幹細胞打卡現蹤跡－奈米顯影劑

飲食品味有人崇尚創新，有人偏好傳統，還有科學家喜歡走科技復古風：比利時 Paleo 公司從瑞典斯德哥爾摩的古遺傳學中心（the Center for Palaeogenetics），取得 120 萬年前的猛瑪象（mammoth，又稱長毛象）DNA，培養出肌紅素（myoglobin），當作蛋白質添加物。^[1]澳洲 Vow 公司也不甘示弱，做了一粒猛瑪象肉丸，於荷蘭 NEMO 博物館亮相，^[2]並由荷蘭國立博物館（Rijksmuseum）收藏。^[3]

精準發酵

Paleo 公司的創辦人兼執行長向媒體表示，他們拿到的猛瑪象 DNA 支離破碎，所以比對亞洲與非洲象來重建序列，再利用酵母精準發酵（precision fermentation），產出肌紅素。他宣稱加入了猛瑪象肌紅素的植物漢堡排，不僅擁有鮮紅的色彩，還別具濃郁的肉品風味。然而，肉品科學專家懷疑這言過其實，畢竟肌紅素佔肉品成份的比重不高。比利時的 Paleo 和澳洲的 Vow 公司，兩家作法最大的差異是：前者的產品不含動物細胞；而後者則做出真的組織。^[1]換句話說，就像純素主義者吃果凍的時候，容易誤食的明膠（gelatin），^[4] Paleo 的產品源自動物，但不算肉。

培植肉

另一邊，澳洲 Vow 公司弄到不完整的猛瑪象肌紅素基因序列，便拿非洲象的 DNA 來填補。拼湊完成後，放到羊的肌母幹細胞（myoblast stem cells）裡，培養約 2 週。^{[1, 2, 5]}這種在實驗室中長大的肉品，稱為培植肉（cultured meat）。^[6]除了遠古動物，也能用現代家禽、家畜與海產等物種。^[7]一般的生產步驟，大致如下：

1. 細胞分離（cell isolation）：^[8]取得活體動物肌肉的幹細胞，揀選並培養後，儲存於細胞銀行，方便未來使用。^{[7, 9]}
2. 細胞擴增（cell expansion）：^[8]從細胞銀行提領一些出來，在無菌環境下，給予養份，令其成長並增殖。^[7]
3. 細胞分化（cell differentiation）：^[8]一旦增殖到足夠的數量，就加入蛋白質生長因子（protein growth factors）等物質，使其分化成肌肉、脂肪及結締組織等，各種類型的細胞。^[7]
4. 組合纖維（assembly of fibers）：^[8]採收成品，再以普通的食品加工程序，組合並包裝。^{[7, 8]}

吃猛瑪象的利弊

您會想嚐試猛瑪象相關食品嗎？澳洲詹姆士庫克大學（James Cook University）的科技史教授 Hallam Stevens，顯然非常猶豫，還寫了篇文章分析利弊。^{[6, 10]}以下綜合他的幾個看法和其他資料，供讀者於冒險前參考：

