【記者呂詠倢報導】金屬有機框架（Metal Organic Frameworks, MOFs）是化學界近年來炙手可熱的研究領域，在工商業應用上具高度潛力。國立中央大學化學系教授謝發坤團隊，在生物醫學範疇的MOFs研究中成功開發「水相固相結晶」技術，可藉溫和製程將酵素封裝至MOFs中，該成果同步登上頂尖期刊《德國應用化學》封面。 MOFs是一種微小的奈米級架構，它們由金屬原子作為節點，再透過有機物質作為分子連接臂，將眾多原子串接而成，形成內含規則孔洞的網狀「奈米海綿」框架。其中，分子連接臂的成分、長度與柔軟度會影響孔洞的大小與形狀，因此研究團隊可像組裝樂高般精準調控其特性，將酵素儲存至孔洞內，再運用其傳輸特性釋放至人體內。然而，多數金屬材料的合成仰賴高溫、強酸等嚴苛條件，容易導致MOFs孔洞中封裝的脆弱生物分子喪失活性。 為克服此類困境，謝發坤過往曾研發出溫和的「一鍋合成法」，讓鋅原子或其他較柔軟的金屬，在逼近常溫常壓的水溶液中與有機分子組成MOFs，這種被稱為「水相結晶」的做法成功後，團隊也繼續嘗試合成更堅固的高級金屬——鋯。 謝發坤說明，由於鋯起初在水中形成的結晶構造相當混亂，難以合成MOFs，因此團隊利用「交換作用」，找來可在水中溶解的有機分子「甲酸」與「富馬酸」，先將甲酸作為調控劑與鋯原子結合，輔助彼此有序排列，形成穩定、可發展的晶核，接著在適切的時間點讓富馬酸介入晶體架構，取代調控劑的位置，接續發展晶體並逐漸形成完整MOFs。參與研究的央大化學系主任蔡惠旭以參與演唱會的經驗比喻此過程，「就像混亂場館中有人先有序佔位，等真正觀眾到來後再讓位，一來一往就能形成整齊排列。」 而富馬酸之所以能在關鍵時刻介入，得益於央大化學系碩士生陳以芹執行的酸鹼模型理論計算，他透過模擬不同酸鹼度模型下MOFs的成長情況，推估材料的協調反應與速率，「在特定的溫度與酸鹼度條件下，甲酸如果接受到足夠多的氫離子就會脫離金屬原子。」 水相固相結晶技術的另一大創新點，在於顛覆傳統MOFs封裝酵素的先後順序。謝發坤解釋，傳統作法是先合成MOFs再讓酵素進入孔洞，但反覆的開關過程容易導致酵素流失，降低封裝效率；或因外部進出口狹小，導致結構較大的酵素難以穿過，限制組合的多元性，「所以我們改在合成MOFs時就把酵素包覆進去，做到一體成型，大大地避免了散溢的現象。」 未來鋯基MOFs若可藉此發揮蛋白質藥物傳輸的潛力，將有望開創新一代生物醫學應用。謝發坤點出市面上常見的酵素，多數會被胃酸消解，效果不彰，「但是鋯基MOFs只怕鹼、不怕酸，我們的技術也給了它一層奈米保護殼，能讓它順利進到鹼性的小腸環境才崩解。」對此，中央研究院化學研究所副所長江明錫點出MOFs具備精準的定點藥物投放能力，而這也是當今製藥業的開發方向，「能在最低劑量下達成最有效的治療，就可以減少沒必要的成本浪費和人體健康耗損。」 目前全球僅有五至六組團隊深耕生物醫學面的MOFs應用，謝發坤團隊所研發的水相固相結晶技術更是世界首創。他期待未來能藉鋯基MOFs創造更多經濟產值，甚至是在政治敏感局勢下掌握稀土回收的能力，進一步展現國際獎項所重視的創新性與影響力。

【記者許如鎧綜合報導】隨著新冠疫情肆虐，因確診、注射疫苗而併發血栓（註一）死亡的案例層出不窮，相關問題成為人人自危的健康議題。國立陽明交通大學陽明校區NYCU-Taipei團隊以「NATTO_IT_OUT」為題，運用納豆激酶（註二）設計一系列裝置解決深部靜脈栓塞問題。此專案奪得2021國際遺傳工程機器設計競賽（International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM）金牌。註一：血栓即血管因血塊、脂肪等栓塞而造成血液不流通的症狀，可能發生於身體各部位的血管，造成不同程度的身體危害。發生於靜脈時稱作深部靜脈栓塞。註二：納豆激酶（Nattokinase）是一種絲氨酸蛋白酶，具有抑制、溶解血栓的功能。 國立陽明交通大學NYCU-Taipei團隊，在國際遺傳工程機器設計競賽中摘金。　圖／研究團隊提供「深度靜脈栓塞的治療方法主要是使用抗凝血劑。」台灣胸腔及心臟血管外科學會專科醫師許原彰說道，初步治療都是先透過抗凝血劑，若情況較為嚴重，才會選擇血栓溶解治療或血管介入治療。他也指出，抗凝血劑實際上並無法溶解血塊，而是防止新的血塊生成，且可能因凝血機制受藥物影響而造成腸胃道出血等症狀，因此無論用藥、停藥，均需醫師的專業判斷。此次團隊研發的活性生物性治療產品（註三）讓人們在面對深部靜脈栓塞時，有抗凝血劑之外的新選擇。團隊將產品設計為膠囊狀，並讓內含的基因改良菌株於小腸壁面生長，且可以在腸道停留數週。菌株在接收到紅外線時可以產出納豆激酶，讓使用者能透過控制紅外線應對深部靜脈栓塞。註三：活性生物性治療產品（Live Biotherapeutic product, LBP）是一種內含基因改良細菌的膠囊，其中的基因工程菌具有可接收紅外線的光遺傳控制系統，以及可生產納豆激酶的基因段。 1為檢測裝置，2是團隊設計的活性生物性治療產品，3則是包裝菌株的膠囊外殼，4為具分析程式的手機。　圖／研究團隊提供團隊為讓活性生物性治療產品方便使用，設計出一套完整方法，運作方式分作數個步驟。首先，使用者先以檢測裝置偵測唾液中作為血栓指標的因子D-dimer，並將數據回傳至手機，經過APP評估因子濃度後，再透過手機發出紅外線，讓腸道內的基因工程菌穩定產出納豆激酶，進一步解決血栓問題。團隊成員姜宗昇補充道：「可以讓檢測跟治療變成一連貫的。」 經檢測裝置偵測血栓危險因子後，將數據傳送至手機APP，分析發出紅外線刺激腸道中的基改菌釋放納豆激酶。　圖／研究團隊提供目前專案雖尚未進入臨床階段，但團隊成員們仍相當期待此研究的未來發展。「就核心技術而言，我們當然希望遠端調控基因工程菌的技術可以做推廣。」團隊隊長呂政儒表示，這項技術不只能應用於納豆激酶的釋放，更有機會應用在臨床上的精準投藥、生物晶片、抑或是生質能領域。