,那已經得癌症的人怎麼辦?有一個FDA在2010年核准的方法,可以用在前列腺癌,叫做Sipuleucel-T(9)。事實上跟前面所講的DC有一點像,就是把病人身上的DC拿出來,但是不是跟病人自己的癌細胞做培養,而是跟廠商所提供的前列腺抗原做培養,培養過程中加了些白血球威而剛(誤),之後再把這些訓練好的DC種回病人身上。這種方式可以增加末期前列腺癌的病患的存活時間。

事實上,隨著免疫學的進步,方式是愈來愈多。但要注意的是,理論上可行不等於實際上用在人體一樣可行。這些療法在台灣(如果有的話)都屬試驗階段,請一定要跟主治醫師確認。

Reference:

1. 小金徐乃麟 買T細胞防癌 – Yahoo!奇摩新聞. .

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2. Coley’s toxins – Wikipedia, the free encyclopedia. .

3. Rosenberg, S. A. 1984. Adoptive immunotherapy of cancer: accomplishments and prospects. Cancer Treat Rep 68: 233–255.

4. Pilon-Thomas, S., L. Kuhn, S. Ellwanger, W. Janssen, E. Royster, S. Marzban, R. Kudchadkar, J. Zager, G. Gibney, V. K. Sondak, J. Weber, J. J. Mulé, and A. A. Sarnaik. 2012. Efficacy of adoptive cell transfer of tumor-infiltrating lymphocytes after lymphopenia induction for metastatic melanoma. J. Immunother. 35: 615–620.

5. Morgan, R. A., M. E. Dudley, J. R. Wunderlich, M. S. Hughes, J. C. Yang, R. M. Sherry, R. E. Royal, S. L. Topalian, U. S. Kammula, N. P. Restifo, Z. Zheng, A. Nahvi, C. R. de Vries, L. J. Rogers-Freezer, S. A. Mavroukakis, and S. A. Rosenberg. 2006. Cancer regression in patients after transfer of genetically engineered lymphocytes. Science 314: 126–129.

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6. 台灣癌症防治網 | 抗癌新藥-Ipilimumab. .

7. Manjunath, S. R., G. Ramanan, V. D. Dedeepiya, H. Terunuma, X. Deng, S. Baskar, R. Senthilkumar, P. Thamaraikannan, T. Srinivasan, S. Preethy, and S. J. K. Abraham. 2012. Autologous immune enhancement therapy in recurrent ovarian cancer with metastases: a case report. Case Rep Oncol 5: 114–118.

8. Krysko, D. V., A. D. Garg, A. Kaczmarek, O. Krysko, P. Agostinis, and P. Vandenabeele. 2012. Immunogenic cell death and DAMPs in cancer therapy. Nature Reviews Cancer 12: 860–875.

9. Approved Products > PROVENGE® (sipuleucel-T). .

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不務正業的風濕免疫科醫師。

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夏天發燒喉嚨痛別硬扛!新冠流感「去季節化」反撲,醫揭3大元凶與治療黃金期
careonline_96
・2026/06/23 ・2577字 ・閱讀時間約 5 分鐘

夏季發燒喉嚨痛別輕忽!新冠、流感病毒「去季節化」趨勢,醫籲:把握治療黃金期,醫師圖文解說

呼吸道病毒已「去季節化」,夏季也成新冠與流感高峰!醫師提醒,出現發燒、喉嚨痛切勿輕忽,應及早就醫進行多重快篩,把握3至5天的投藥黃金期,以防延誤病情引發重症。

過去大家常認為,流感或其他呼吸道感染的盛行期往往落在寒冷的冬季。然而,自COVID-19疫情爆發以來,各類呼吸道病毒的流行節奏已逐漸改變,出現了波段式起伏、季節界線模糊的現象,甚至在夏季也會發生疫情升溫的情況。新冠病毒已從早期的大規模流行,轉變為與其他呼吸道病原並存的常態化傳播型態。當「感冒只在冬天」的傳統印象被打破,民眾在出現呼吸道症狀時,該如何正確辨識風險並把握就醫時機?義大醫院感染科主任賴重旭醫師從臨床角度為我們深入解析。

病毒去季節化!三大原因導致夏季疫情反撲

近年來,新冠、流感等病毒在夏季依然可能出現流行高峰。賴重旭醫師指出,這種「時序錯位」背後主要有三大原因:

。病毒頻繁變異:以新冠病毒為例,目前多為傳播力與免疫逃脫特性極強的衍生亞型變異株,大約每三到六個月就會產生一次變異,導致舊有的免疫防禦難以有效抵抗新病毒。

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新冠、流感等病毒在夏季依然可能出現流行高峰

。族群保護力衰退:無論是透過自然感染或施打疫苗所產生的免疫力,保護效果通常僅能維持約三到六個月。當抗體減弱形成「免疫缺口」時,遇到新變異株就容易引發新一波感染。

。人類行為改變:炎熱的夏季促使民眾長時間待在相對擁擠且封閉的冷氣房內。此外,暑假期間的出國旅遊、跨區移動與群聚活動增加,也大幅提高了病毒傳播與互相感染的風險。

因此,現在的疫情已轉為受變異株更替與免疫力變化影響的「波段式流行」,難以再用單一季節來預測風險。

二次感染成常態!高風險族群需嚴防「累積損傷」

在波段式流行的型態下,許多民眾可能已經歷經一次甚至兩次以上的新冠感染。賴重旭醫師表示,在臨床上再次感染的狀況非常常見,甚至有些人因為症狀輕微、未加篩檢而不自知,進而無意間傳染給家中的長輩或慢性病患。

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高風險族群需嚴防重複感染

許多人誤以為再次感染的症狀一定比較輕微,但實際上不能僅以單次症狀的嚴重度來評估風險。對於65歲以上長者、患有慢性心血管疾病、洗腎病患或長期臥床等高危險族群而言,重複感染不僅可能讓身體受損的狀況慢慢累積,發展為重症或死亡的比例也明顯高於健康成年人。當高危險群出現高燒不退、嚴重咳嗽多痰、呼吸喘,甚至多重器官功能下降等危險徵兆時,務必要提高警覺。

症狀相似難分辨,「多重快篩」幫助正確用藥

現今新冠、流感、腺病毒等呼吸道病毒皆可能在夏季活躍,而它們的初期表現(如發燒、喉嚨痛、肌肉痠痛等)高度相似,僅靠臨床症狀實難精準區分感染源。

為解決此困境,近年醫療院所陸續導入多重快篩工具,一次採檢就能初步辨識出多種常見病毒。賴重旭醫師強調,確認病毒種類除了能評估是否給予專屬的抗病毒藥物外,也能避免在未知狀況下使用不必要的抗生素。

賴重旭醫師也分享臨床經驗,多重快篩曾協助揪出同時感染流感與新冠的特殊案例;而在快篩全數排除常見病毒後,也曾協助醫師及時轉換感染源方向,揪出黴漿菌或披衣菌等細菌感染,進而給予正確的抗生素治療。

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警惕時間差!延誤就醫恐致偽陰性與併發症

許多民眾在出現發燒或喉嚨痛時,習慣先在家觀察幾天再說,但這可能會錯失治療黃金期。賴重旭醫師進一步提醒到,常見的病毒感染:如新冠病毒的抗病毒藥物建議發病五天內投藥,而流感最好在發病兩到三天內投藥,才能達到最佳的治療效果並降低重症風險。

症狀相似難分辨,「多重快篩」幫助正確用藥

若拖到發病五天後才就醫篩檢,體內的病毒量可能已經降低,容易引發快篩「偽陰性」造成誤判。此外,拖延病情也可能導致單純的病毒感染惡化,併發細菌感染等其他併發症,使後續的治療方向變得更加棘手。

隨著疫情常態化,臨床醫師的評估思維也從疫情初期的「確診與隔離」,轉為重視病患的「風險分層」與病程走向。現在的門診評估會綜合考量四大面向:年齡與共病狀況、症狀惡化速度(如是否突發呼吸困難或高燒不退)、近期免疫狀況與感染次數,以及家庭同住者的風險情境。

面對氣候變遷與病毒流行的複雜化,民眾應提高警覺。當出現呼吸道症狀時,不應僅憑季節或自身感覺判斷風險,而應及早尋求專業醫師評估、妥善利用篩檢工具釐清病因。唯有把握黃金治療期,才能有效保護自己與身邊的高風險家人!