1. 生長激素：^[6]攝取太多生長激素，會對生長、生育造成負面影響。不過，食品法規能加以限制，而且培植肉使用的量，可以比傳統畜養少。^[11]至於精準發酵，則不需要生長激素。^[12]
2. 過敏原：^[6]參與猛瑪象肉丸開發的澳洲昆士蘭大學（University of Queensland）Ernst Wolvetang 教授表示，不曉得人體的免疫系統，遇到從地球上消失多時的蛋白質，會做何反應。^{[1, 2]}也就是科學家都沒膽吃了，在座的各位請自己看著辦…
3. 微生物汙染：^[6]傳統方式生產的海鮮和肉品，在宰殺過程中，難免受細菌、黴菌或病毒汙染；相對地，培植肉風險較低，但仍須謹慎管理倉儲，並且注意來源動物的健康狀況。^[13]如果為了避免微生物汙染，便添加抗生素，就會與傳統養殖一樣，面臨抗藥性的問題。^[9]另方面，Paleo 公司的官網寫道，精準發酵無須抗生素。^[12]
4. 營養成份：培植肉的營養是否足夠，老實說科學家還不太確定。^{[6, 9]}
5. 生物多樣性：復刻絕種動物，聽起來好像有機會促進生物多樣性，或至少食物多元化。然而主流的培植肉商品，應該還是以普通禽畜為大宗，並且限定肌肉組織，大概不會包含內臟等其他部位。由於販售的項目完全掌握在廠商手中，最後可能重蹈基因改造食物的覆轍，令特別挑選過的品種稱霸市場，排擠失去經濟價值的物種。此外，這個發展的方向，無助保育瀕危生物。^[6]
6. 溫室效應：精準發酵和培植肉，都標榜節省或使用再生能源，還有排放的溫室氣體，較傳統畜牧業少。^{[2, 9, 12]}最近卻有研究認為，家畜為人詬病的甲烷（CH₄），暖化效果其實不如製作培植肉時，釋出的二氧化碳（CO₂）持久。所以推廣培植肉，未必能明顯改善全球暖化。^[9]
7. 素食主義：養培植肉的最佳營養品，是取自往生孕牛腹中，死亡胚胎的胎牛血清（foetal bovine serum）。^{[9, 14]}無論是基於宗教還是動保的理由，在素食主義者眼裡，這無疑是殺生。^[9]關於這點，澳洲的 Vow 公司強調他們不使用胎牛血清。^[2]至於精準發酵而來的猛瑪象肌紅素，或許更容易被接受。畢竟猛瑪象的滅絕，不是現代科學家的錯，而且酵母被動保組織視為純素食材。^[15]
8. 動物保育：儘管 Paleo 和 Vow 公司的猛瑪象創舉，都證明了他們不仰賴活體動物；有論文認為，就培植肉的生產而言，少數動物還是會被養來提供細胞。^[9]
9. 宗教認可：就算釐清什麼是素食了，宗教界目前尚在爭論，實驗室養出來的肉，是否符合猶太、清真等食品規範。^[9]

食品法規的未來

根據調查統計，高學歷、願意減少宰殺，而且對培植肉有基本概念的年輕葷食者，對此肉品接受度較高。^[9]相信泛科學的讀者，有不少屬於這個族群。目前 Vow 和 Paleo 公司雖然都積極行銷，^{[3, 12]}但培植肉與絕種動物衍伸食品，應該不會馬上普及市場。大家仍有時間，針對食安、健康、環保和宗教等層面，仔細思考。同時，各國的立法單位，則要煩惱如何重新定義並檢驗肉品與海鮮，以確保相關法規與時俱進。^[9]

參考資料

1. Vlamis K, McFall-Johnsen M. (07 APR 2023) ‘A company says it added mammoth DNA to plant-based burgers and that they tasted much more ‘intense’ and ‘meatier’ than the cow version’. Business Insider.
2. Carrington D. (28 MAR 2023) ‘Meatball from long-extinct mammoth created by food firm’. The Guardian.
3. ‘We Are Writing the Roles of Food with Cultured Meat’. Forged Vow. (Accessed on 09 APR 2023)
4. ‘What is gelatin made of?’. People for the Ethical Treatment of Animals. (Accessed on 10 APR 2023)
5. Forged by Vow. (28 MAR 2023) ‘Introducing the Mammoth Meatball | The world’s first meat made out of the extinct Woolly Mammoth’. YouTube.
6. Stevens H. (06 APR 2023) ‘A mammoth meatball hints at a future of exotic lab-grown meats, but the reality will be far more boring, and rife with problems’. The Conversation.
7. ‘Human Food Made with Cultured Animal Cells’. (21 MAR 2023) U.S. Food & Drug Administration.
8. Bodiou V, Moutsatsou P, Post MJ. (2020) ‘Microcarriers for Upscaling Cultured Meat Production’. Frontiers in Nutrition, 7:10.
9. Chriki S, Hocquette J-F. (2020) ‘The Myth of Cultured Meat: A Review’. Frontiers in Nutrition, 7:7.
10. ‘Prof Hallam Stevens’. James Cook University. (Accessed on 09 APR 2023)
11. Ong KJ, Johnston J, Datar I, et al. (2021) ‘Food safety considerations and research priorities for the cultured meat and seafood industry’. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 20(6): 5421-5448.
12. ‘Our products’. Paleo. (Accessed on 11 APR 2023)
13. Ong KJ, Johnston J, Datar I, et al. (2021) ‘Food safety considerations and research priorities for the cultured meat and seafood industry’. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 20(6):5421-5448.
14. ‘Introduction to Fetal Bovine Serum Collection’. Thermo Fisher Scientific. (Accessed on 11 APR 2023)
15. Prater D. (27 JAN 2016) ‘What Is Nutritional Yeast? How Will It Change You?’. People for the Ethical Treatment of Animals.

