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37 筆結果
細胞研究於生醫領域中扮演重要角色,對於單層薄細胞,不易於一般亮場顯微鏡 觀測,故通常使用相位差顯微鏡或螢光顯微鏡。然而,現行方法所觀測到的細胞 輪廓較不清晰,而螢光染劑會傷害細胞或限制細胞適用性。AI輔助3D活細胞免染 色定量顯微自動化拍攝儲存系統利用特殊結構光照射細胞,可重建出物體的三維 樣貌,在不傷害細胞之前提下,即可取得高解析度影像及定量細胞資訊,包含細 胞型態、樣品厚度、乾物質總重等都可為研究帶來有用的統計分析數據,有利於 光學監測活體細胞之活動機制以及動態生長狀況,或癌細胞投藥影響等細胞研 究。 目前市售相位差顯微鏡透過干涉的方式觀測透明細胞,相關配備較昂貴且需特殊 光源,對於實驗單位是種負擔。而本系統整合照明、影像擷取、重建功能為模組 化產品,可透過液晶螢幕,數位化調控顯微鏡光源,並直接結合於商用倒立式顯 微鏡上,使用者不必購買高價配備,即可獲得高品質影像。結合自動化圖像拍攝 和儲存技術以及薄膜電晶體面板,提供特定的光源位置和模式可以將整體系統自 動化,來節省每一個步驟手動所需要耗費的時間,並且也可以自由調整光源的位 置。因為也可將光源也自動化,因此可以自由改動入射光的角度與數量,並且也 可即時得到拍攝影像的結果。 藉由AI演算法輔助硬體,提升系統取像效率、適用性及影像品質,可用於細胞動 態資訊收集,尤其是型態變化快速的細胞行為(如細胞分裂或融合過程),如此, 有利於長時間觀測。
未來科技館 | 生技與醫療慢性B型肝炎病毒感染是全球很重要的公衛課題。世界上已有二十億人感染了B肝 病毒,其中有超過三億人演變為慢性肝炎。B肝病毒感染導致每年因慢性肝炎,肝 硬化,和肝癌引發之百萬人死亡,並且是全球十大主要死亡原因之一,尤以B肝盛 行國家如亞洲及非洲國家為甚。因此有效地監控B肝病毒治療效果是評估治療方向 很重要的依據,也是防止肝癌發生最佳策略。目前廣泛使用的抗B肝病毒療法是以 核酸類似物(nucleoside/nucleotide analogs)為主體之藥物治療。此類藥物 抑制病毒基因的反轉錄過程,使得病毒複製及肝發炎得到有效控制,即為所謂 “病毒抑制“ (viral suppression)。然而,它們無法根除病毒之covalently clos ed circular (ccc) DNA及其轉錄產物pre-genomic (pg) RNA,因此在抗病毒治 療停止後復發風險很高,亦即“病毒”或“功能性”治愈(virological/functiona l cure)成功率低。因此,cccDNA被認為是治療後病毒再活化(viral reactivation) 的重要預測生物標誌。由於cccDNA濃度在細胞中非常低(2-30拷貝/細胞),且 它與細胞中大量的rcDNA共同存在,因此不易被特異得檢出。本研究團隊致力於 發展高靈敏度分子檢測技術,建立兼具高敏感度與高特異性之分子定量方法,精 準追蹤B肝病人治療療效。我們以高敏感度數位PCR技術進行HBV DNA載量與cc cDNA之同步定量檢測,以評估抗病毒藥物治療後之病毒載量及cccDNA 濃度作 為肝炎復發和 HCC 的預測生物指標,並進行專利智財保護及LDTS檢測建立。成 果如下: 1. 完成開發肝臟組織和血清cccDNA純化流程,建立T5與T7核酸外切脢單管反 應,降低殘留rcDNA干擾,優化操作流程。 2. 完成開發數位PCR系統進行B肝病毒DNA定量,有效提高B肝病毒檢測敏感度。 3. 完成開發HBV 病毒載量與 cccDNA 之dPCR 同步定量測試之LDTS檢驗套組, 並完成美國暫時專利申請。 4. 與成大醫院共同進行臨床檢測,完成臨床檢體測試分析,篩檢出低濃度B肝陽 性帶原者。持續進行大規模臨床篩檢低濃度B肝帶原者,應用於B肝治療策略評 估。
