政大大學報

離心裝置萃取粒線體 有望治療罕見疾病

2018/12/05 21:16:52

【記者謝承學綜合報導】國立中興大學生醫工程研究所教授王國禎帶領團隊,發明「高純度粒線體大量萃取之離心式裝置」,裝置能高效率萃取健康粒線體以供應粒線體療法,目前其他粒線體萃取方式的存活率只有81.1%,而本裝置則能達到97.4%。該作品於11月29日至12月2日在2018台灣醫療科技展展出。

此圖可以看出蛋白質的表現,上面的CV.CII.CIV在表上越清楚,代表製造能量的功能是正常的。 圖/林穎廷提供

現行的粒線體萃取方法主要分為機械法與非機械法,機械法透過反覆且強烈的衝撞破壞細胞膜;非機械法則會對粒線體造成化學毒害汙染以及蛋白質變性。上述方式在破壞細胞膜的同時,皆可能使粒線體受到汙染、構型改變或活性降低。本裝置則可透過離心式微流道裝置,大量萃取高純度健康粒線體,以利粒線體療法發展。王國禎說明,裝置主要分為兩部分,一為用以盛裝充滿細胞的懸浮液之容器,二為用以破壞細胞膜、分離粒線體之微流道裝置。

離心裝置使用原理圖,藉由離心力讓細胞進入流道內,進行破壞細胞壁的動作。 圖/林穎廷提供

容器使用實驗室常見的50毫升離心管,微流道裝置則以黃光微影技術(註1)於PDMS(註2)上澆鑄模型,將兩者組裝後藉由離心力即可將大量懸浮細胞強推進微流道裝置,過程中細胞膜會被破壞,再經由差速離心法萃取高純度無汙染之粒線體。王國禎說:「微流道可以想像是一條原本兩線道的高速公路,但道路縮減成一條,平常細胞膜的大小要在兩道的路才能順利通過,但粒線體不同,只要一道就能通過,所以藉由道路縮減來破壞細胞膜。」

註1:黃光微影技術是在半導體製程上是一項微縮化的關鍵技術,藉由此技術可以完整且精確、大量地複製微小的模具。
註2:PDMS是一種高分子有機矽化合物,通常被稱為有機矽。具有光學透明,且在一般情況下,被認為是惰性,無毒,不易燃。PDMS是最廣泛使用的矽為基礎的有機聚合物材料,其運用在生物微機電中的微流道系統、填縫劑、潤滑劑、隱形眼鏡。
細胞經由離心力作用,進入流道中,以縮減流道大小來分離細胞膜,藉此萃取出粒線體。

據衛生福利部統計處2017年的資料顯示,惡性腫瘤、糖尿病和心血管疾病都在國人十大死因中。研究指出,以上疾病是因為粒線體老化或突變造成,目前主要的治療方式以服藥為主,但僅能延緩病症,很難康復。近年出現一種粒線體療法,以健全粒線體取代老粒線體,達到活化作用,然而健康粒線體的取得是關鍵。就讀中興醫工所的學生林穎廷表示,粒線體療法比起傳統療法更有效,利用本裝置就能解決粒線體取得問題。

本裝置目前已和彰化基督教醫院合作研究,彰基血管暨基因體研究中心副主任張瑞芝說明,由於台灣細胞療法相關法規規定,粒線體療法尚無法用在臨床上,但以老鼠和從人類身上取出細胞株的實驗指出,粒線體療法確實對於相關疾病有更好的治療效果,除了癌症、帕金森氏症外,在粒線體罕見疾病上更是重大突破,例如類中風發作症候群(MELAS),這些本來都無藥可醫的疾病,現在卻都有可能被治癒。「粒線體療法需要克服的,就是健康粒線體供應,而本裝置就是推動粒線體療法的一大關鍵。」張瑞芝表示。