癌症成為國人十大死因的今日，大家都有個印象，癌細胞最棘手的部分，就是像小強一樣難以全數殺光。即使病人表面康復，它們也有機會在若干年後死灰復燃，甚至出現更強的抗藥性，令人聞風喪膽。

近年來的研究發現，同樣是癌細胞，其實還是有分別。在癌細胞種群中，潛伏了「頭目」癌幹細胞（cancer stem cell, CSC）¹ 。跟普通的癌細胞不一樣，頑強的癌幹細胞擁有非常強大的 DNA 修復能力，不但可以逃過傳統治療，更能不斷補充癌細胞。

換句話說：沒有針對癌幹細胞的癌症治療，都是治標不治本的。

什麼？癌細胞也有「幹細胞」？

近年的研究都逐漸趨向支持癌幹細胞的存在，顛覆了大眾長久以來對癌症的認知。

作為癌細胞的「首領」，癌幹細胞當然有過人之處啦！它們有更開放的染色質，給「急救員」足夠的空間進行 DNA 修復工程，保持遺傳物質完整，增加細胞存活率，更像一般幹細胞一樣擁有自我更新（self-renewal）^註1 和分化（differentiation）^註2 的能力，有效維持癌細胞種群。

補習班學生具多方面的學習潛能，將來可發展成不同職業專才；同樣地，根據多倫多大學 Kreso 和 Dick 在 2014 年發表的癌幹細胞分化模型 2，癌幹細胞在癌症初期可塑性高，容易分化成更「專精」的癌細胞。癌幹細胞會分化為單純的癌細胞，但也有少數的會因基因突變而發展出更龐大的自我更新潛力，確保癌幹細胞不會滅絕，同時保持分化成癌細胞的能力。

而在某些情況下，隨著時間推移，這些具更強自我更新能力的癌幹細胞會佔種群的大多數，使癌症治療更費勁。

同場加映：DNA 修復與癌細胞

我們在生活上受打擊時要學會排解情緒，那你知道細胞在面對壓力時又會採取甚麼策略嗎？當遭遇壓力、遺傳物質 DNA 受損時，我們的細胞就會作出 DNA 損傷反應（DNA damage response, DDR），召集一組「急救員」蛋白把 DNA 修復，確保細胞可以好好的活下來。如果負責製成這些蛋白的基因突變，出錯的 DNA 就無法修復，甚至不斷累積變異，最後變成可怕的癌細胞。

化療和放射線治療為什麼都失效？癌幹細胞的DNA修復能力

研究顯示，擁有較多癌幹細胞的胰腺癌病人普遍有更壞的病情發展³，可見傳統療法對癌幹細胞的作用不大。

究竟為什麼無情的化療和放射線治療（俗稱電療）均難以消除它們呢？

除了更有效地把藥物排除外，癌幹細胞還可依賴以下兩個機制提升 DNA 修復能力，抵抗治療：

• 處於休眠（quiescent, G0）狀態
• 生產更多具活性的「急救員」蛋白

在 DNA 雙鏈斷裂時，細胞主要利用同源性重組（homologous recombination）或非同源性末端接合（non-homologous end joining, NHEJ）兩種修復方法。

同源性重組修復必須依賴 DNA 拷貝作為藍本，重新製造新的DNA取代壞掉的部份。因為是照著模板做的，這種修復方式能確保不破壞 DNA 序列的完整性，卻只能在已經複製了 DNA、準備分裂的細胞中使用。