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筆記重點整理

● 流感、新冠或其他呼吸道傳染病的疫情已轉為受變異株更替與免疫力變化影響的「波段式流行」,難以再用單一季節來預測風險。

● 許多人誤以為再次感染的症狀一定比較輕微,但實際上不能僅以單次症狀的嚴重度來評估風險。對於65歲以上長者、患有慢性心血管疾病、洗腎病患或長期臥床等高危險族群而言,重複感染不僅可能讓身體受損的狀況慢慢累積,發展為重症或死亡的比例也明顯高於健康成年人。

● 近年醫療院所陸續導入多重快篩工具,一次採檢就能初步辨識出多種常見病毒。確認病毒種類除了能評估是否給予專屬的抗病毒藥物外,也能避免在未知狀況下使用抗生素。

● 延誤就醫會造成更多問題,例如錯失治療黃金期,新冠病毒為發病五天內,而流感為發病兩到三天內,才能達到最佳的治療效果並降低重症風險。

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打破小細胞肺癌復發魔咒!PD-L1免疫合併化療讓存活率翻倍,健保給付條件一次看
careonline_96
・2026/05/12 ・1905字 ・閱讀時間約 3 分鐘

擴散期小細胞肺癌第一線健保治療首選:PD-L1免疫抑制劑合併化療存活率翻倍有望!專科醫師圖文解析

小細胞肺癌惡性高且復發快。如今「PD-L1免疫合併化療」打破治療瓶頸,有效阻斷腫瘤逃逸,讓患者五年存活率翻倍!健保已將其納入一線給付,助病友延長壽命並兼顧生活品質。

「過往小細胞肺癌患者往往在第一線化療結束後,兩、三個月就面臨猛烈復發,高達三分之二的病人活不過一年,身為醫師不禁常感覺束手無策之憾。」三軍總醫院內科部胸腔內科主任蔡鎮良醫師表示,「如今,在PD-L1免疫抑制劑問世後,越來越多小細胞肺癌病友能跨過『存活一年』的門檻,且在進入維持治療後,得以卸下化療的沉重負擔,單用PD-L1免疫抑制劑也有機會穩定控制疾病,重拾美好的日常生活。」

肺癌主要分為小細胞與非小細胞兩大類,其中與抽菸高度相關的小細胞肺癌雖罹病比例逐年下降,僅佔約7-8%,但因其細胞分裂增殖與擴散極快,即使進行低劑量電腦斷層(LDCT)也不一定能早期揪出疾病。小細胞肺癌患者多數確診時已無法進行手術,過往近六成存活期少於一年,能活超過五年者僅約6%,被視為惡性度極高的癌症。

蔡鎮良醫師指出,小細胞肺癌預後極差的關鍵點在於「復發快速」。雖然初期對化學治療反應率高,但極易產生抗藥性;一旦復發,僅剩少數患者對化療仍有反應,也沒有其他有效藥物選擇,導致治療陷入難以突破的瓶頸。

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破解小細胞肺癌的「免死金牌」:PD-L1免疫抑制劑破壞腫瘤免疫逃逸!

所幸,醫學迎來了近二十年來極為重要的進展–PD-L1免疫抑制劑。蔡鎮良醫師說,醫學界發現小細胞肺癌腫瘤會利用PD-1與PD-L1的結合機制,躲避免疫系統的追殺,就宛如拿著「免死金牌」般。PD-L1免疫抑制劑能精準阻斷這項結合,破解腫瘤的免疫逃逸機制,讓免疫系統重新主動攻擊癌細胞。

PD-L1免疫抑制劑破解小細胞肺癌的「免死金牌」

顯著降低死亡風險!PD-L1免疫抑制劑合併化療受國際治療指引肯定

研究證實,PD-L1免疫抑制劑合併化學治療可顯著改善無惡化存活期,降低死亡風險。蔡鎮良醫師分享診間觀察,過往能存活過一年的患者很少,如今可說過半數都有機會可存活超過一年;最新的延續性追蹤更顯示,試驗組的五年存活率從過往的6%成功翻倍達12%,為患者帶來了長達五年的長期生存效益。目前PD-L1免疫抑制劑合併化療,已被國際權威癌症治療指引NCCN列入擴散期小細胞肺癌的第一線治療首選。

PD-L1免疫抑制劑合併化療

免疫治療分階段:維持期可免除化療或搭配新型化療兼顧療效與生活品質

小細胞肺癌免疫合併化療可分為前、後兩治療階段:

  • 第一階段(起始治療):前4到6個療程會同步使用化學治療與PD-L1免疫抑制劑。因化學治療較易導致白血球低下,預防感染是保命關鍵。
  • 第二階段(維持治療):進入維持治療期後,視情況患者可完全移除化學治療,或是亦可PD-L1免疫抑制劑合併來自於海洋生物衍生物的新機轉化療藥物,為已接受過含鉑化療又復發的小細胞肺癌患者,提供了有效且副作用較低的治療選擇,成為維持治療的首選組合。

在整體治療期間,病友務必落實健康生活,並且「絕對要戒菸」,同時維持充足營養,確保有足夠體力應付療程。PD-L1免疫抑制劑的安全性較高,但仍需配合常規監測甲狀腺、血糖等數值,若出現症狀如皮疹、腹瀉等,請及時向醫師反應。

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維持期可免除化療或搭配新型化療 兼顧療效與生活品質

蔡鎮良醫師說,目前台灣健保針對擴散期小細胞肺癌患者,將PD-L1免疫抑制劑合併標準化療納入第一線給付,至今已滿兩年;給付條件雖限定於「無腦部轉移」,但若經濟許可或有私人保險時,仍建議腦轉移病友自費使用,因為從臨床實際療效來看,PD-L1免疫抑制劑合併化療對腦轉移病患也有效果,長遠也呼籲健保可積極考慮放寬限制,以盡可能嘉惠更多有需要的病友。

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從「細胞機械力」解開癌症抗藥性之謎
顯微觀點_96
・2025/10/16 ・2830字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自顯微觀點

許多癌症患者在初期對藥物反應良好,腫瘤明顯縮小,但經過一段時間後因為癌細胞會適應治療,例如可能改變藥物的目標分子,使藥物無法再有效作用;或是繞過原本被切斷的「生存」路徑,變得對藥物不再敏感,使得原本的化療、標靶藥物失效。因此癌症治療的一大挑戰「抗藥性」。

為了解決這項難題,臨床治療上有些使用「雞尾酒療法」,也就是同時使用多種藥物攻擊癌細胞的不同弱點;有的則是積極開發新一代藥物,針對已知的抗藥性機制設計不同路徑;或是透過改變腫瘤微環境讓患者產生持久的免疫反應,延緩或克服抗藥性產生。

但癌症逐漸走向精準醫療,藥物是否能夠針對特定癌細胞甚至癌細胞的特定機轉、基因產生作用,是醫療界正努力研究的方向。而從中國醫藥大學生命科學院細胞生物學研究所助理教授徐昭業的觀點,細胞機械力便是一個可以切入的研究窗口。

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微小機械力 左右細胞表現力

過去,生物學多注重在基因、化學對對細胞的影響,而力學生物學(或稱機械生物學,Mechanobiology)則在近二十年迅速興起。因為科學家發現,不論是細胞要維持形狀、移動,或是回應微環境的變化,都受到力學影響。

徐昭業解釋,其實細胞的機械力在生命活動中非常重要,例如大多數細胞都需要貼附在周圍的環境中,無論是與其他細胞形成組織,或是與細胞外基質(ECM, Extracellular Matrix)連結。而這個「貼附」的行為就是一種機械力的展現。

另外,當細胞在分化時,機械力的影響尤其顯著。例如,將幹細胞培養在柔軟如果凍的基材上時,它們傾向分化為脂肪細胞或神經細胞。然而若是培養在像桌子一樣硬的表面時,則更可能分化為骨細胞。這顯示細胞對外在物理環境具有高度的「機械感知」能力。

這些細胞從外部環境(例如黏附表面、周遭組織)感受到的「機械訊號」,會透過細胞膜上的蛋白傳遞進入細胞內部,影響基因表達並調整行為,例如分化或增生。

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傳統上判定癌症藥效(或是是否出現抗藥性)多是透過測量細胞存活率,例如計算 IC50(半數抑制濃度)──也就是殺死 50% 細胞所需的藥物濃度。但徐昭業表示,這樣的測量方式存在著「非死即活」的二分法限制。例如:針對 100 顆細胞投藥,最後存活 50 顆,只知道存活率是 50%,但無法得知那剩下細胞的實際狀態;可能完全健康、也可能受到藥物影響變得半死不活。