未來科技館 | 生技與醫療本發明分別以O-醣基缺陷之多胜鏈與人源融合瘤所生產之半乳糖缺陷IgA1自體抗 原等鑽石級亮點組合,生產人源融合瘤(Human hybridoma) 之自體抗體與噬菌 體平台(Phage-display system)之人源小片段單鏈抗體 (Single-chain variable f ragment) [圖1, 2],藉以精確辨識病人全血檢體中之自體抗體之含量與變化,從 疾病的源頭(Etiology),破解IgA 腎病變之診斷盲點 [圖 3]。現階段已經從不同的 IgA 腎病變(IgA nephropathy) 病人身上分離出了高達19條之特異自體抗體,定 序與IMGT網站分析結果顯示: 特有不同程度之體細胞突變(Somatic mutation) 之變化。其中,人源自體抗體有87% 來自於生殖細胞譜系(Germline) VH3家族 基因,其中V3-23以及V3-30分別占了37% 以及21%; 而且,有一條抗體E9的基 因與生殖細胞譜系V3-23完全一樣,很可能代表抗體只有依靠位於CDR3的D以及 J region的突變來產生對於Gd-IgA1 (Galactose-deficient IgA1 autoantigen) 的結合特異性。而且,也說明了本身生殖細胞譜系 V3-23可能對於半乳糖缺陷之I gA1 自體抗原就存在著固有的親和力。因此,藉由基因的分析比對,我們針對同 樣使用VH3家族基因的自體抗體設計出了幾對引子可以放大出特異性的基因保守 區域,利用這些引子,進行針對IgA腎病變特異性之即時聚合酶鏈鎖反應 (real-ti me PCR) ,預期對於IgA腎病變病人與正常人全血檢體所分別收集到的B細胞,以 基因表現所偵測到並呈現出有意義的區別,對於該病之臨床疾病源頭 (精準)診 斷,將是一重大之醫學突破。為此,我們也將進一步與萊富生技公司 (Thermo Fi sher Scientific, Taiwan)進行合作,設計即時聚合酶鏈鎖反應特異之引子與探針 應用於該病生物檢體的臨床診斷。未來能創造之經濟效益預估: 國內: NT$2000 x 230,000 (預估病人數)/年= 新台幣4億6千萬元;全球:NT$2000 x 10,000,000 (粗估病人數)/年= 新台幣2百億元)。
未來科技館 | 生技與醫療本技術提供一種新穎快速一站式用以作為阻塞性冠狀動脈疾病的預測系統及方 法,可全自動的將心肌灌注掃描影像進行預處理,並利用深度學習方法預測顯著 的血管阻塞及預後。影像預處理包含全自動的心肌範圍分割、心肌與標準模板自 動對位、灌流活性標準化處理、以及球座標轉換。這些預處理技術能夠讓深度學 習模型用三度空間的方式進行影像的運算與疾病預測,而創新的球座標轉換方式 也克服了卷積神經網路對於三度空間心肌結構判讀時方向性的問題。 經過千例實際臨床掃描的交叉實驗、額外千例案例的外部驗證,同時進行兩個中 心的比對驗證,證實本技術可以超越傳統使用的全灌流缺損分數(total perfusio n deficit,TPD)所做的預測,接收者操作特性曲線下面積為0.844,顯著優於用 TPD預測的0.759。在維持相同診斷特異度的狀況下,檢查的敏感度可以顯著由76.6%提升至83.8%。更重要的是能夠在無需正常人資料庫(normal database, NDB)之下達到相同的預測能力,因此可以免去收集NDB的麻煩步驟。
未來科技館 | 生技與醫療消化系統癌症在早期通常沒有太特別的症狀,很難被發現,以至於發現時通常已經到中晚期了,因此影響治療成效,也大幅降低存活率。癌症篩檢技術與服務在市面上行之有年,但一般癌症檢測的準確度卻最為人詬病。傳統癌症檢測方法一般都只看血液裡面特定標記分子量的增加或減少來做判斷,所以準確率不夠理想。SAA蛋白質檢測,除了看量之外,又加了紋路跟細節的辨別,檢驗結果比目前市面上所有血液檢測得到的判斷更為精確SAA蛋白質檢測技術是由中央研究院的陳玉如博士所發明,奈米粒子表面修飾抗體技轉自於清華大學的林俊成教授,高雄醫學大學的吳登強副校長以醫界角度對於產品開發跟臨床驗證給予開發,而陽明交通大學的巫坤品教授對於俊質生醫的AI生物資訊演算法的開發給予指導。經過無數次臨床驗證,俊質生醫終於能將這項準確率高而且採檢方便的SAA蛋白質檢測技術商品化。SAA蛋白質檢測是抽血以後,實驗室透過攜帶抗體的磁性奈米粒子,去純化血液中非常微量的SAA蛋白質,再以高階MALDI-TOF質譜儀分析,最後以電腦的AI生物資訊演算模型進行判讀,相較於傳統只看總量的方式能更有效辨認癌症,更能精準判別出受檢者之罹癌風險值。SAA蛋白質檢測的優點是不用做侵入性的檢測,它用抽血就可以了,完全沒有胃 鏡或者是大腸鏡等等所需要的兩天的準備清腸時間,與侵入式所帶來不舒服的感覺。在談癌色變的今天,大多人都了解早期發現癌症跟早期治療的重要性。大腸癌已經連續15年高居台灣國人癌症排行榜的第一名,胃癌也位居十大癌症之列,早期發現癌症早期治療的存活率可從1成提高到9成,可挽救很多生命。俊質生醫的SAA蛋白質檢測技術,針對大腸癌篩檢的整體準確率高達92%,針對胃癌篩檢的整體準確率達86%,這項檢測對於有早期癌症檢測需求的一般民眾是個便利的新福音。