另一方面，非同源性末端接合的修復方法不依賴模板，只需要直接把壞的地方取掉，再接合前端和後端就可以了。這種修復方法雖然簡單，卻會破壞序列的完整性。如果 DNA 受的破壞太大，超越了可修復的範圍，細胞就只能仙遊去了～

為了延長壽命，有些癌幹細胞長期處於休眠、不分裂的狀態，有更多時間進行 DNA 修復。由於化療大多針對快速分裂的活躍細胞，這些癌幹細胞便可逃過一劫。

而電療的高能量輻射會產生的氧物質，加上細胞本身累積的有毒代謝物，足以有效殺死普通癌細胞。然而，休眠中的癌幹細胞新陳代謝慢，本來積累的代謝物就較少，因此更能抵抗電療的攻擊 ⁴。

即使癌幹細胞對外在壓力有很高的抗性，它們在休眠狀態下無法複製 DNA，只能運用容易出錯的非同源性末端接合修復損傷，有可能引發有利於細胞存活的變異，反而增加癌細胞種群的整體適應力。

那如果癌幹細胞處於準備分裂的狀態，是不是就能跟普通癌細胞一樣被化療藥物殺光光呢？其實也不一定。

比起普通癌細胞，癌幹細胞生產更多「急救員」蛋白，採取更嚴謹的細胞週期檢查點，監控 DNA 損傷。一經發現，ATM-Chk2 和 ATR-Chk1 通路就會被激活，讓細胞運用同源性重組作出快捷而精準的 DNA 損傷反應，逃過死亡的命運 ⁵。

更糟的是，化療有機會誘發普通癌細胞變回癌幹細胞的狀態，形成令頑症更「頑」的惡性循環。

電療跟化療都無效，對付癌幹細胞該怎麼做？

要徹底把癌細胞連根拔起，現時的治療方向是使用 DNA 修復抑制劑。

之前的研究中，研究人員把 Chk1 抑制劑用於腦癌幹細胞後，能有效破壞敵軍領袖的 DNA 急救站，使腫瘤更容易被電離輻射破壞，或可用於降低癌症對電療的抗性 ⁶。

科學家亦開始發展新穎的「分化治療」（differentiation therapy），誘發菁英癌幹細胞分化成容易對付的普通癌細胞，從而加強傳統療法的效用⁷。

然而，癌幹細胞研究在近十多年才發達起來，我們對其認識仍然非常皮毛。這些細胞具基因差異，可各自演化，而普通癌細胞亦有機會因基因突變或環境改變而重返穩定的癌幹細胞狀態，可見癌細胞群體的組成是極為複雜的。

儘管癌幹細胞的特性眾說紛紜，只要持續研究它們的 DNA 修復機制，並找出其與一般幹細胞和普通癌細胞的相異之處，我們或能在不久的將來發展出更具針對性的治療方案，真正剿滅癌細胞！

小總結：現時的癌症治療無法有效地擊敗癌幹細胞，導致癌細胞再生，癌症復發。有些癌幹細胞處於休眠狀態，又擁有高度的 DNA 修復能力，對傳統療法產生更大抗性，是維持癌細胞種群的罪魁禍首。

