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Microneedles–無痛的智慧化注射技術

PanSci_96
・2016/03/06 ・1324字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 531 ・七年級
圖/Public Domain Image
嗚嗚我不要打針啦!圖/Public Domain Images

文/蔣維倫

我、不、要、打、針!

打針、拔牙、照胃鏡,大概是討厭去醫院的前三理由。光是想像閃亮的針尖上滲出液體,筆者的臂膀就不自覺地酸了起來!對醫院來說,更麻煩的是針頭的處理,因為使用過的針頭屬感染廢棄物,無法隨意丟棄。光在台灣,每年可能會產生數十萬支的廢棄針頭,無法回收,無法掩埋,成了一個既頭痛又麻煩的問題。

用紫外光刻出針頭

科學家也是一種無時無刻在追求極致的人類,盡力地縮小針頭的尺寸以減輕注射的疼痛感。其中一項技術是以矽晶圓為底,用UV在晶圓上蝕刻出一根根細小的針頭(國內的晶圓代工廠也是利用類似的技術),再灌入如葡萄糖等可在人體內溶解的生醫材料,翻模後就能得到一根根細小的微針陣列microneedles)了 。

圖/Devin McAllister, Georgia Tech
Microneedles。 圖/Devin McAllister, Georgia Tech

微針陣列的外觀很像OK绷,使用上也非常的簡單,只要往皮膚上一貼就完成了,因此無須煩勞醫護人員。並且由於針頭短(通常<0.5mm),所以病人不會有疼痛感,而葡萄糖等製備成的針體會自行溶解在皮膚內,也無須處理醫療廢棄物,非常環保。

Microneedles不須醫護人員操作,自己一貼就可以完成注射。圖/Rob Felt Georgia Tech
Microneedles不須醫護人員操作,自己一貼就可以完成注射。圖/Rob Felt Georgia Tech

智慧型投藥系統-創意十足的微針陣列

美國Jicheng Yu學者團隊集盡巧思,將內藏醣氧化酶glucose oxidase)的奈米膠囊填入微針中,以此做出了能感測血糖濃度的智慧型微針 。當糖尿病患者血糖濃度低時,膠囊按兵不動,而血糖濃度高時,膠囊能立即反應,刺激微針釋出胰島素,進而控制血糖,以達到智慧型投藥的目的。

而國內的創意也不遑多讓,成功大學的陳美瑾老師團隊,將微晶體鑲入微針內,而晶體有特殊的性質,能將紅外光轉換為熱能 。我們能從熱顯像儀的螢幕中,可看到針尖發出代表高熱的紅光(高溫約達50 °C),而從顯微鏡的螢幕上可以觀察到針尖隨著時間逐漸的消融。因此陳老師團隊所設計的微針,同時具備生熱釋放藥物的功能。

而鄰國日本Sachiko Hirobe學者等人,直接將微針推進了人體試驗。該團隊利用玻尿酸微針製作了流感疫苗貼片 ,並且在志願者身上使用後,發現能提高人體對病毒的免疫力,並且玻尿酸針體在數十日內會自行溶解,算是十分的成功。

筆者碎碎念:最後一段當然要來講講壞話囉~微針被研究了數十年仍未商品化的問題有很多:承載藥量低;每個人的皮膚厚度不同,吸收程度各異。因此推向人體試驗的多是疫苗型微針,少許抗原就能產生免疫力。而陳老師的系統也讓筆者對未來有了想像,具備給藥及產熱的微針貼片,未來也許可往抗菌敷料 (抗生素+高溫殺菌)或肌膚再生 (生長激素+高溫刺激再生)發展,甚至混入少許變色的物質(例:有細菌感染就變藍色)也能加入感測貼片的行列呢!

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧


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控制進食時間與熱量,小鼠可以更長命?

台灣科技媒體中心_96
・2022/05/22 ・2156字 ・閱讀時間約 4 分鐘

目前越來越多動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

圖/envato elements

控制吃飯時間,可以延長壽命?