未來科技館 | 生技與醫療急性腎損傷(Acute Kidney Injury, AKI)是加護病房重要議題,本技術蒐集照護過程中臨床數據,運用人工智慧技術,預測未來發生AKI風險,建立預測、警示、處置建議的閉環系統,提升照護品質。開發的技術如下:(1)初始模型建立:利用2015~2019年共13,888筆入住加護病房資料建立預測模型,2020年共2,897筆資料進行內部驗證。使用特徵共60個,包含臨床生理數據、藥物與檢驗,預測結果AUROC可達AUROC:0.921(2015-2019), 0.928(2020)。(2)初始模型特徵縮減:我們用LASSO(The Least Absolute Shrinkage and Selection Operator)方式選取21個重要特徵進行模型訓練後,整體AKI預測鑑別力仍維持AUROC:0.911(2015-2019)。因此以此精簡模型進行後續模型優化。(3)模型進行跨院驗證:邀請四家醫學中心提供模型所需的參數,驗證中榮開發的AKI預測模型,整體AUROC可達0.833以上。(4)聯邦學習共同訓練:透過研華科技建立5家醫院聯邦學習的平台共同訓練,最終產出的Global model,5家醫院對各自的資料做預測,預測結果皆優於單用中榮模型所做的外部驗證。(5)模型掛載建立即時推論和互動式儀表板:將AKI模型掛載到WISE-PaaS平台,病人入住加護病房滿30小時後,蒐集即時的生理、用藥、檢驗進行推論,輸出預測AKI發生風險機率值及特徵權重值的排序,並同步介接病人使用腎毒性相關藥物及相關臨床數據整合在儀表板上,提供給予腎毒性藥物提示及因應腎功能調整藥物劑量之建議,供臨床參考。(6)和醫院醫療資訊系統(E-HIS)介接臨床應用:使用資料拋轉工具(Extractor, Transfer & Loader, ETL)建立傳送資料Job (工作任務),每個Job設定每小時讀取各資料庫的資料並傳送至WISE-PaaS Database進行推論。推論結果同步更新至院內E-HIS,臨床人員可由單一系統得知AI推論結果,內化為E-HIS的一部分,方便臨床人員使用。(7)完成“人工智慧急性腎損傷預測:即時推論互動重症照護系統”產品化:整合上述技術與成果,簡化設計一軟體,讓本產品易導入E-HIS進行臨床應用。目前已完成產品雛型,申請軟體醫材認證中。
未來科技館 | 生技與醫療超音波刀是藉由高速震動使組織中的蛋白質變性,達到切割及止血的效果,有效 減少手術中出血、縮短手術時間及縮短住院天數等優點。超音波刀使用時,不會 產生煙霧影響手術視野,且局部所產生的溫度低於傳統電刀及雷射,較少對組織 產生熱傷害,有凝固封阻效果,一般在直徑3mm以下的血管均有效的血管作凝結 與切割的動作,可以大幅減少傳統縫線,血管夾的使用以及減少線頭等異物殘留 於體內而導致發炎的機會,因其對於周圍組織的損傷遠小於傳統電燒刀,精準的 切割作用及止血效果,可大幅降低誤傷周為組織及大幅減少出血機率。超音波刀 不是使用傳統的單極電燒,沒有電流會經過人體或電流亂竄等問題,不刺激神經 和肌肉,不影響骨盆腔周圍神經,因此降低了用傳統單極電燒會術後脹氣,解尿 困難的副作用,可以縮短住院時間提早出院。超音波刀設備可以廣泛用於整形外 科、小兒科、婦產科、泌尿科、骨科、一般外科大部分的手術如膽囊摘除、盲腸 切除、胃與肝切除手術、乳房手術與甲狀腺手術、消化道與痔瘡手術等及其他開 腔性及內視鏡手術。