• 註1：幹細胞分裂成幹細胞的現象
• 註2：幹細胞發展成具特化功能的細胞的現象

參考資料

1. Bao, B., Ahmad, A., Azmi, A. S., Ali, S., & Sarkar, F. H. (2013). Overview of Cancer Stem Cells (CSCs) and Mechanisms of Their Regulation: Implications for Cancer Therapy. Current Protocols in Pharmacology, 61(1), 14.25.1–14.25.14. doi:10.1002/0471141755.ph1425s61
2. Kreso, A., & Dick, J. E. (2014). Evolution of the Cancer Stem Cell Model. Cell Stem Cell, 14(3), 275–291. doi:10.1016/j.stem.2014.02.006
3. Rasheed, Z. A., Yang, J., Wang, Q., Kowalski, J., Freed, I., Murter, C., … Matsui, W. (2010). Prognostic Significance of Tumorigenic Cells With Mesenchymal Features in Pancreatic Adenocarcinoma. JNCI: Journal of the National Cancer Institute, 102(5), 340–351. doi:10.1093/jnci/djp535
4. Schulz, A., Meyer, F., Dubrovska, A., & Borgmann, K. (2019). Cancer Stem Cells and Radioresistance: DNA Repair and Beyond. Cancers, 11(6), 862. doi:10.3390/cancers11060862
5. Maugeri-Sacca, M., Bartucci, M., & De Maria, R. (2012). DNA Damage Repair Pathways in Cancer Stem Cells. Molecular Cancer Therapeutics, 11(8), 1627–1636. doi:10.1158/1535-7163.mct-11-1040
6. Ahmed, S. U., Carruthers, R., Gilmour, L., Yildirim, S., Watts, C., & Chalmers, A. J. (2015). Selective Inhibition of Parallel DNA Damage Response Pathways Optimizes Radiosensitization of Glioblastoma Stem-like Cells. Cancer Research, 75(20), 4416–4428. doi:10.1158/0008-5472.can-14-3790
7. Jin, X., Jin, X., & Kim, H. (2017). Cancer stem cells and differentiation therapy. Tumor Biology, 39(10), 101042831772993. doi:10.1177/1010428317729933

統計推論，施打卡介苗的國家，COVID-19 罹病率、死亡率皆較低。

在印象裡，疫苗是高度專一性、對抗目標病原體的職人。但有種疫苗，卻點歪了技能樹，也能對抗其他疾病。那麼這位不務正業點歪技能樹的勇者，是誰呢？

新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）重創人類世界，全球皆尋求對抗這魔王的藥物或疫苗。然而，科學家意外發現，原始設計預防肺結核的卡介苗 （Bacillus Calmette-Guérin vaccine, BCG），也許能成為對抗冠狀病毒的勇者¹ 。

日前《醫學假設》(Medical Hypotheses) 期刊發表了研究，比較「強制」和「無強制」施打卡介苗的國家，在這次疫情的受害程度，感染比例與死亡比例，分別如以下圖表：

有無強制施打卡介苗的國家，本次 COVID-19 感染率（截至格林威治時間 2020/03/23）

團隊發現，「強制」施打卡介苗的國家感染率比「無強制」的少（43人/每百萬人 比對 290.5人/每百萬人）。而以死亡率而言，「強制」施打卡介苗的國家死亡率比「無強制」的少（0.399人/每百萬人 比對 2.705人/每百萬人）^註1 。

換言之，這暗示人類，卡介苗也許真的點歪了技能樹（幹的好！），出乎意料地成了人類對抗新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）的勇者。

卡介苗的多元技能：對抗呼吸道感染、治療膀胱癌

卡介苗是牛分枝桿菌（Mycobacterium bovis）的減毒菌株，原始目的是預防結核桿菌感染，於 1924 年初現人間² 。然而近百年研究，卻發現它在其他疾病上展現多樣化的潛力。

2015 年的《臨床感染性疾病 (Clinical Infectious Diseases)》期刊裡有項長達 15 年的追蹤研究指出，相較於無施打卡介苗的兒童，施打疫苗的兒童因呼吸道感染而住院的比率下降了 40%³ 。而在癌症上，卡介苗是膀胱癌的治療方式之一，且卡介苗還能協助診斷川崎氏症（Kawasaki Disease）^註2 4 。

卡介苗對各項疾病的醫用潛力

多元技能的可能機制：先天免疫系統的強化

科學界還不太清楚，為什麼卡介苗能對抗其他疾病？（為啥點歪技能樹？你說說看啊）其中一項推理是卡介苗可以強化先天性免疫力。換言之，疫苗通常是植入類似病原體的物質，引發專一性的後天免疫機制。而卡介苗此類型的「非專一性」的免疫力，可能是透過先天性免疫機制。

