【專題報導】張瑛芝3D細胞培養技術 一個月配對個人化治療藥物

2021/10/23
【專題報導】張瑛芝3D細胞培養技術 一個月配對個人化治療藥物
中央研究院基因體研究中心研究員張瑛芝開發了3D細胞培養技術,經臨床驗證能在一到四週內,將單顆細胞增殖成3D結構細胞組織的平台,可應用於個人化醫療及臨床前藥物測試,期盼打通精準醫療的重要關節。

Special Report | 專題報導 Vol. 87 2021-07

一顆細胞就能養!打通精準醫療關節
張瑛芝3D細胞培養技術 一個月配對個人化治療藥物

中央研究院基因體研究中心研究員張瑛芝開發了3D細胞培養技術――R3CE (Rapid, Reproducible, Rare Cell 3D Expansion)技術,經臨床驗證能在一到四週內,將單顆細胞增殖成3D結構細胞組織的平台,可應用於個人化醫療及臨床前藥物測試,並透過科技部價創計畫成立亞擴細胞生醫,未來可切入細胞治療、體外細胞培育、細胞資料庫等領域,期盼打通精準醫療的重要關節。

撰文/李林璦


Profile

現職:

  • 中央研究院基因體研究中心  研究員
  • 中央研究院生醫轉譯中心及應用科學研究中心 合聘研究員
  • 合度精密生醫 (CellMax Life) 共同創辦人
  • 亞擴細胞生醫 (AcroCyte Therapeutics) 共同創辦人

研究專長:

  1. 發展生化奈米材料與其應用,從了解生物分子的功能與機制著手,結合材料工程設計,研發智慧仿生材料與介面。
  2. 透過智慧材料介面和微流體技術,分離、純化和培養稀有細胞。
 

2013年以前,「精準醫療」這名詞對世界來說十分陌生,但近年來隨著次世代基因定序、循環腫瘤細胞 (Circulating Tumor Cell, CTC)、細胞治療技術的逐漸發展,已步入眾人視野中。

精準醫療該如何「精準」?中央研究院基因體研究中心研究員張瑛芝認為,關鍵在於「稀有細胞技術(Rare Cell Technology)」,稀有細胞技術對於檢測癌症患者的循環腫瘤細胞、孕婦的循環胎兒細胞(Circulating Fetal Cell, CFC)、幹細胞都非常重要。

張瑛芝心中的精準治療大藍圖,希望從液態活檢中分離出稀有細胞,培養患者細胞後,進行藥物篩選與治療,找到最適合患者、最有效的療法。

先前,張瑛芝曾開發出仿生膜塗層,能在數十億顆白血球中捕獲癌細胞,並且在過程中以「活捉」的方式,收集到腫瘤細胞,打破了循環腫瘤細胞技術靈敏度、活性兩大緊箍咒,並將此一「癌細胞捕手」技術技轉出來,於美國成立合度精密生物(CellMax Life)公司。

突破了精準醫療第一步─稀有細胞純化、分離後,下一步便是培養稀少細胞,於體外培養擴大,以便於做藥物篩檢、治療,張瑛芝一片片將精準醫療的拼圖拼上,攻入液態活檢的下一哩路。

單顆細胞也能養  打通精準醫療關節

張瑛芝中研院的團隊開發了3D細胞培養技術―― R3CE (Rapid, Reproducible, Rare Cell 3D Expansion)技術,由全合成的生物相容性聚合物塗層製作而成,無論是循環腫瘤細胞、組織切片、幹細胞或是永生細胞株,都可以藉由R3CE技術從單一顆細胞生成3D結構細胞組織,經臨床驗證能在一到四週內,將單顆細胞增殖的平台。

從初始播種小於300顆細胞,培養5天之後,實驗數據顯示,每個單細胞均可增值為具有400~1,000顆細胞組成的3D 細胞球。

「不管是要進行藥物篩選或細胞治療,都需要取出患者『活的』細胞,進行培養或改造,但是,通常培養細胞時,細胞之間的交互作用很重要,單獨一顆細胞培養十分困難。」張瑛芝表示。

此外,更困難的是,從人體取出的細胞是非常多元化、複雜的細胞族群,分離出需要的細胞也非常困難,以循環腫瘤細胞來說,分離出來的細胞數量太少,不足以做更近一步的分析研究或儲存。

目前的液態活檢大多是做DNA、RNA分析,看患者基因上的特定標靶,再利用細胞株或動物試驗進行藥物篩選,此方法無法達到完全個人化的藥物篩選,且動物試驗的時間也長,難以即時給予患者治療建議,因此,在臨床上最大的困境,就是治療方案都是猜測與不斷的嘗試,還沒有人可以在不針對特定靶點下,直接進行病人即時檢測。

若利用R3CE技術,可以在兩星期內,將患者腫瘤細胞在體外大量培養,而且這些細胞是使用患者患病當下的細胞直接進行放大檢測,是最即時且最切貼近患者實際狀況的。

「利用96孔盤培養細胞後,可同時進行多項藥物篩檢,並在一個月內告訴醫師與患者哪些藥物治療最可行。如此一來,便打通了精準醫療的關節!」張瑛芝說。

張瑛芝開發的3D細胞培養技術─R3CE (Rapid, Reproducible, Rare Cell 3D Expansion)技術,由全合成的生物相容性聚合物塗層製作而成,無論是循環腫瘤細胞、組織切片、幹細胞或是永生細胞株都可以藉由R3CE技術從單一顆細胞生成3D結構細胞組織,經臨床驗證能在一到四週內,將單顆細胞增殖的平台。(圖片來源/張瑛芝提供)


R3CE攻破口  預測自體細胞療法效果

R3CE技術讓張瑛芝更接近其夢想藍圖,但若要實現,還需要做更多的臨床試驗,所以張瑛芝後來與臺大醫院、臺北榮民總醫院、林口長庚醫院、美國史丹福大學癌症中心等,進行多年癌症化療藥物篩選的合作,目前的數據都非常令人信服。

R3CE技術除了突破癌症精準化療的瓶頸外,也與臺灣近年大力推行的自體細胞治療息息相關。

張瑛芝指出,自體細胞治療或所謂的個人化細胞治療從患者體內抽出的細胞,經過處理後打回患者體內,或許安全無虞,但卻缺乏事先可臨床驗證的策略,導致其療效連醫師都難以評估,可以說這個領域還處於十分渾沌的狀態中。

但也並非表示自體細胞治療無效,只是需要做更多的品質管制,給醫師更多的有效性數據,就如同任何蛋白質藥物、小分子藥物在申請藥證時,都有有效性的統計數據佐證。

>>本文節錄於《環球生技月刊》Vol. 87

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