NHRI Communications
體外震波治療骨折，延緩骨質流失新研究
許多人耳熟能詳、用於治療腎臟泌尿系統結石疾病的體外震波機器，也能成為治療骨折、促進骨頭生長和血流、延緩骨質流失和刺激幹細胞生長等利器。國衛院與長庚醫院王清貞教授合作的一項整合性研究計畫，已初步確定「體外震波」治療骨折不癒合症的效果，進行中的實驗可達到80﹪的癒合率，並延伸多項新穎探索的研究，取得良好進展。
歐美國家於一九九○年代起將體外震波治療儀用在骨科治療，國內多年前開始引進此類非侵入性的治療方法，針對骨折不癒合、肌腱炎、股骨頭缺血性壞死、運動傷害造成的網球肘等施以震波。國衛院與長庚醫院王清貞教授合作「震波促進骨骼再生之研究」，經國衛院審查並提供補助，由王清貞教授從去年度開始進行為期三年研究。第一期收試的29位曾經骨折，受過開刀、固定手術或補骨手術的病患，出現骨折處肥大或萎縮的不癒合問題，經施以體外震波治療，分期評估疼痛、承重。初步成果顯示，可看見骨頭結痂及癒合程度日漸增加，治療後半年的癒合率達50﹪，滿一年即可達70﹪。
對於臨床病理、治療機轉和其他潛在應用的前驅探索研究，研究人員獲致了可觀進展，如以震波刺激，明顯增加骨組織內調控、生長因子，促進骨組織血管新生與血流，延緩因卵巢切除後的骨質流失，幫助間質幹細胞分化出軟骨及骨細胞，並研究不同震波的生成效果：
一、收試病患治療後三個月內，其血清中明顯增加一氧化氮(NO)、骨形成蛋白(BMP-2)、血管內皮細胞生長因子(VEGF)、轉化生長因子(TGF-β1)。一氧化氮是人體內重要的調控因子，對神經、心血管、免疫系統影響深遠；骨形成蛋白具有活化造骨細胞與骨質增生的功效，對於骨質疏鬆、骨痛等疾病，可留住鈣及使骨質增生；血管內皮細胞生長因子是一類強效的促血管生成因子，幫助骨骼血管增生；轉化生長因子也是人體重要的調控因子，參與了細胞發育與癌化的作用。
二、在不同震波下，骨痂生成及癒合、血清中一氧化氮合成、多骨組織及纖維性組織生成，效果明顯不同。另體外震波可以促進骨折處間質細胞、造骨細胞、及軟骨細胞當中「誘導的一氧化氮合成酶」和「內皮的一氧化氮合成酶」的表現，前者關係到免疫系統的保衛能力，後者與調節小動脈血壓、收縮氣管、鬆弛腸胃平滑肌功能關係密切。
三、從動物實驗發現，體外震波可明顯促進骨組織血管新生、微血管血流量和組織的間隙，而不同的震波劑量則有不同的效果。
四、動物實驗顯示，卵巢切除後會顯著增加骨髓細胞分化為蝕骨前質細胞，抑制骨骼保護因子(OPG)抑制蝕骨細胞分化的能力，出現一般所認知的骨質流失現象。如施以震波刺激，會提高骨骼保護因子的表現，抑制此一細胞分化的機轉，進而產生延緩骨質流失的功能。
五、具有分化成骨頭能力的人類臍帶血間質幹細胞，進行震波刺激後，可促進骨頭基因轉錄因子、膠原蛋白、骨鈣蛋白的信使RNA表現，增加生成骨小結。研究人員進一步將體外培養、受震波刺激的間質幹細胞，移植至實驗動物骨折部位，能逐步分化為軟骨及骨細胞，明顯增加了骨組織的形成。
王清貞教授指出，體外震波對骨折癒合不良的治療是一種新進非侵襲性療法，療效和傳統補骨術媲美，而且沒有術後的疼痛以及開刀的風險，安全性高，提供病人另外選擇。除了骨折癒合不良之外，體外震波也可廣泛應用在五十肩，網球肘〈tennis elbow〉，膝肌腱炎，足底筋膜炎以及髖關節股骨頭缺血性壞死等症狀，治療效果都很不錯。
國衛院對於王清貞教授的研究計畫獲得良好成果和進展與有榮焉，並期待未來研究能取得更佳的臨床治療應用，以造福病患，增進國民之健康。
《文：公共事務組；圖：經由體外震波治療，可使骨折不癒合處達到癒合的治療效果；圖片來源：長庚醫院王清貞教授》
雷射、倍頻、新顯微術─直接觀察活體內細胞的創新研究