一項人體實驗發現，卡介苗似乎改變、刺激單核免疫球（mononuclear cells，如：巨噬細胞）的發炎蛋白質表達，還增加了白血球對抗外敵的表面受器 ⁴ 。

該研究徵求自願者施打卡介苗，且在施打前、後，觀察人體免疫反應。以下圖的實驗為例：施打前後，均向自願者體內注射金黃色葡萄球菌，並收集單核球的 mRNA，以分析卡介苗對於強化單核球、分泌對抗病原體的發炎因子（如：TNFα, IL1β）能力。結果發現，即使卡介苗不是設計用來對抗金黃色葡萄球菌，它依然強化了單核球分泌發炎因子、對抗金黃色葡萄球菌的能力。

而同時，團隊也收集自願者體內單核球，分析施打卡介苗前、後，單核球表面 TLR4受器的變化。結果發現，卡介苗刺激、改變了單核球的表面受體，強化了對抗病原體的能力。

為了進一步證實卡介苗提高免疫力，是透過「先天免疫機制」的途徑，研究團隊替缺乏 T、B 細胞的小鼠（SCID mice）^註3 注射卡介苗後，再給予致死劑量的白色念珠球菌。結果發現，即便小鼠缺乏後天免疫系統，卡介苗依然保護了小鼠，替卡介苗強化「先天免疫機制」的假設提供了佐證。

全球疫情嚴峻，而科學家為了釐清這支點歪技能樹的勇者－卡介苗，是否能對抗新型冠狀病毒，澳洲和默克已在 3/30 展開臨床試驗，邀請醫護施打卡介苗，觀察它的防護能力 ⁵ 。然而，有鑒於短期內不可能有疫苗，該論文作者認為應將卡介苗納入保護高風險族群（如：醫護、海關）計畫之一。畢竟，在真．勇者誕生之前，這支點歪技能樹的老牌勇者，也許能帶給人類更多驚喜也說不定呢。

保持冷靜，繼續前進。 Keep Calm and Carry On.

註釋

1. 作者聲明，受限於各國檢驗能力，確診人數和死亡人數，都有待質疑。因此卡介苗的功效仍有待臨床試驗證實。
2. 川崎氏症 (Kawasaki Disease)，又稱皮膚黏膜淋巴結症候群。病因不明，好發於 5 歲以下，可能導致心肌發炎、心臟受損。參考資料：中國醫藥大學附設醫院。
3. T、B細胞為後天免疫系統，能記得過往侵入體內的病原體。倘若未來遭遇相同的敵人，能快速反應、產生抗體。此系統針對專一性的敵人快速行動，被視為後天免疫系統。
4. 2020/04/28新增：儘管目前統計上，說明卡介苗可能可以對抗COVID-19，但在臨床實驗無證據前，不建議一般民眾以施打卡介苗作為預防COVID-19手段。

參考文獻

1. Mayda Gursel and Ihsan Gursel (2020) Is Global BCG Vaccination Coverage Relevant to The Progression of SARS-CoV-2 Pandemic? Medical Hypotheses. DOI: 10.1016/j.mehy.2020.109707
2. Marco Antonio Yamazaki-Nakashimadaa, Alberto Unzuetab, Luisa Berenise Gámez-Gonzálezc, Napoleón González-Saldañad, and Ricardo U. Sorensene. (2020) BCG: a vaccine with multiple faces. Human Vaccines & Immunotherapeutics. DOI：10.1080 / 21645515.2019.1706930
3. María José de Castro, Jacobo Pardo-Seco, Federico Martinón-Torres (2015) Nonspecific (Heterologous) Protection of Neonatal BCG Vaccination Against Hospitalization Due to Respiratory Infection and Sepsis. Clinical Infectious Diseases. DOI: https://doi.org/10.1093/cid/civ144
4. Johanneke Kleinnijenhuis, Jessica Quintin, Frank Preijers, Leo A. B. Joosten, Daniela C. Ifrim, Sadia Saeed, Cor Jacobs, Joke van Loenhout, Dirk de Jong, Hendrik G. Stunnenberg, Ramnik J. Xavier, Jos W. M. van der Meer, Reinout van Crevel, and Mihai G. Netea (2012) Bacille Calmette-Guérin induces NOD2-dependent nonspecific protection from reinfection via epigenetic reprogramming of monocytes. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1202870109
5. BCG Vaccination to Protect Healthcare Workers Against COVID-19 (BRACE). ClinicalTrials.gov

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。

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。

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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