未來科技館 | 生技與醫療2021年的全球傷口照護市場已有193億美元,估計將在2026前繼續上漲至278億 美元,龐大的金額顯示,全球對傷口照護有極大的醫療需求。臨床上常見的慢性 傷口大概有四種,第一種是糖尿病足,糖尿病患者的傷口癒合有問題,且伴隨血 管阻塞和容易感染的狀況。第二種是周邊動脈阻塞,這些病人的下肢動脈有阻塞 的狀況,造成末端的血液供應不良,而形成缺血性潰瘍傷口。第三種是靜脈阻 塞,靜脈血液回流不順,導致靜脈曲張、靜脈血液鬱積,嚴重會造成靜脈潰瘍。 第四種是壓瘡,臥床、坐輪椅的患者,可能長時間壓迫身體某個部位,形成壓 瘡、褥瘡。其中,糖尿病足和壓瘡是常見的慢性傷口,以糖尿病為例,全球各國 罹患糖尿病的人口越來越多,根據國際糖尿病聯盟預估,2045年全球糖尿病人口 將超過6億人,是2020年的1.5倍。而在臺灣,2019年罹患糖尿病的人口約有230 萬,且每年預估以25000人的速度持續增加;糖尿病患中有15%會產生慢性傷 口,而目前傳統、被動的治療方式已無法滿足需求,大家都在尋求更進階的傷口 照護方式。 我們的技術是基於一整合性的自供電可穿戴模組,用於慢性傷口的有效照護。其 中功能性元件包含(1)奈米發電機,可直接轉換肢體動作及體溫等能量為電力, 輸出可控制於1至30伏特間,為適合刺激慢性傷口增進其癒合的電壓大小;另特 點為脈衝輸出,脈衝時間長短及頻率可控制,適合不同慢性傷口使用。(2)預防 感染智慧敷料,含熱電觸媒碲化鉍奈米片,可於環境與體溫僅相差5度的情況下, 產生僅uM的低濃度過氧化氫,在不傷害正常細胞及組織的前提下,幫助傷口避免 感染情況發生。(3)傷口監控APP,透過傷口、感染性傷口與正常皮膚皆會有不 同的電阻值,尤其是慢性傷口在癒合過程中,電阻值會逐漸上升,趨近於正常皮 膚,我們便可建立不同的校正曲線,得知傷口在任一時間點下的癒合狀況,且並 不需撕開敷料,破壞新生組織,及讓傷口暴露於感染的風險之中;訊號傳遞是透 過藍芽系統,意謂我們可遠端、時時得知傷口癒合程度。未來可進一步針對更複 雜的靜脈潰瘍、缺血性傷口或蟹足腫等傷口種類,不僅為患者提供了新型的個人 化傷口照護方式,也對於穿戴式醫療裝置的開發提供了嶄新的方向。
未來科技館 | 生技與醫療本半導體生醫晶片檢測平台包含「SENEDIA微量生醫分子檢測儀」及「半導體生醫晶片」,是建立在矽奈米線場效應電晶體(SiNW-FET)的基礎,結合生物檢測技術所開發的產品。當晶片表面的生物探針(Probe)和待測物(Target)反應,可立即以電訊號判定檢測結果,與傳統的光學訊號判讀的檢測技術在原理上有著根本的差異。由於電荷的改變是瞬間的變化,在3分鐘內即可知悉檢測結果,若依據檢驗需求搭配陽性及陰性對照組比對,也僅需20~30分鐘即有結果。 本技術的檢測靈敏度在核酸檢測極限為10的-15次方 M,蛋白質則為10的-12次方 g/ml,可解決疾病早期測不到及測不準的問題。半導體生醫晶片的另一優勢為在一片晶片上可同時檢測多種不同性質的標的,可檢測的標的包含核酸、抗原、抗體、細胞、細菌、病毒及環境化學物質等,應用性廣,且單一檢體即可上機,操作簡便又省時,可以因應不同使用場景及需求,適合作為個人化精準檢測的POCT產品。 為了實現根治急性骨髓性白血病(Acute Myeloid Leukemia, AML)的目標,確認惡性白血病細胞是否被化療清除乾淨,或是有微量白血病細胞殘存於體內導致日後疾病復發,是指引臨床計畫決策的重要關鍵,因此,檢測白血病微量殘存疾病(Minimal Residual Disease, MRD)業已成治療過程中不可或缺的療效及預後追蹤指標。 目前以Q-PCR 檢測白血病特定的基因序列變異為常規的檢驗方法,Q-PCR的檢測極限為10的-5次方 M,本公司檢測晶片之檢測極限則達到10的-15次方 M,可突破目前微量殘存疾病之分子檢測極限,找出可能復發的患者,以利醫師提早構想治療方式,進而提高病患存活率。
未來科技館 | 生技與醫療由於現行嵌合抗原受體T細胞(CAR-T)產品皆為自體細胞移植、單一腫瘤抗原靶向及針對血液癌症和使用病毒載體做基因改造。換句話說,目前尚無可異體應用、多抗原靶向或實體腫瘤可用的非病毒基改CAR-T產品,且個人化製造常有病人快速病程導致無法等待一兩個月以上的製造時間、以及病人血液細胞品質不一會導致CAR-T品質不穩定或製程失敗的風險。此外,目前臨床試驗中的CAR-T細胞也幾乎還是自體細胞、單靶向、血液癌和病毒基改為多。而本技術–可異體移植、信使RNA修飾、全奈米抗體基礎的雙靶向CAR.BiTE-gammadelta(γδ)T細胞具有下列特點: 1. 能同時靶向HLA-G和PD-L1兩個免疫抑制蛋白,二價HLA-G CAR能逆轉HLA- G免疫抑制訊號成活化毒殺反應;而分泌出來的二價PD-L1靶向的BiTE(雙導向T 細胞活化抗體),除了阻斷PD-L1免疫抑制效果外,同時能招集旁觀者免疫細胞一 同對抗癌細胞,進而克服腫瘤免疫抑制微環境2. γδT細胞作為效應細胞,同時具有可異體移植的能力,還有不依賴MHC的天然抗癌活性來對抗低CAR.BiTE抗原表現的癌細胞3. 