NHRI Communications
以矽包裹的磁性奈米粒子有效標定幹細胞 (Bifunctional Magnetic Silica Nanoparticles for Highly Efficient Human Stem Cell Labeling)
如何確實掌控幹細胞移植進入生物體後的分佈動向，決定了幹細胞治療應用成功與否的關鍵。隨著奈米科技在生物醫學應用上的發展，以超順磁性奈米粒子(superparamagnetic nanoparticles, SPIO)，例如以氧化鐵奈米粒子標定(labeling)幹細胞，再以磁振造影(magnetic resonance imaging, MRI)儀器偵測細胞內磁性訊號，是目前最有效、最適當的方法。然而，單純的超順磁性奈米粒子本身，並無法有效進入細胞內發揮細胞標定的功能(愈多超順磁性物質進入細胞，磁振造影儀器偵測到的磁性訊號愈強)，因此限制了超順磁性奈米粒子在幹細胞磁振造影追蹤的應用性。
為了改善細胞標定功能不彰的問題，目前的研究趨勢是以各種不同材質或化學官能基修飾超順磁性奈米粒子，以期藉由增加奈米粒子與細胞之間的相容性或交互作用(interaction)，增加超順磁性奈米粒子進入幹細胞的能力。遺憾的是，這些為了改善細胞標定的修飾作用，卻可能增添了危害生物細胞安全性，或是細胞標定效果改善情況仍然不如預期的困擾。因此，「細胞標定效率」以及「細胞生物安全性」，正是超順磁性奈米粒子應用在幹細胞追蹤時，最需要考量及克服的兩大難題（請參閱國衛院電子報第116期「如何追蹤幹細胞 Stem Cell Tracking in Reparative Medicine」）。
在細胞安全性方面，就目前的研究發展現況而言，對於要怎樣衡量何謂安全無虞的奈米粒子尚無定論；而研究者所採取的策略，是儘量以與生物細胞安全性相容的奈米材質做修飾，並以各種不同分析標準，例如細胞存活度、細胞增生能力、細胞分化或是微陣列(microarray)基因分析等方法，評估修飾後之超順磁性奈米粒子在幹細胞標定或日後追蹤應用時，是否安全無虞。其次，在細胞標定效率方面，則是大多研究者積極投入且亟欲解決的問題。然而，不論這些修飾為何或選用何種材質，大部分的結果都是差強人意。
為了彌補細胞標定效率上的缺陷，有些研究採用高濃度的超順磁性奈米粒子與細胞作用或是延長作用時間，以利奈米粒子能有更多機會進入細胞內；有些研究則是在磁振造影偵測細胞時，以較多數的細胞（愈多細胞則能有愈多的超順磁性物質以利磁振造影），或是高磁場強度的磁振造影系統（高於臨床上常用之1.5T或3T，愈高磁場強度之下，超順磁性物質表現磁性訊號愈強），提升細胞偵測時所能測到的磁場訊號。然而，高濃度的超順磁性奈米粒子或長作用時間與細胞反應，增加了奈米粒子對細胞毒性傷害的疑慮；大量細胞的需求或高磁場強度的磁振造影系統，又可能造成了實際應用上的窒礙難行。因此，發展一個能克服上述缺點，同時兼顧高細胞標定效率以及細胞安全無虞的超順磁性奈米粒子，便成為研究幹細胞追蹤以及奈米醫學研究領域中，一個刻不容緩並且炙手可熱的重要課題。
本院奈米醫學研究中心，結合台大化學系、本院幹細胞研究中心、台大醫學院附設醫院檢驗醫學部以及影像醫學部，發展了以二氧化矽為材料的相關奈米粒子，研究這些奈米粒子在幹細胞追蹤以及其他奈米醫學的應用。在幹細胞追蹤方面，我們先前的研究發現，一種多孔性的矽奈米粒子（mesoporous silica nanoparticles, MSNs）可以很有效地進入人類幹細胞中，並且具有相當好的細胞安全性（請參閱國衛院電子報第116期以及The FASEB J 19: 2014-2016, 2005.）。在後續的研究中，我們合成了以氧化鐵奈米粒子為核心(core)，外圍再以矽為外殼包裹形成一個約50奈米大小的超順磁性奈米粒子。同時由於二氧化矽本身容易修飾的特性，我們又在此超順磁性奈米粒子表面以螢光分子修飾，形成了一個兼具螢光特性及超順磁性的雙效(bifunctional)可偵測性粒子，簡稱為SPIO@SiO2(FITC)。我們將SPIO@SiO2(FITC)用於幹細胞的標定研究發現，SPIO@SiO2(FITC)可在低濃度而且很短的作用時間進入人類幹細胞中，而經由SPIO@SiO2(FITC)標定過的幹細胞可在極少的細胞數條件下，以臨床上最常用的低磁場強度(1.5T)的磁振造影系統進行活體外甚至是動物體內的偵測。同時，這些標定過的幹細胞的細胞存活度、細胞生長情況，以及細胞分化能力，並不受SPIO@SiO2(FITC)的影響。