由國家衛生研究院推動之整合性醫藥衛生科技研究計畫，在生物醫學工程方面再度展現優異成果。一項由台大電機工程系暨光電所教授孫啟光執行，結合台大分子與細胞生物研究所、生技中心細胞與分子生物學組、中興大學奈米中心、台大醫院、及成大分子醫學研究所專長的倍頻式光學顯微術研究，已成功突破雷射穿透限制，並避免生物組織的光破壞性，建立一套如同隔牆照像的生物顯微影像取得技術。此技術擁有極高的潛力應用於癌症等疾病的診斷，免除冒傳統病理切片檢查所帶來癌細胞擴散的風險。未來將進一步研發醫療用顯微內視鏡，並朝精準的奈米光學治療技術方向發展。
由於目前的技術必須從生物體內切片、處理癌症組織再加以染色進行病理檢驗，此技術存在著侵入與破壞、污染生物組織的缺點，並有遭遇癌細胞擴散的難題，其過程不但複雜費時，所得到的生物影像也有其光學侷限性。因此研究團隊投入此一新顯微技術的研究，寄望發展出一套快速而正確的診斷工具，從器官組織表皮外，引入最少量的染劑，即可掃瞄取得細胞核3D影像，據以辨識正常細胞與癌變細胞。
此一新型顯微技術包含二大部分，第一為雷射光源，第二是顯微掃瞄系統。研究人員使用鉻貴橄欖石雷射作為激發光源，中心波長1230奈米(約百分之1的頭髮粗細)、十兆分之1秒（100飛秒）的脈衝寬度，穿透入皮膚或黏膜，在表皮層準備顯微掃瞄的地方產生足夠的光學信號亮度。實驗並顯示，以1230奈米飛秒脈衝，對脊椎動物胚胎細胞所造成破壞，比起目前被視為最先進的雙光子顯微術(800奈米飛秒脈衝)，至少低一萬倍以上，足證此類雷射光源的優越性。
顯微掃瞄系統則廣泛運用光倍頻信號，並將目前國際上被視為最先進之多光子螢光信號的使用降至最低。倍頻式是將雷射光的頻率予以加倍，不需依靠螢光與儲存能量即能直接產生清晰的掃瞄影像，不會有光毒性及失真現象；多光子式則是同時吸收多個雷射光子(二個雷射光子即稱雙光子，其餘類推)以激發螢光，由於要先儲存能量再轉換螢光影像，會有光毒性及光漂白失真等問題。研究人員使用二倍頻可以觀察到像是膠原蛋白纖維、肌肉纖維、神經管束等較大的細胞組織，三倍頻則能掃瞄到細胞與次細胞結構的型態，如細胞核，呈現出極高解析度的生物影像。
此一倍頻式光學方法的新顯微術已引起國際光學研究的高度注目，國際學術期刊、專書不斷邀請孫啟光教授撰文、出席研討會發表專論，獲頒全球光學巨擘德國徠卡(Leica)顯微系統的重大貢獻創新研究獎，美國光學學會及英國皇家顯微鏡學會於2004年頒授會士(Fellow)證書，美國光學學會尤將此研究成果列為2004年光學界、生物學界和醫學界最熱門的焦點話題之一。
累積過去三年及最近成果，研究人員除了在斑馬魚胚胎內首度成功的以次微米3D解析度，在無干擾與侵入的情況下長期觀測各個器官的發育過程，並已成功在台大醫院及成大醫院所提供的人體皮膚標本、口腔癌標本、口腔纖維瘤標本、肺癌檢體、及活體倉鼠口腔中，拍攝到這些組織表皮層和上表皮層的次微米3D影像。本計劃所發展之專利技術，將有利於研究皮膚癌、口腔癌、肺癌等癌症組織、癌前組織、與正常組織，在結構上的不同以及各種分子蛋白表達上的差異。未來在臨床上將有助於在不取出組織的情況下，直接診斷出癌化細胞。
該項計畫為「整合性計畫」下的傑出創新研究，國衛院不僅欣見此項研究所帶來的突破性進展，並繼續獎助孫啟光教授研究計畫從三年延長為七年，期望能在臨床治療應用上，發展雷射與倍頻的內視鏡技術，在不需採用活體切片的情況下，直接於人體內取得病變組織的次微米活體細胞影像，並將朝向光學治療的目標邁進，而先導研究顯示內視鏡部分已取得相當良好的成效。
目前掃瞄設備每秒鐘可取得三張影像，較靜態的生物組織容易取像，但進入活體掃瞄器官組織時，會因呼吸、心跳等因素而造成影像模糊，因此未來若採用更高速的系統，即可運用在人體上。
