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精準定位神經受損區段 裴育晟讓患者再次「感動」

109/06/24 瀏覽次數 3651
裴育晟的研究成果幫助醫師精確找出神經受損的區段。(圖/孔瀞慧)<
 
是什麼原因讓科學家們不敢懈怠?是什麼樣的浪漫,讓一位醫學系畢業生繞過半個地球浸泡實驗室多年,只為了將陽春白雪的科學突破帶進人們的生活?林口長庚醫院復健科系主任及教授級主治醫師裴育晟,從親身參與觸覺神經科學和心理物理學的頂尖研究,到近年以系統神經科學為導向開發多種醫療器械,正在一步步改變你我的世界。
 
基礎科學與臨床醫學的碰撞
 
回到最初,當裴育晟在長庚大學取得醫學士學位後,選擇了不同於主流的道路,來到了世界聞名的頂級醫學院——美國約翰霍普金斯大學(Johns Hopkins University)攻讀神經科學博士,在靈長類動物模型上研究大腦如何解析指尖皮膚與物體表面相對的移動方向,還有神經對於持續刺激的適應性,算是極重要卻又非常冷門的高層級知覺功能課題。博士班期間,裴育晟在國際知名頂尖期刊發表了多篇突破性的學術論文。
 
裴育晟來到了世界聞名的頂級醫學院——美國約翰霍普金斯大學攻讀神經科學博士。(圖/Baltimore,Wikipedia)裴育晟來到了世界聞名的頂級醫學院——美國約翰霍普金斯大學攻讀神經科學博士。(圖/Baltimore,Wikipedia)
 
畢業後他回到林口長庚醫院復健科任職,同時在長庚大學任教,至今累積多件醫療器械技術專利,這也許可歸功於他廣泛參與基礎科學與臨床醫學的研究背景。

當裴育晟初次回到臺灣任教,鑽研觸覺的他和臺大心理系研究視覺的葉俊毅教授是在臺灣唯二專精於靈長類神經科學研究的學者。觸覺的研究本就充滿了挑戰與未知,加上受到基因操弄技術的限制,過去的觸覺研究往往專注在於小鼠的鬍鬚,對於了解人類皮膚感覺的貢獻有限。
 
深耕多年後,裴育晟的實驗室已經向前跨出一大步,目前已經將原先鎖定的體表感覺與本體感覺的功能性整合及其臨床應用,拓展到了腦機介面(brain-computer interface,簡稱BCI)與觸覺義肢的開發,甚至是使用聚焦超音波調控的新穎非侵入性大腦損傷治療技術。
 
裴育晟的實驗室也進行腦機介面(brain-computer interface,簡稱BCI)與觸覺義肢的開發。(圖/Ars Electronica,Flickr)裴育晟的實驗室也進行腦機介面(brain-computer interface,簡稱BCI)與觸覺義肢的開發。(圖/Ars Electronica,Flickr)
 
可撓式陣列電極感知器:神經重建手術的重大突破

裴育晟跨研究與臨床的背景,使他能夠看見臨床上的真正需要,並運用基礎科學的研究方法提出解決方案。他意識到許多由於外傷、骨折、壓迫等因素而傷及周邊神經的病人,需要接受切除受傷神經的重建手術;然而,手術中最關鍵的步驟——判定受損區段並將之切除,卻僅能依靠外科醫師以肉眼判斷,缺乏輔助判斷的醫療器材。因此,手術不完美的情況時常發生,例如受損區段切除不足會導致神經功能無法恢復,而過度切除健康區段將會因為殘端過短而必須接受神經移植。

「有沒有醫材可以告訴我那一段有受損、那一段沒有受損,讓我們做出正確的決定?」裴育晟於是投注實驗室資源,研發出「可撓式陣列電極感知器」,記錄經由電刺激所產生延著神經傳導的電位訊號,可以標定神經受損區段近端及遠端之邊緣,並以電腦分析決定受損區段。最後,研究團隊以動物實驗驗證了此醫材在急性受傷以及慢性恢復後之神經確實有用,這是神經重建手術的重大突破,可以滿足神經受損區段的定位需求,提升手術的治療效果。這項研究成果已發表於期刊Journal of Neural Engineering1
 
實驗概念圖。(圖/裴育晟提供,作者中文化)實驗概念圖。(圖/裴育晟提供,作者中文化)
 