美國德克薩斯大學西南醫學中心的小彼得.奧唐納腦研究所 (Peter O’donnell Jr. Brain Institute) 研究團隊,今(2022)年 5 月 5 日在國際期刊《科學》(Science)公開研究論文,使用小鼠為實驗對象,研究進食熱量與進食時間,與小鼠壽命之間的關係。

團隊先讓小鼠自由的取食飼料 6 週後,再分成 5 個不同組別,分別是:

  1. 只能在日間每隔 90 分鐘進食、
  2. 只能在晚間每隔 90 分鐘進食、
  3. 只能在日間開始兩小時內進食、
  4. 只能在晚間開始兩小時內進食、
  5. 全天內每隔 160 分鐘允許進食。

這 5 組小鼠被限制攝取的熱量相同,實驗過後,再和完全自由取食且沒有限制熱量攝取的小鼠比較。

研究結果顯示,與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長,其中第 2.4 組(只能在晚間每隔 90 分鐘進食,以及只能在晚間開始兩小時內進食)延長壽命的效果最好,平均可延長 35% 壽命;而只能在日間進食的兩組小鼠,平均可延長20%壽命。

與完全自由進食的小鼠相比,有限制進食時間的小鼠平均壽命較長。示意圖/envato elements

研究也觀察到其它有趣結論:

  • 隨著年齡增長,五組小鼠的體重,都比自由進食的小鼠更輕,且在非主要活動的時間(白天)進食的小鼠,白天的活動變多了。
  • 在完全自由取食的小鼠肝臟中,原本與老化相關的基因表現隨年齡增長而改變,有些基因表現降低,有些增加,且基因表現的晝夜節律性也隨老化而降低。但在只能晚間進食的兩組小鼠身上,這些因老化而造成的改變較少。

作者根據研究結果指出,僅僅限制熱量攝取而不在特定時間禁食,可以延長小鼠的壽命,禁食可以對延長壽命效果有加分的作用,而不是主要造成效果的原因。

研究凸顯了「晝夜節律」的重要性

國立陽明交通大學生化暨分子生物研究所教授 許翺麟 表示,目前越來越多,動物實驗的研究結果顯示,「特定時段禁食」在延緩老化或延長壽命上的效果,不比「限制總熱量攝取」差,甚至效果更好。

特定時段禁食,有可能比限制總熱量更能延緩老化。圖/envato elements

過去研究飲食中,熱量限制對老化與壽命的影響時,常常無法分辨原因到底是因為「總卡路里攝取較少」還是「固定且有規律的長時間禁食」。最近幾年,科學家開始針對此一問題進行更深入的研究。

去年一項使用小鼠的研究顯示,限制飲食的熱量可延緩老化的效果,可能大部分來自於長時間且有規律的禁食[1]。此外,另一項在果蠅的研究中也指出,不但是要有規律的禁食,何時禁食也同樣重要。最有效延緩老化的方式,要與動物本身的生理時鐘配合,在本來就比較少進食的時候進行禁食[2]

  • 編註:小鼠是夜行性動物,上述文字中的「日間」指的是白天光線照射,對小鼠而言是休息和睡眠的時段,「晚間」沒有光照,才是小鼠活動和主要進食的時段。

這次的研究中更進一步證實,單純只是限制總熱量攝取,只能提供很少的延長壽命效果,反而熱量限制並配合生理時鐘進行間歇性禁食的效果最好。小鼠是夜行性動物,日間禁食對延長壽命的效果,遠比夜間禁食的效果更加顯著,至於每日禁食 12 小時或 22 小時則差異不大。此外本研究也顯示,調控生理時鐘的基因在調控老化上的重要性。

配合生理時鐘進食很重要。圖/envato elements

人類比照辦理也會有用嗎?

許翺麟教授 說明,本研究最大的限制來自於其僅用單一品系、單一性別的小鼠來進行研究。從過去其他研究已知,飲食限制對不同品系與不同性別的動物,效果不盡相同。因此本研究雖然頗具參考價值,但是能否推論到其他品系的小鼠,甚至其他物種與人類,仍有待未來更多研究來支持。

雖說人類遠比實驗動物複雜,會影響老化的因素也不僅止於飲食,然而維持平衡且有規律的飲食習慣,加上適當的限制進食時間,也許是一種相對可行,且有效促進健康老化的方式。也期待未來更多相關研究,能協助我們進一步釐清這些結果在人類中是否相同。

參考文獻


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