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生物組織的養牧工程

醫療進步讓人類的壽命也隨之延長,但如果高壽卻得拖著老朽的身軀度過殘年,這絕對不是我們想要的。
 
 
 
醫療進步讓人類的壽命也隨之延長,但如果高壽卻得拖著老朽的身軀度過殘年,這絕對不是我們想要的,因此醫學也相應地發展出許多治療器官衰敝的方法。

目前的治療是採取替代性技術,包括植入人工替代物、器官移植等方法。但這些方法仍難盡如人意,例如人工替代物容易引發慢性發炎,器官移植則常苦於缺少捐贈者、術後排斥等問題。

近年來科學家希望能利用患者自身的少量細胞,在體外培養出所需的組織器官再植回人體,以修復人體的組織缺損。「組織工程」一詞便應運而生,為傳統醫療的困境帶來一線曙光。

組織工程的建造有 3 個關鍵要素:一是要有支架才能讓細胞得以按照規劃的方式生長、分化;其次是要有細胞,可採用已分化完全的成熟細胞,也可採用幹細胞;第三則是要有訊息因子,以誘導細胞在支架上正確地分化、遷移與生長,最後才能產生功能正常的組織器官。

就軟骨組織的訊息因子載體而言,早先許多學者採用反轉錄病毒、腺病毒、腺相關病毒或質體把生長因子基因送入細胞,希望生長因子能調控細胞的分化狀態。這些實驗雖然成功,卻也面臨基因傳遞效率不佳或有安全上的疑慮,因此限制了這項技術在臨床上的推廣。

清華大學胡育誠教授注意到霍夫曼(Hofmann)等人在 1995 年成功地利用桿狀病毒把基因送入肝癌細胞,有效地利用哺乳動物細胞在細胞內驅動轉導基因的表現。由於這種病毒只會對昆蟲產生感染,對哺乳類卻無害,因此隨後陸續有學者利用它來轉導其他多種哺乳動物細胞,因而發展出桿狀病毒載體攜帶哺乳動物表現基因做為體內或體外的基因載體治療的技術。

胡教授從 2002 年開始以這種桿狀病毒當載體,把一些特定的基因送到幹細胞或軟骨細胞中,希望能把特定生長因子的基因送進去,以誘導細胞往特定方向分化。他是以軟骨細胞為例,後來果然證明可行,且有很高的轉導效率,這在全球是首例。後來也有其他的研究者利用相同方法把其送入胚胎幹細胞,也就讓桿狀病毒在基因治療、組織工程上可以扮演特殊工具的角色。

另外,實驗室如果用平面的培養皿培養細胞,則會去分化而失去原有功能。因此胡教授還發明了數種培養細胞的生物反應器,藉由一個水平放置的圓柱型腔體空間,中間主軸上有個 3 度空間的高分子支架,裡面裝配著要培養的細胞,腔內的培養基填至半滿。中間的主軸藉著緩慢轉動,讓細胞有時浸入培養基汲取養分,有時在液面上做氣體交換,而緩慢的轉動還可讓細胞感覺到液體流動的應力,以提供軟骨細胞發展的重要物理刺激,經過約 3 個星期就能長成軟骨組織。這項設計還申請到專利,應該有很大的實用性。

胡教授也相信,這些技術的應用應該不限於軟骨組織,其他細胞組織也應可行,只是還需要更多實驗來一一驗證。若真能如此,當是醫療界的一大福音。
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