【封面故事】投身iPS細胞分化自動化技術 中研院沈家寧 催化細胞編程技術之代謝疾病臨床應用

2021/10/10
【封面故事】投身iPS細胞分化自動化技術 中研院沈家寧 催化細胞編程技術之代謝疾病臨床應用
從「胰肝轉分化」研究踏入iPS領域,臺灣幹細胞學會理事長、中研院基因體研究中心副研究員,同時也是國家生技園區創服中心執行長的沈家寧博士,將iPS應用於糖尿病等代謝疾病研究,並與長庚、臺中榮總等醫院合作

Cover Story | 封面故事 Vol. 86 2021-06

投身iPS細胞分化自動化技術
中研院沈家寧 催化細胞編程技術之代謝疾病臨床應用

從「胰肝轉分化」研究踏入iPS領域,臺灣幹細胞學會理事長、中研院基因體研究中心副研究員,同時也是國家生技園區創服中心執行長的沈家寧博士,將iPS應用於糖尿病等代謝疾病研究,並與長庚、臺中榮總等醫院合作,盼開發出糖尿病自體移植治療方法。已是當今臺灣iPS學界領銜人物之一,沈家寧目前也投入臺、日合作,將自動化製程技術應用在iPS細胞分化程序,以促進iPS臨床應用早日實現。

撰文/巫芝岳


「預官退伍後在臺北榮總擔任研究助理時,從實驗中獲得很多成就感,我的科學路其實很單純地因為自己的興趣,就這麼走下來了……。」

臺灣幹細胞學會理事長,也是當今臺灣iPS學界領銜人物之一的中研院基因體研究中心副研究員、同時也是國家生技園區創服中心執行長的沈家寧博士,談起自己的科學研究之路,仍難掩初衷時的熱情。

總是面帶親切笑容,在同儕眼中「常流露出科學研究才氣」,沈家寧最早從「細胞轉分化」研究到踏入iPS領域,也成為幹細胞學界公認的國內iPS研究先驅,一路走來見證了臺灣iPS研究的發展。

胰細胞轉肝細胞研究  登上《Nature Cell Biology》

沈家寧的研究「才氣」,早在博士之前就展現,在榮總擔任研究助理時,發現自己在基因cloning(基因選殖)實驗上,做得特別有效率,因此參與了子宮頸癌乳突瘤病毒的研究論文發表,並因此進入陽明大學醫學生物技術研究所碩士班就讀,進行肝癌細胞訊息傳遞研究,碩士畢業之後,前往英國巴斯大學(University of Bath)深造,投入「胰肝轉分化」的機制研究。(編按:「轉分化」係指由一類型的分化細胞,轉變成另一類型細胞的現象。)

「胰臟和肝臟屬於『同源』,在人類胚胎時期,都是由內胚層發育而來。因此,大約40年前就有科學家在大鼠上發現,受損的胰臟會在試圖再生過程產生類似肝臟的細胞。」

「這是自然界器官再生能力的展現」沈家寧說,當時的研究便是進一步探索這項特殊的細胞分化過程。

這項「胰細胞轉分化為肝細胞」的實證研究,也於2000年登上權威期刊《Nature Cell Biology》。

「追求造物主奧秘」 開發糖尿病iPS自體移植治療

沈家寧又想進一步反向探索「肝細胞能否轉為胰島細胞呢?」,「對於先天胰島細胞被自體免疫細胞破壞的第一型糖尿病患者,如果能把部分肝細胞轉分化為胰島細胞,就能帶來療效希望。」他說。

沈家寧說明,由於糖尿病的高盛行率及胰島移植的來源絕對缺乏,團隊利用重新編程策略將肝臟細胞轉分化為具功能的胰島細胞,並利用糖尿病小鼠試驗模式,驗證開發糖尿病自體移植治療方法。

接著,在iPS細胞技術被發表後,對成熟體細胞能夠被重新編程並誘導生成多潛能幹細胞(Pluripotent Stem Cell),回到發育的早期階段,沈家寧升起想探索「造物主奧秘」的好奇心!

他於是涉入同樣是應用細胞重新編程技術的iPS研究,探索為何iPS重新編程這麼困難,以及在將體細胞誘導為iPS細胞的過程中,為何只有少部分會變為iPS?影響誘導效率的差別又有哪些?除了嘗試解構iPS重新編程的機制外,沈家寧的實驗室持續進行將iPS細胞嘗試分化為胰島細胞。但這項工作非常不容易,每一次實驗起碼要花費一、兩個月的時間才能完成。

沈家寧說明,胚胎發育時,相較發育為神經等細胞的外胚層,以及心肌、免疫等細胞的中胚層,內胚層是最晚發育的部份,因此,要從iPS分化為屬於內胚層的肝臟細胞和胰島細胞,也最花時間,目前做的科學家也較少。

沈家寧團隊也進一步將iPS應用於糖尿病等代謝疾病研究,並與長庚、臺中榮總等醫院合作,利用糖尿病患的血液細胞建立iPS細胞株,以了解其家族為何容易發生糖尿病、為什麼部分第二型糖尿病患較容易發生視網膜病變等併發症等。

>>本文節錄於《環球生技月刊》Vol. 86

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