非病毒基因介導,採用電轉染信使RNA做CAR.BiTE基因傳遞,因此無致突變風險4. 首創適合基改γδT的全封閉半自動細胞製程,大規模製備細胞產品,能降低成本且保持產品標準性5. 細胞原型產品符合美國FDA異體移植規範,架上隨用的優勢使得病人採檢後最快能在當天使用CAR.BiTE-γδT產品治療。6. 在實驗證實,CAR.BiTE-γδT有效滲透到實體癌內部,並分泌BiTE激活周邊免疫細胞,共同對抗癌細胞。7. 在肺癌、三陰性乳癌和大腸癌小鼠模式證明此多靶向CAR.BiTE-γδT有效延長3-5倍生存時間和阻止腫瘤生成。重要是,CAR.BiTE-γδT不會傷害表現CAR和BiTE靶點的正常組織細胞。 8. 獨特修飾之CAR胞內訊息傳遞結構,相較於傳統CAR-T使用的胞內訊息傳遞結 構,更有活化和維持效應細胞活性的能力9. 所有HLA-G、PD-L1和CD3奈米抗體分子免疫原性低,減少宿主產生抗藥抗體消耗CAR和BiTE治療活性的機會 本技術具有完整智財價值,其保護範圍包含HLA-G、PD-L1和CD3奈米抗體、獨 特CAR胞內訊息傳遞結構和首創全封閉半自動細胞製程。
未來科技館 | 生技與醫療石墨烯為當今最熱門的材料之一,將其奈米化變成石墨烯量子點後,更能夠彰顯 其光學特性,用於生物醫學偵測研究上。然而,可引發樣品非線性多光子吸收效 應的飛秒雷射系統無疑地是研究其光學特性的最佳工具。本團隊開發之單一尺寸 石墨烯量子點為主的生醫奈米材料,其光電與光化學性質如下:1. 單一尺寸石墨烯為主之量子點奈米材料,如石墨烯量子點、氮-石墨烯量子點、胺基-石墨烯量子點與氮-胺基-石墨烯量子點等,藉單光子雷射激發與多光子非線性激發後有效率地產生活性氧進行光動力治療,殺死多重抗藥性細菌與癌細胞。2. 含氮/胺基之石墨烯量子點中,隨著含氮量與胺基增加、羧根減少,產生活性氧量也隨之增加,光動力治療效率也因此增加。3. 含氮之石墨烯量子點中,隨著含氮量增加,發出螢光或冷光之效率和量子產率也隨之增加;氮-胺基-石墨烯量子點中,隨著含氮量與胺基增加,發出螢光/冷光 之效率和量子產率也隨之增加。材料的螢光/冷光放光區域分別在紫外光區、可見光區、與近紅外光區。4. 石墨烯為主之量子點材料,有極佳之雙光子特性,如:螢光/冷光量子產率、雙光子吸收、雙光子放射冷光、雙光子穩定性、雙光子吸收截面、放射衰弱速率/非放射衰弱速率之比例、與縮短其生命期。5. 由於石墨烯為主之量子點材料受單光子雷射激發與多光子非線性激發後會發出穩定、極強、與從紫外光區至近紅外光區不同波長的螢光/冷光,故可當作一高效率之單光子與雙光子影像針,特別是三維空間中,可藉量子點所放出之螢光/冷光來偵測與追蹤受測物之所在位置,只需極低之能量與極短之激發時間,即可到達高效率的治療與顯影效果。6.包覆聚合物於石墨烯為主之量子點表面時,若不外露或減少羧根於材料表面、聚合物中含有氧、氮、磷、硼、或硫元素時,量子點有上述極佳之雙光子特性。7. 於抗體之Fc位置連結上已包覆聚合物之石墨烯為主之量子點,取代傳統有機化學染劑,當作一佳發光材料,並測試抗體之專一性與效價,形成一多功能奈米生醫探針、小型量產並降低成本。綜合以上結果,本發明利用此高效率的偵測探針、配合飛秒雷射系統與非線性多光子激發效應機制,能夠即時觀察與偵測多重抗藥性物種、並且將其消滅,發展出一套多功能標靶偵測、診斷與治療平台;此外,值得未來進行臨床研究,更進一步探討此生醫奈米材料所有的光電和光化學性質、與了解此材料於免疫奈米醫 學上所扮演的角色。