不只管死活 力學訊號看抗藥性更精準

圖說:細胞機械力模型。徐昭業團隊便是將這樣密集奈米圓柱的結構裝置,放進微小的生物晶片。攝影/楊雅棠

透過細胞機械力的偵測則可以彌補這樣的空缺。徐昭業和研究團隊開發出一套生物力學量測系統,結合微結構與光學反射,成功簡化細胞力學的觀察與量化方式。

他們將細胞培養於表面覆有密集奈米圓柱的結構裝置上,當細胞貼附並施力於這些奈米圓柱時會導致彎曲,進而改變表面反射鏡的反射角度,影響光訊號的強度。藉由觀察反射光的衰減量,便可快速推估細胞的力學變化。

這些奈米圓柱通常使用 PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基矽氧烷)等彈性材料製成,直徑約為1至2微米,高度約 5 微米,排列間距也僅有 1 至 2 微米。

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徐昭業表示,過去這類「micropost array」(微柱陣列)主要透過螢光標記位移來計算細胞所施加的力量,但這樣一來不但需要仰賴高倍率顯微鏡,影像分析也較為繁複。

因此,研究團隊改以反射訊號的變化來替代位移量測。他們將金屬反射層鍍於奈米圓柱頂端形成靈敏的反射面。當細胞攤開在表面時,張力會造成圓柱微幅形變,反射光因此產生角度偏移與散射。通常光強度會下降至原始強度的 20% 至 30%,藉此就能反推出細胞所施加的實際力值,依此分析細胞活力。不僅能大幅簡化操作流程,同時提升訊號讀取的效率與數量。

徐昭業說,當細胞死亡或停止活動時,力學(光學)訊號會完全消失,但「活力下降」的細胞則有部分訊號,但弱於「完全未受影響」的細胞。而這樣分群概念在癌症抗藥性研究的重要性在於:即使多數癌細胞對藥物反應良好,仍可能潛伏少數「對藥無感」或「苟延殘喘」的細胞。這些細胞若存活下來,將來就可能演化出抗藥性的癌細胞。

為了驗證設計出的平台在癌細胞檢測上有效果,徐昭業也和中國醫藥大學從事肺癌研究的老師合作,利用對方既有現成的抗藥性細胞株資料庫和相對應生物標記,與力學檢測平台的標記結合進行確認。

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徐昭業表示,過去要確認癌細胞是否出現抗藥性需透過長時間持續給藥,並耗費三至六個月時間培養,看細胞是否出現變異。但一方面長時間持續投藥,訓練出的是「後天抗藥性」癌細胞,和在真實情境不同;人體中可能部分癌細胞一開始就有「先天抗藥性」,卻難以在一開始就揪出來。另一方面,長期、持續的投藥也不符合臨床投藥方式,且耗時過長。

團隊利用力學檢測平台比較抗藥細胞與敏感細胞,發現兩者之間存在顯著差異,且這些力學特徵與既有的生物標記完全對應,證明了這個檢測系統可以直接辨識抗藥性細胞。

研究到臨床 盼打造癌症抗藥性快篩

由於系統採用的是非螢光染色(label-free)設計,偵測的是光學訊號,大幅縮短樣本製備和觀察時間。一片約一平方公分的生物晶片能同時觀測十萬個細胞,儘管有些細胞會彼此黏連,無法進行單細胞分析,但通常仍能取得五萬筆單細胞的力學分布資料。團隊再把這些數據輸入AI模型進行辨識訓練,系統便能在活細胞上快速量測,約半天到一天即可完成分析。

徐昭業表示,癌症病人通常有幾種可選用的藥物,但每個人對藥物的反應不同,第一線有效的藥物不見得適合所有病人。臨床上,醫師通常根據經驗與基因表現推估藥物敏感性,仍難以預測抗藥性的發生;即使用單細胞基因定序也很昂貴且不容易操作。

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「雖然一開始仍需仰賴傳統細胞株去建立模型,但當這一系列流程建構完成,後續就能成為精準醫療的重要輔助工具」,徐昭業說,若是透過此平台,就能以「快篩」的概念檢驗不同病人檢體暴露於不同藥物,哪些藥物最容易產生抗藥性表現型(phenotype),進而提供臨床醫師一份建議清單,選擇不易產生抗藥性、最合適的治療策略。

目前團隊也致力於讓系統更具備高度規律性與可重複性,並易於製作母模再複製,以大幅降低成本與技術門檻。徐昭業期待這套系統除了加速細胞力學研究的量測過程,也能為生醫材料、藥物開發與細胞品質檢測等領域提供實用的解決方案。

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從材料到癌症研究 徐昭業的跨界探索

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顯微觀點_96
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