這是第一個以人類幹細胞為研究模式，可以同時達到低奈米粒子濃度、作用時間短、偵測所需細胞數少並且是以臨床可用之磁振造影系統偵測等諸多高細胞標定率的條件，又符合目前細胞安全標準的超順磁性奈米粒子。這些研究進展，不只將有助於日後幹細胞用於臨床治療時的追蹤，以利評估療效鑑定，也可提供一個新契機，發展更合用之超順磁性奈米粒子；同時，也能在其他奈米醫學研究上，開拓新的應用價值。這些研究發現已發表於Nano Letters 7: 149-154, 2007. (SCI, 1/27, I.F. 9.847)
《文：黃東明；攝影：沈世華》
本院醫學工程研究組裘正健副研究員榮獲「國科會95年度傑出研究獎」
本院醫學工程研究組副研究員裘正健博士獲頒行政院國科會95年度『傑出研究獎』生物領域傑出研究獎項。本年度國科會傑出研究獎競爭激烈，申請人共計605位，經過嚴格評比方才遴選出自然科學領域6人、工程領域11人、生物領域9人，人文及社會科學領域8人及科學教育領域1人，共計35人獲獎。得獎人平均年齡 46.6 歲，其中副研究員(含副教授)以下者共計只有六人，所有獲獎人皆以其近五年之研究績效為審查要點。裘正健副研究員於民國89年6月任職本院醫學工程研究組，成立血管分子生物工程實驗室，任職助研究員，並於民國93年10月升任副研究員。裘博士於本院成立個人實驗室迄今僅六年時間，即榮獲此國內科研領域重要獎項，實屬不易。
裘正健博士畢業於國立成功大學航空太空工程研究所，取得博士學位，為工程科學背景。其主要研究方向為發展跨領域的專長與技術，探討動脈硬化症(atherosclerosis)及血管疾病生理之分子機制，尤其是血液動力(hemodynamic forces)在動脈硬化及血管發炎反應中所扮演的角色與調控機轉。動脈硬化症是導致大多數心血管疾病及致死的主要病理因素，常發生於血管分歧處附近，此區域的血流力學非常複雜，血液動力中的各種因子，尤其是剪力(shear stress)與擾流(disturbed flow)，已被認為與動脈硬化症的形成有相當大的關聯。而動脈硬化症的形成與血管內皮細胞(endothelial cells)、平滑肌細胞(smooth muscle cells)及白血球，尤其是單核白血球(monocytes)的交互作用有關。此外，在發炎過程中，平滑肌細胞由正常的收縮型(contractile phenotype)轉變為合成型(synthetic phenotype)，遷移至內皮細胞層下並增生，造成血管壁增厚甚至阻塞。
裘博士所領導的研究團隊建構了國內外第一個血管內皮與平滑肌細胞共培養血液動力系統，研究在不同血液動力及擾流條件下，血管及血液細胞交互作用的特性，進而研究對細胞結構、胞內訊息傳遞及基因與蛋白質表現的影響。藉由基因微陣列(cDNA microarray)分析技術，證明了剪力會影響血管內皮與平滑肌細胞內的訊息傳遞及基因表現，並調控兩者細胞間之交互作用。平滑肌細胞藉由釋放第一型(IL-1)及第六型(IL-6)介白素，引發內皮細胞發炎反應，導致發炎相關基因大量表現。而剪力可藉由特定的分子調控機制抑制平滑肌細胞所引起的發炎反應。此外，擾流會引起大量單核球粘黏並橫越內皮細胞，遷移並累積於平滑肌區域。實驗証明單核球的驅動性非常低，遷移至內皮細胞層下後幾乎完全滯留於平滑肌區，此研究結果或可說明何以單核球為貢獻於動脈硬化症形成之最主要型態白血球。平滑肌細胞一旦受到血小板衍生生長因子(PDGF-BB)與第一型介白素同時刺激時，會降低促進收縮型的蛋白表現，型態會由收縮型轉變為合成型。特定抑制劑會抑制血小板衍生生長因子與第一型介白素交互作用所引起的細胞內訊息傳遞，促進平滑肌細胞收縮蛋白表現增加。利用細胞感染帶有顯性抑制的腺病毒，亦會增加收縮蛋白的表現。
裘博士表示，心血管疾病諸如動脈硬化症的形成因素非常複雜，包含了不同型態細胞在不同物理與化學刺激下的交互作用。除了基因、遺傳等可能的影響因子外，環境、飲食的調控亦與心血管疾病的形成息息相關，正需研究者投入心力，由創新的研究發掘重要的致病機制與治療標的。而其一系列的研究結果闡明了血液動力在動脈硬化症細胞病理機轉中所扮演的角色，進而發現創新的分子機制，藉以調控動脈硬化形成過程中的細胞交互作用與型態轉變。藉由對此創新分子機制的發現與了解，或可提供研發新型藥物臨床治療動脈硬化相關疾病的理論基礎。
