2014年1月6日

時光機奇幻旅程〜給我「組織工程」

利用可分解材料做成組織的長相,種入適當的細胞,細胞順著材料的形狀長出後,便有可能造出理想的組織。

作者/徐善慧(任教台灣大學高分子科學與工程學研究所)

五月的某一天,少年哆啦A夢(以下簡稱A夢)找了他的好朋友徐博士,以及大雄一起喝咖啡。言談間,突然A 夢的眼睛閃出了光芒,露出一抹神祕的微笑,小聲對徐博士說道:「我打算請幾天假,如果……如果我們家大雄搞出什麼麻煩事,還請徐博士幫忙解決……」。

徐博士啜了一口咖啡:「我就知道找我喝咖啡沒好事!……不過,你這種有時光機與任意門可用的超能力「貓型仿生機器人」〔註一〕,去哪裡會需要請假,我才不信!」

A夢:「這就是我請你過來說服大雄的原因了……」。

接著A夢與徐博士交頭接耳了一番,只見徐博士的表情有如四川變臉般,突然變得有點嚴肅,頻頻點頭:「……原來如此,好的,讓我幫你說服大雄吧!……」。

首航
於是一切有如A夢的奇幻旅行計畫般,A 夢順利地搭乘時光機來到了2070 年。

……

A夢順著衛星導航系統的資訊走著走著,看到一個像是巨蛋的魔幻透明屋。「應該是這兒了!……」A夢興奮地自言自語。

只見巨蛋門口有道水濂,走近一看,一個牌子上寫著「請由此進——組織工程美體小瀑」。A夢快速鑽過小瀑走了進去,身體竟然沒濕。此時一位女士走了過來,親切地說:「歡迎……請坐。剛才幫您噴上的是「奈米級」可分解防曬成分,看似透明的小顆粒,像水滴般,但卻會阻擋紫外線。這是因為我們醫療中心是全綠能建築,利用太陽能〔註二〕,不僅提供光線,也提供電力。請坐……」

這時另一位女士走了過來:「您好,我是佛康蒂醫師。看來您尚未加入會員,算是初診客人,請問今天需要何種服務?」

A夢(稍微有點羞赧):「我做了一些功課,聽說貴中心服務包括對小耳症〔註三〕的病人……」

佛康蒂醫師(瞧了A夢頭部一眼):「您想要一對耳朵? 我們樂意替您服務!請問您有什麼造型上的要求嗎?」

A夢:「好用最重要!……其他沒有了……不,還有,距離要夠,否則被我的竹蜻蜓打到就糗了……

套餐?
佛康蒂醫師交代了剛才第一次遇到的親切女士。女士走了過來:「我們有提供三種不同套餐,請您過目。」

A夢好奇地翻開「菜單」,只見上面寫著:「巨蛋綠能全醫療中心組織工程部門」為您提供以下三種套餐——A餐:不能分解材料。B餐:可分解材料。C餐(又稱經典組織工程餐):可分解材料+細胞。

A夢大笑:「只差沒有銅鑼燒啦!請問這三種套餐的差別是……」

女士說:「A餐是100年前成熟,B餐是50年前成熟,C餐是最近20年的尖端科技……」

A夢又大笑:「哈哈!那我不是只有C餐可選了……」

女士翻動菜單到下一頁,只見上面寫著:C餐又可分為以下三種——C1餐:可分解材料+細胞。C2餐:可分解材料(含生長因子)+細胞。C3餐(又稱組織工程吃到飽大餐):可分解材料(含生長因子)+幹細胞。

A夢又大笑:「哈哈!既然來了,就吃到飽吧!」

這次變成女士笑了:「好的,好的,我們馬上幫您安排頂樓的總統套房……」

A夢:「啊!奇怪?我是在看菜單訂套餐還是在看菜單訂套房?」

女士:「不是的,C3套餐的整個療程超過一個月,因此訂餐附贈總統套房!」

A夢著急地說:「啊!什麼!等等,讓我……讓我先回去辦妥請假手續……」

原來A夢原先以為幾天之內就能完成的長耳朵手術,沒想到卻要花上一個月〔註四〕。想到徐博士念茲在茲提醒A夢只幫他顧大雄一個星期,看來要費盡唇舌解釋一番了……

穿梭時空
A夢走出巨蛋,迫不及待拿出時光機,鑽了進去……

沒想到A夢頓時發現自己在一群惡臭的垃圾塑膠堆中站了起來,原來巨蛋是從廢塑膠變出來的,塑膠回收變成了建材,垃圾場變巨蛋〔註五〕!受不了惡臭,趕緊用任意門回到了21世紀大雄家中。在一切交代完後,又重新來到2070巨蛋。

佛康蒂醫師幫A夢從他圓滾滾的身體取出了油油的脂肪組織,交給中心附設有GTP(優良組織操作規範)執照的細胞工廠,由專業幹細胞工程師,從脂肪組織萃取出了間葉幹細胞。經由約一週的過程,讓間葉幹細胞(mesenchymal stem cells)成長到充足的數量。

接著高分子材料工程師在有GMP執照的工廠製作出了軟Q且像極耳朵的「可分解高分子支架」〔註六〕,並含入了有利於間葉幹細胞分化成為軟骨細胞並持續生長的生長因子〔註七〕。

一切「食材」準備就緒,但因為C3餐[可分解材料(含生長因子)+幹細胞]是一組合套餐,所以必須將準備好的間葉幹細胞種在可分解高分子支架內,繼續在細胞工廠的「生物反應器」中培養個幾週〔註八〕。最後確認品質一切OK,C3餐即將上桌!

A夢從頂樓的總統套房走出來,到了手術房,笑著對佛康蒂醫師說:「迫不及待……」..........【更詳細的內容,請參閱第529期科學月刊】

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註一:有興趣的讀者,請參閱《科學發展》第476期:〈人體哆啦A夢〉一文(2012年8月),該文介紹生醫高分子,和本篇的觀念銜接,因為「組織工程」的發展歷史與「生醫高分子」有關。
註二:太陽能是利用「光」產生「電」,屬綠色能源。提高光電轉換的效率,降低成本,則能為人類提供永續的能量來源。
註三:麻省理工學院藍格教授、哈佛醫學院佛康蒂醫師等人所組成的團隊,最早就是利用上述方法,在老鼠的背部長出一個耳朵。而小耳症常是由先天缺陷造成的障礙。
註四:造出一個組織需要時間,耳朵因為只有一類細胞(軟骨細胞),所以時間較短,但也要一個月以上。
註五:大量不能分解塑膠的使用造成了環境的問題,資源的回收再利用,是永續科技中一個重要的課題。
註六:組織工程=可分解材料支架+細胞。那麼組織工程要成功,在可分解材料的這一部分也要講究。製造醫療用材料必須符合優良製造規範(GMP)。做出來的可分解材料支架,必須符合原來組織(如:軟骨)的性質,細胞才會長得好,因此大部分都是用具有較高彈性的可分解高分子來做。
註七:很多時候,細胞在可分解材料支架內失去了活性,不願意生長或表達出正確的功能,因此加入生長因子,來輔助細胞達成其應該有的功能。
註八:組織工程生物反應器是模擬體內動態流場與力學環境,使得[可分解材料支架+細胞]組合能在最仿生的環境長成最仿生的組織出來。有些研究學者不是利用體外的生物反應器,而是把[可分解材料支架+細胞]組合植入裸鼠(沒免疫的老鼠)長好再取出,但是這種方式應該不是怕老鼠的A夢會選擇的。

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