越過商業科技領域的山巒

然而,要將科學突破的成果普及到各大醫療中心並沒有這麼簡單,裴育晟不僅要取得技術上的專利,還要設法找到合作廠商進行產學合作及「技術移轉」(technology transfer),因為從科學研究成果到產品上市,除了要經過重重關卡,還需要花費大約三億元經費,這不是學校的實驗室可以負擔的。

裴育晟的團隊很快就取得了臺灣的專利,並在美國與中國提出申請。接著他得提出此技術的商業應用潛力,並進一步研究此商業模式在各國被核准使用的可能性,才能吸引廠商進行產學合作及後續的技術移轉。「產學合作的準則就是臨床實用,而市面上的應用跟學術界上的突破,卻時常因為產學間的交流困難,而有多達30年的落差。」裴育晟娓娓道來這些年來的心得。技術移轉坐擁諸多優點,例如避免錯誤、減少大量投資、防止侵權訴訟與延誤商機,並將有限資源作更有效的利用;裴育晟兼具基礎科學研究與臨床醫學的經驗,有利於執行產學合作與技術移轉。
 
可撓式電極。(圖/裴育晟提供,作者中文化)可撓式電極。(圖/裴育晟提供,作者中文化)
 
「純就臺灣市場而言,每年神經重建的病人有3,000人次,若其中有10%使用『可撓式陣列電極感知器』,而廠商的毛利設定為終端售價的40%,其年收益就有新臺幣2,400萬元;若推廣到全球已開發國家,市場收益可達新臺幣10億元。」裴育晟的團隊評估了整體的商業模式並確立了產品在歐盟、美國與臺灣的醫療器材等級分類。目前「可撓式陣列電極感知器」正在等待美國專利的申請結果,並預期將與廠商討論下一步的技術合作與轉移。

回到臺灣的這幾年,裴育晟令人稱羨地掌握了臨床與基礎研究的平衡,「可撓式陣列電極感知器」只是他實驗室中的一個項目,其他像以閉迴路控制的機器手臂與靈長類動物模型,都有機會在未來產生突破性的影響,而他將這一切歸功於完善的團隊合作。
 
可撓式陣列電極感知器的研究,也讓林口長庚醫院團隊獲得第十六屆國家新創獎。由左至右為:林有德教授、裴育晟教授、林承弘教授、黃建嘉博士。(圖/裴育晟提供)可撓式陣列電極感知器的研究,也讓林口長庚醫院團隊獲得第十六屆國家新創獎。由左至右為:林有德教授、裴育晟教授、林承弘教授、黃建嘉博士。(圖/裴育晟提供)
 
臨床應用對於基礎科學的啟發

回到可撓式電極產品本身,許多將神經電生理(Electrophysiology)作為研究課題的基礎生醫研究人員可能會有以下疑惑:難道外科醫生不會將市面上用以記錄大腦活動的電極,組裝後應用在周邊神經上嗎?或者在皮膚表面使用非侵入性之神經傳導檢查?

「事實上,我們曾經嘗試過類似工作,不過記錄大腦活動的電極都是點狀或者呈現二維陣列,無法完整評估周邊神經束;而非侵入性的電極貼於皮膚表面,對受損神經區段的定位不準確。我們的創新之處在於利用3D立體電極及可撓性等材料設計,將電極直接接觸於神經表面,因此可直接評估神經活性,達到公分等級的定位準確度,滿足臨床之需求。」裴育晟指出,要讓生醫新創產品落實到臨床應用,必須通盤地從產品實際應用、技術專利、生醫創業與產學合作的角度去考量。未來裴育晟將持續啟發後進,將基礎科學應用在生醫科技上。

回首來處,裴育晟當年勇往直前地從醫學院走入研究室,再帶著最新科學技術義無反顧地回臺建立實驗室,將研究成果從實驗桌帶到手術台的漫漫長途,就為了讓病人再次感受到知覺,再次動起來!你是不是也覺得挺浪漫的呢?

以下影片包含真實手術畫面,請斟酌觀看。
 
參考資料
1. Pei, Y. et al. (2019) An electroneurography-based assay for identifying injured nerve segment during surgery: design and in vivo application in the rat. J. Neural Eng. 16 026027
 
裴育晟的研究成果幫助醫師精確找出神經受損的區段。(圖/孔瀞慧)
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