《文：沈世華整理；圖：裘正健博士；攝影：蕭振祥》
生物技術與藥物研究組學術演講－張盛隆博士
主講人：張盛隆博士
國科會伯樂計畫來台專家學者
The former Senior Investigator (Imaging), MERCK
演講主題：Recent advances in the development
of nonpeptidal drugs for peptide receptors
時間：10：00--11：30, Friday, 2007/3/30
地點：Auditorium, R1-B1222 (B1, Research Building), NHRI Zhunan Campus
國衛院竹南院區研究大樓R1-B1222（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：鄧錦惠；圖：張盛隆博士》
第十二屆生物物理新知研討會
會議名稱：第十二屆生物物理新知研討會
會議時間：民國96年5月23日(星期三)至5月25日(星期五)
會議地點：國家衛生研究院
苗栗縣35053竹南鎮科研路35號
「第十二屆生物物理新知研討會」(The 12th Symposium on Recent Advances in Biophysics)訂於96年5月23日至25日，假國家衛生研究院舉行。會議包含專題演講、特別演講以及壁報展覽，大會並徵求國內外相關領域年輕學者之論文壁報，歡迎相關領域研究者至大會網站線上報名。
大會網址：http://www.sinica.edu.tw/~biophys/12TH
大會語言：英文
上傳壁報摘要截止日期：民國96年5月4日
報名截止日期：民國96年5月14日
Symposium topics：
1. Computational Biology
2. Biomolecular Interacions
3. Systems Biology
4. Medical Imaging and Devices
5. Chemical Biology and Drug Discovery
6. Frontier in Synchrotron Radiation
7. Protein Structure and Function
Plenary speakers：
Felicia Chen-Wu Memorial Lecture,
Dr. Kenneth Kun-Yu Wu, National Health Research Institutes
Dr. Robert Bau, Department of Chemistry, University of Southern California, USA
Dr. Yia-Chung Chang, Research Center for Applied Sciences, Academia Sinica
Dr. Sy-Sang Liaw, Department of Physics, National Chung-Hsing University
Dr. Hung-Wen Liu, College of Pharmacy, University of Texas at Austin, USA
Dr. Ueng-Cheng Yang, Bioinformatics Research Center, National Yang-Ming University
Dr. Tzu-Chen Yen, Department of Nuclear Medicine, Chang-Gung Memorial Hospital and University
Dr. Chin Yu, Department of Chemistry, National Tsing-Hua University
主辦單位：中華民國生物物理學會、國家衛生研究院、同步輻射研究中心、清華大學、中央研究院生物化學研究所等
協辦單位：國科會生命科學研究推動中心、中研院生醫所、中研院分生所、中研院化學所、中研院基因體研究中心、中興大學、財團法人健康科學文教基金會等
通訊地址：11529台北市南港區研究院路二段128號
中央研究院生物化學研究所
電話: (02) 2785-5696分機1164
傳真: (02) 2788-9759
Email: htai@gate.sinica.edu.tw
《文：何書賢，沈世華；圖：研討會海報》