未來科技館 | 生技與醫療每一個分子皆有其相對應的拉曼(Raman)光譜訊號,所以是被期望做為分子條 碼;甚至可以作為所有分子的身分證而有助於光譜分析檢測工作的進行以及大數 據資料庫的建立(圖1a)。然而其訊號非常微弱且有螢光訊號的天敵,導致檢測上一 直有困難度。表面增強拉曼光譜(Surface-Enhance Raman Spectroscopy, SE RS)是Raman的進階,可以解決Raman訊號不易產生、不能定量、易受螢光干 擾的缺點。團隊開發全方位 SERS 檢測平台(Comprehensive SERS Detection Platform) CSDP系統含兩部分,第一部分為3D-PHS(3-dimensional plasmonic hotspots)奈米晶片;第二部分為訊號處理軟體(圖1b)。1. 3D-PHS是基於隨機交叉的銀奈米線木樁結構所引起的均向電漿共振(local surface plasma resonance, LSPR)與均勻熱點(hotspots)分布;共構成獨特的三維電漿增強奈米晶片(圖1c)。可增強待測物的拉曼訊號至1000倍以上。3D-PHS優勢有:(1) 無須樣品前處理;(2) 樣品用量極少(20ul);(3) 檢測時間極短(< 5min);(4) 生醫檢測無須抗體(antibody-free);(5) 晶片正常環境可以保存超過80天;(6) 任何拉曼光譜儀皆可使用。2. 本團隊也自製訊號處理軟體,其主要功能為:(1)辨識訊號,能將雜亂的數據優化並辨識,適用於實際場域落地檢測;(圖2a)(2)將辨識過的拉曼光譜轉換成數據資料庫,也就是說可以將分子指紋轉換成條碼barcode的功能,易於資料處理以及大數據編碼。(圖2b) 3D-PHS整合訊號處理軟體成為CSDP系統可應用於任何拉曼儀器;尤其是本團隊 也藉此開發出可攜式光譜儀;成為一強大的快篩檢測系統。(圖2c) CSDP目前已 成功應用於兩大檢測項目:農業(農藥、蘭花病毒)及生醫檢測(藥物、膽紅素、細 菌、癌細胞、抗體與抗原以及冠狀病毒)等(圖2d)。其中農藥已經達落地檢測;膽 紅素成功與台大醫院合作已經達臨床數據收集。Covid-19病毒與抗體資料也已經 建置。這樣的生物傳感技術,可被醫療保健單位做有效定點檢測照護(Point of C are Testing, POCT)。
未來科技館 | 生技與醫療基因療法作為一種治療由缺陷基因引起的多種疾病的方法,具有巨大的潛力。然 而,迄今為止,基因遞送到身體正確部位的一個主要障礙是難以避免產生基因脫 靶效應(無效遞送)。另外,注射的基因遞送通常會在肝臟中積聚,因此目前大 部分基因治療藥物(如mRNA、DNA)皆針對肝臟疾病作為應用。其中,直接注 射到肌肉組織中的基於RNA的COVID-19疫苗也被證明是有效的。在許多情況 下,基因藥物被包裹在脂質納米顆粒中(微脂體),而此類非病毒型藥物載體, 其基因表達效率通常較低,因此,如何更有效表達基因在特定目標的器官,並有 效提升非病毒型基因轉染效應,依舊是需要突破的目標。 目前主流的核酸藥物載體,無論是病毒載體還是脂質奈米顆粒,主要在肝臟累 積,缺乏在肺部進行遞送的能力。因此,肺部基因治療藥物的開發面臨著最大的 困難:(1) 無法在肺部患病部位有效累積,導致療效不佳或需要提高劑量;(2) 在 其他器官組織造成不必要的曝露和脫靶毒性。為了徹底改善肺部基因治療的有效 性和安全性,我們的團隊通過結合不同材料特性開發了一種新型肺部傳遞核酸載 體,能夠在靜脈注射時有效地將核酸基因治療藥物運送到肺部並累積在那裡,並 利用世界首創催化轉染效應(Catalytic transfection)高度提升效率,在基因遞送 領域首次提出利用肺臟主動標靶與催化達到局部標靶轉染目標。 我們選擇肺癌作為初步的疾病治療模型,並使用新型載體結合siRNA藥物。透過 初步的細胞和動物概念驗證研究,我們確定這種組合能夠抑制癌細胞中的PD-L1 蛋白表達。這項研究已經確認該新型載體在肺部有高效的累積能力,並具有核酸 轉染的能力。在肺轉移腫瘤動物模型中,我們觀察到腫瘤內免疫活性的提升,並 初步展示了治療效果。同時,我們的團隊也在進行不同類型核酸藥物的測試,包 括Plasmid DNA和Messenger RNA等,在細胞實驗中均顯示出高度的轉染活 性,這顯示了這種新型核酸載體具有廣泛的應用空間和價值。目前,我們也將應 用在眼睛的基因治療(RS1)上,期望本催化強化轉染效應能夠克服過去難以基因治 療的目標。