此項計畫係由台灣大學電機工程系暨光電所教授孫啟光所主持，經國衛院審查及經費資助，計畫為期三年，研究期間與台大分子與細胞生物研究所教授蔡懷禎合作進行斑馬魚實驗模型，另與中興大學奈米中心教授林寬鋸及成大分子醫學暨口腔醫學研究所教授謝達斌合作，研究將奈米粒子作為顯影物質，擴大倍頻式光學新顯微術在學術研究和臨床診斷的應用範圍，是國內生物科技研究團隊合作成功的範例之一。
相關詞：
【飛秒雷射】
飛秒雷射能產生飛秒（10-15 second）等級的光脈衝，是進行非線性光學實驗與超高時間解析度研究的重要工具。
【鉻貴橄欖石雷射】
是貴橄欖石的一種，含鉻成分，鉻貴橄欖石雷射能產生1230 nm中心波長的100飛秒光脈衝，在110MHz脈衝重覆率操作之下，輸出功率可達300-500mW。目前孫啟光教授奈米生醫光電實驗室使用雙啾頻鏡（double-chirped mirror）的方式已經能成功的將共振腔小體積化，以此為基礎，未來因應臨床醫學的用途，將陸續建置更便於攜帶以及穩定度更高的高功率鉻貴橄欖石飛秒脈衝雷射。
《文：公共事務組；圖片來源：醫用最低侵入式非線性光學顯微術計畫研究團隊》
生物技術與藥物研究組升等演講－Dr. Su-Ying Wu
主講人：Dr. Su-Ying Wu
Assistant Investigator, DBPR, NHRI
演講主題：Structure-based Drug Design of Anti-diabetic and
Anti-SARS Drugs
時間：3:00 PM－4:00 PM, Friday, 8/25/2006
地點：B1, R1-1222 Conference Room, Research Building, NHRI Zhunan Campus
國衛院竹南院區研究大樓R1-1222會議室（苗栗縣竹南鎮科研路35號）
《文：陳琦雯；圖：伍素瑩博士》
幹細胞研究中心專題演講－Dr. Shaw-Fang Yet
主講人：Dr. Shaw-Fang Yet
Assistant Professor of Medicine
Harvard Medical School, Boston, USA
演講主題：Elucidation of Cardiovascular Protective Gene Functions
Using Genetically Modified Mice
時間： 2:00 PM, Wednesday, 8/30/2006
地點： B1, R1-1222 Conference Room, Research Building,
NHRI Zhunan Campus
國衛院竹南院區研究大樓R1-1222會議室（苗栗縣竹南鎮科研路35號）
本演講屬公開性質，歡迎踴躍參加！
《文：謝依霖；圖：Dr. Shaw-Fang Yet》
生物技術與藥物研究組學術演講－Dr. Shichang Miao
主講人：Dr. Shichang Miao
Director, Pharmacokinetics and Drug Metabolism
Amgen South San Francisco
演講主題：PK/Drug Metabolism in Drug Discovery
時間：10:30－11:30AM, Thursday, 8/31/2006
地點： B1, R1-1222 Conference Room, Research Building, NHRI Zhunan Campus
國衛院竹南院區研究大樓R1-1222會議室（苗栗縣竹南鎮科研路35號）
本演講屬公開性質，歡迎踴躍參加！
《文：陳琦雯；圖：Dr. Shichang Miao》