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臺大生化科技學系何佳安教授跨校團隊成功研發奈米材料治療急性心肌梗塞

Written By: admin on 六月 30, 2011 72 Comments

成大醫學院助理教授謝清河(右)與博士生林意棟,研發以奈米水膠結合幹細胞,治療心肌梗塞的全球首創方法。 記者修瑞瑩/攝影

心肌梗塞的新星,藥劑型奈米材料與幹細胞的結合,直徑約80奈米的PLGA(聚乳酸甘醇酸高分子)粒子,可攜帶藥物、幹細胞,發展出治療急性心肌梗塞的藥劑,讓心肌再生。 

此項傑出成就由成大奈米科技暨微系統研究所的葉晨聖教授與謝清河教授、臺大生化科技系的何佳安教授組成的跨領域研究團隊在國科會自然處經費資助下,近年來致力開發創新及更有效的藥劑型奈米材料之相關研究。研究發表於2010年9月心臟血管研究領域中排名第一的國際期刊循環學雜誌(Circulation 2010;122:S132-141)。這項研究發表展示奈米材料可用於治療心血管疾病,且具有相當大的發展潛力。 

心臟衰竭位居我國十大死因第二名

根據衛生署的數據顯示,心臟病位居2009年我國十大死因的第二位。心臟病會造成冠狀動脈梗塞,使血液無法有效送到心肌細胞造成壞死,導致心臟功能失常而心臟衰竭,造成死亡。 

美國約有460萬人受到心臟衰竭疾病的威脅,每年新增約55萬名病患,其中大多是超過65歲以上的老年人。

心肌梗塞示意圖

臺灣2005年至2010年的十大死因中心臟疾病持續位居前五名之內,每年約有50萬的心臟病患,其中有9成病因與高血壓有關。一旦病發,死亡率高達三成;即使僥倖存活,也會因為病患的心肌細胞壞死、壞死心肌組織纖維化使心室壁變薄,無法承受心臟內壓力而擴大,最後同樣走上心臟衰竭這條路。
目前在臨床上大多以藥物控制心臟衰竭,例如使用血管張力素轉化酶抑制劑(ACE inhibitors)、乙型阻斷劑(β-blockers)、毛地黃醣(digitalis glycosides)以及利尿劑(diuretics)等,但都只能用於症狀治療,且普遍具有副作用;雖然目前心臟移植也可用於治療心臟衰竭病患,但是由於器官捐贈者缺乏以及免疫排斥等問題,心臟衰竭病患通常在等待合適的心臟移植期間有可能就已經死亡。因此開發新的治療方法是目前急需解決的醫療難題。

 

近幾年逐漸研發出許多不同形式幹細胞治療方法,用以治療心臟疾病,但是仍有許多臨床上的難題有待解決。舉例來說,當幹細胞經由體外長時間培養繁殖再注射到心臟後,大多數瞬間即被血流帶離心臟或快速死亡。少數存活下來幹細胞也很難分化為成熟且具有功能的心肌或血管組織,因此功效並不佳。 

 

新療法可有效治療並縮短療程

 
葉晨聖教授已開發出對人體具有安全性的高分子奈米材料治療平台與技術,可廣泛應用在各種治療與診斷方法,成功的展示藥劑型高分子奈米材料有效治療腫瘤的例子;何佳安教授已成功地將高分子奈米材料結合幹細胞做為以幹細胞為主的治療藥劑,並同時可作為追蹤幹細胞的工具,更重要的是經過高分子奈米材料結合的幹細胞已證實不會影響其分化行為,可有效同時進行追蹤與治療的目的;謝清河教授則是幹細胞方面的專家,已成功的以高生物相容性的自組裝胜肽奈米纖維水膠做為治療藥劑,直接注射到蘭嶼迷你豬的心臟梗塞受損區域,提供梗塞區域機械性的支持,進而減緩心室壁變薄與心臟擴大等後遺症,並善心臟舒張功能異常。 

不過,由於發現水膠會堵塞,因此不能注射在血管,因而改用PLGA承載生長因子藥物,直接注射老鼠心臟,讓生長藥物在PLGA的承載下,以及抗體的導引原理作用,讓藥物能夠留在心臟發揮作用。 

謝清河強調,不同於一般只注射藥物,藥會無法準確留在心臟發揮作用,這次改以PLGA結合生長因子藥物的注射心臟方式,對照傳統只打藥物治療,或沒做治療患者的心臟,心臟功能可提高50%,而此效果在實驗的老鼠身上,至今已維持1個月,仍在持續觀察中。 

而葉晨聖也談到,這個材料是屬於多功能型藥劑,結合了追蹤、攜帶藥,不僅可以同時觀察變得怎樣,還可以可以攜帶藥,因此與幹細胞做結合,能把效能提昇,且改善血管區域面積,暢通也會改善10倍。


 

研究計畫摘要

利用奈米纖維水膠結合自體骨髓幹細胞以治療豬心梗塞的大動物模式 

背景介紹 

逐年增加的小動物實驗研究顯示,心肌梗塞(MI)後於心肌內作材料充填有助於改善心臟功能。此外,另一個有潛力的治療方式是作細胞移植;然而,細胞移植的存留率不佳是一尚待克服的難關。因此,本研究以迷你豬作為大動物實驗模型,我們假設自組裝胜肽奈米纖維(NFs)的材料充填可增加梗塞後的心壁厚度,同時提高自體骨髓單核細胞(MNCs)移植後的存留率,進而改善梗塞後有害的心肌重塑與功能異常。 

材料方法與結果 

本研究將40頭性成熟的迷你豬隨機均分為5組:假手術組與4組梗塞組。梗塞組中,先以冠狀動脈結紮引起梗塞,接著分別注射2 ml的生理食鹽水(MI+NS)、1%的自組裝奈米纖維 (MI+NFs)、108顆的自體骨髓單核細胞混於生理食鹽水(MI+MNCs)、以及自體骨髓單核細胞混於胜肽奈米纖維(MI+MNCs/NFs)。治療28天後,超音波以及心導管的檢測指出:胜肽奈米纖維的充填可以明顯減緩梗塞後的舒張功能異常與心室重塑;而自體骨髓單核細胞移植的作用則以改善收縮功能為主;最重要的是,當自體骨髓單核細胞混合於胜肽奈米纖維的治療,可以顯著地同時增進梗塞後的收縮與舒張功能。由免疫螢光組織染色的結果可以推論,混合胜肽奈米纖維以及細胞移植的治療效果,很可能是由於移植細胞的存留率可因此提高近8倍,進而增強於梗塞周圍區域的血管新生現象。 

結論 

我們的結果顯示,胜肽奈米纖維本身可以透過增加梗塞後的心室壁厚度,以達到避免惡性心室重塑的效果;而當其混合細胞治療的時候,亦可以增加移植細胞的存留率,進而改善梗塞後的心功能本研究為世界首例結合兩種前端的治療材料與技術,並於大動物實驗測試中證明有顯著治療效果,我們相信此研究成果,能在不遠的未來轉譯並應用於臨床上,嘉惠眾多心臟疾病的病患。 

 

資料來源: 

http://stn.nsc.gov.tw/view_detail.asp?doc_uid=1000516001&kind_no=A06 

http://host.cc.ntu.edu.tw/sec/schinfo/schinfo_asp/ShowContent.asp?num=1046&sn=10218 

http://conf.ncku.edu.tw/research/articles/c/20110128/2.html 

http://www.nownews.com/2011/04/21/327-2706425.htm

http://mag.udn.com/mag/life/storypage.jsp?f_ART_ID=277004

http://web.ncku.edu.tw/files/16-1000-70559.php

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