未來科技館 | 生技與醫療腸躁症是一種常見的功能性胃腸道障礙症候群,其特徵是反覆發作的腹痛伴隨著 排便習慣改變,約占醫院腸胃科門診病患的20-40%,目前還找不出確切病因。 雖然腸躁症導致的長期腹部疼痛嚴重影響病人日常生活,現今藥物市場中多是針 對腹瀉或便秘症狀緩解,迄今臨床上尚無令人滿意的腸躁症腹痛治療藥物,因此 仍為高度未獲滿足的醫療需求。 本研究為聚焦於開發治療腸躁症腹痛的新技術,組成跨領域學者團隊,成功發現 血清素第七型受器(5-HT7R)為治療腸躁症腹痛的全新生物標靶。經過新藥設計、 合成篩選及先導化合物優化等過程,挑選出安全有效的候選藥物DC105進行臨床 前新藥試驗,預計2024年提出研究性新藥申請。 本團隊所開發之『安全有效的腸躁症腹痛首創型新藥』技術包含三個部份— 1. 新穎腸躁症疼痛機轉與生物標靶的發現:由於人體內超過90%的血清素(5-HT) 來自於腸胃道,加上腸躁症與5-HT代謝異常以及黏膜神經纖維過度生長有關聯, 本研究收集臨床上腸躁症患者與健康受試者的結腸切片檢體,以與5-HT相關的各 種蛋白質與訊息傳遞途徑為核心,結果發現腸躁症患者檢體中的5-HT7R神經纖維 密度表現量,顯著高於健康受試者。為探討5-HT7R參與腸道痛覺過敏和神經纖維 延長機制,利用人類神經細胞株SH-SY5Y實驗證實,加以腸道組織無菌上清液、 5-HT、神經營養因子可促使神經纖維延長,而預處理DC105或進行5-HT7R基因靜 默技術,則可降低神經纖維長度。從分子機制研究發現,5-HT與神經營養因子之 間具正回饋關係,可透過強化5-HT7R途徑造成神經纖維過度生長。因此選擇5-H T7R拮抗劑作為有潛力的腸躁症疼痛治療方法。 2. 腸躁症疼痛藥物活性評估平台的建立:為評估與篩選新藥分子的止痛活性,本 研究建立「感染復原後給予避水壓力」的GW小鼠與「發炎復原後」的PT小鼠等 兩種腸躁症動物模式。並利用直腸撐張刺激內臟動器反應測定小鼠的內臟疼痛程 度與新藥抑制痛覺過敏的能力。 3. 首創型治療腸躁症腹痛新藥DC105的開發:經過優化步驟,挑選出具高度5-H T7R拮抗專一性與良好似藥性的候選藥物DC105。經口給予腸躁症模式小鼠後, 證實可有效降低內臟高敏感性,不會影響腸道組織的型態與正常感覺,且在毒理 試驗中展現高度安全性。因此DC-105為具有高度治療腸躁症腹痛潛力的首創型新 藥。
未來科技館 | 生技與醫療免疫系統是人體健康的重要保護機制,它與疾病的發展和進展密切相關。然而, 免疫反應極其複雜,需要使用高通量技術才能對免疫反應進行全面檢測與理解。 本團隊致力於開發高通量免疫檢測平台,以應用於疾病檢測和藥物研發。我們的 團隊結合了臨床醫師、教研人員、蛋白質晶片專家、免疫檢測專家、微奈米製程 專家、訊號分析專家和機器學習專家等多個專業領域的核心能力。我們具有從功 能性蛋白質表達和純化、血清學檢測工具開發和製造、檢測流程與設計、臨床應 用、藥物檢測到自動化數據分析等方面的綜合能力,包括設計到量產和後端分析 所需的能力,使我們的技術具有商業化的潛力。 在過去的研發中,我們的團隊專注於開發各類的血清學檢測工具,包括大腸桿菌 晶片、新冠晶片、登革熱晶片和功能性受體晶片等。然而,這些檢測方法受限於 昂貴的設備和專業研究人員的要求,並且缺乏自動化的分析軟體,種種的限制都 讓檢測工具的商品化受限。為了降低商業化的使用門檻,同時實現自動化、多標 的和高通量的檢測,我們的團隊結合了微奈米製程技術、化學表面處理技術、光 學系統和影像處理等精密技術,領先各界研發出了『條碼微珠螢光免疫檢測系 統』。 我們首先利用微奈米製程技術製造出二維邊角條碼微珠,並在微珠上包覆了氧化 鐵以提供磁性。這些二維邊角條碼可以使用可見光進行區分和判讀,可達到數千 的複雜度,因此可以同時進行多種標的的檢測。氧化鐵提供的磁性便於後續的表 面處理,可以在微珠表面上鍍上專屬的蛋白質(即檢測疾病目標蛋白),並與樣 本中的抗體進行反應。接著,我們使用標定的螢光二抗對檢測反應進行標記。最 後,我們使用96孔盤進行自動化的可見光和螢光讀取。這個系統是與合作廠商共 同開發的,通過改造ELISA讀取儀,可以自動化地識別每個96孔中混合的條碼微 珠的身份和螢光值。每個孔只需要30秒就可以獲得血樣中各種血清抗體反應數 據,形成了一個自動化且高通量的免疫檢測平台。條碼微珠的核心技術包括微奈米製程技術、化學表面處理技術、光學系統和影像 處理技術。這些技術的結合使我們能夠製造具有二維邊角條碼的微珠,並將其包 覆上具有磁性的氧化鐵。這些微珠可以同時進行多標的的檢測,並通過可見光和 螢光讀取進行自動化分析。這些技術的應用使我們的免疫檢測平台具有高通量、 自動化和多標的的特點,有望在商業化應用中發揮重要作用。
未來科技館 | 生技與醫療目前的癌症診斷方式主要依賴於組織病理學或細胞學。然而,傳統組織病理學的診斷過程耗時長,無法立即得到報告,且需要專業的病理醫師進行判讀。在面對非典型特徵的細胞時,不同醫師間的診斷可能存在差異。隨著全球癌症負擔的逐年增加,對專業人員的需求遠超過供應,對當前的醫療系統帶來了巨大的壓力。 因此,我們希望提供一種經濟實惠、易於操作的快速癌症檢測工具,供醫務人員和非專業人士使用。 為了實現這一目標,我們開發了一種基於微型質譜儀的診斷平台,它可大幅減少成本、空間需求以及維護難度。該平台可輕鬆地移動至診間或手術房,在現場進行輔助癌症診斷。同時,平台利用了紙噴灑常壓游離技術,不需樣品前處理即可對常見檢體進行檢測,同時確保檢體的獲取和分析不會影響現有常規醫療流程。 操作人員只需將待測樣品放在濾紙上,裁剪後放入自主設計的3D列印載台並固定於平台,即可開始收集質譜圖。通過本實驗室建立的大型資料庫 (包括三種癌症的預測模型,樣本總數超過1000筆),我們能夠在10分鐘內對樣品進行癌症篩檢,準確率高達90 %,可協助醫務人員在診斷或手術中做出決策,同時減少病人等待報告的心理負擔,廣泛應用於醫療診斷。因質譜儀可以偵測到樣品裡豐富的代謝物資訊,藉由平台所獲得的數據,能夠協助搜尋癌症標誌物,深具多方面的應用潛力。
未來科技館 | 生技與醫療近年來,現代醫療思維衍生出即時且專一化的物理性治療方法,即植入性醫療電 子,也稱生物電子藥物(Bioelectronic medicine)。以神經組織而言,使用微電 極對神經定位及訊號分析,並以電刺激控制神經元的活動,可即時監控神經狀 態,再依需要發出訊號作調整,以提供更有效率的治療。然而植入性醫療電子若 要與軟組織的損傷或疾病應用上作結合,其限制與難題包括: (1)電子元件難以固 定且緊密貼合於具斷裂傷口之弧面型態的軟組織束;(2) 電子元件硬度與軟組織的 不相容,易引起發炎反應及其纖維化組織增生;(3)傳統電子元件之不可生物降解 需經二次手術取出,導致感染風險急遽攀升;(4)神經電極僅作即時調控,針對受 損的神經或心肌無促進再生能力。因此,本技術結合電子輔具及再生醫學概念, 發展一種具高解析電刺激、電生理訊號感測及細胞再生治療之可降解植入式軟性 自黏電子貼片,其可黏合於各式組織,並整合微米尺度的電刺激組織活化、電生 理訊號監控和細胞植入促進組織再生,且可完全降解。 本技術以材料工程出發,利用生物基質中的膠原蛋白結合蠶絲蛋白加入生物酵素 形成的水凝膠用作電子基板,其跟組織完全匹配、具自黏性、可調控的降解性、 還可承載幹細胞;而在電子線路方面,亦以膠原蛋白摻雜導電高分子及石墨烯所 形成具高導電的雙重結構水凝膠,此導體具有光阻特性可快速圖案化成各式電極 微結構。結合可降解的聚乳酸當作絕緣層,本技術更開發一種可量產、便宜、又 簡單的水膠電子封裝製程,藉由生物型酵素引發的黏性,可一步驟將所有電子層 結合,形成一全水膠可降解的微電極陣列貼片。 如果凍般的電子貼片不僅具有黏附性和可控的降解性,還可提供微米的神經訊號 記錄,並可以電刺激活化連結的動作肌肉,以及可使幹細胞貼附、增生、及分化 成神經細胞。在針對神經損傷,可以醫療電子及神經導管的雙重角色,實現即時 電神經調控、傷口之神經功能監測、組織再生支架和細胞移植的協同作用,最後 無需手術取出,能夠留在原組織並與其融合及分解,達到加速的損傷治療。
未來科技館 | 生技與醫療周邊神經電刺激目前已知可用於促進受損神經生長,然而對於遠端肌肉以及神經 肌肉結合處(neuromuscular junction)的效益仍不明確。在主持人與美國加州大 學洛杉磯分校的國際合作研究中,確認在受損神經的遠端給予神經電刺激,可以 增加神經肌肉接合處的再生與肌肉的功能恢復。據此本團隊依據目前已知且獨特 的發現,進一步針對電刺激之各項參數進行進一步的測試,找出一組優化的模組 參數,對於神經肌肉交接處的維持以及乙醯膽鹼的活化再回收有促進的效果,同 時對於肌肉纖維的再生以及步態功能的恢復都有更佳的效果。本發明針對周邊神 經以及肌肉系統的受損,提供了一種神經電刺激信號的最佳參數組合,使神經肌 肉接合處的再生機制有最佳化的結果呈現以及較少的退化。利用此優化後的參 數,整合本發明初步驗證過後之植入式且在體外可調控參數的無線電刺激平台, 用此刺激受損的神經肌肉系統,能夠有更佳的構造與功能的恢復。此發明未來除 了周邊神經外傷,進一步可能有益於退化性周邊神經疾患以及肌肉萎縮的病患。
未來科技館 | 生技與醫療敬請期待!