奈米科技與生物醫學的結合,在生活中已有許多應用,例如易於讓皮膚吸收的保養品、具有消毒抗菌功能的清潔用品等,其中發展各種不同的奈米粒子作為功能性分子載體,用於基因傳遞、再生醫學、藥物傳輸以及癌症治療更是奈米醫學應用的研究熱點。以奈米粒子做為藥物傳輸載體,多具有可調控內容物、粒子表面容易修飾、容易合成等特性,然而目前大多數的奈米載體為外源性物質,其生物安全性、細胞毒性一直是醫學應用上的重要課題。
本所黃東明副研究員帶領研究團隊以人體血液中的紅血球,開發紅血球微囊(RBC-derived vesicles, RDVs)作為奈米載體之新穎技術,因其生物內源性的特性,安全性高於其他外源性載體,同時因為高生物相容性,能在生物體內的循環系統維持較長時間的循環與利用。本技術已獲得我國以及美國專利,並獲得第10屆新創獎、第18屆新創獎精進續獎。
目前在市場上可購得或開發中之奈米載體各有其優缺點,如聚合物或無機物材料的奈米粒子,雖然可精準調控合成,但有溶解性較差或對細胞產生毒性的問題;脂質的奈米粒子合成容易但對於藥物裝載的效率較差,雖然具有較佳的生物相容性,然而都有著不可避免的問題,那就是這些奈米粒子都是以生物體外的材料經人工合成,衍生出許多令人擔憂的奈米毒性爭議。黃副研究員研究團隊以人類紅血球作為材料在體外製成RDVs,除了同樣具有容易合成及修飾的奈米粒子優勢,由於製程無須使用有機溶劑,因此具有高度生物安全性,解決了排斥與細胞毒性的問題,且因為生物內源性與高生物相容性,RDVs能在生物體內的循環系統維持較長時間的循環,更有效地將所裝載的功能性分子或藥物送至生物體內的病灶處,因此得以提高治療效果。
RDVs在臨床的可應用方式相當廣泛,例如可傳送氧化鐵粒子進入幹細胞內並對細胞具高度安全性,可有效運用在幹細胞標定與核磁造影追蹤中。讓RDVs裝載光敏感物質,就可運用在光動力癌症治療中,且由於RDVs能提供光動力治療所需的氧氣,在細胞實驗中顯著提高對癌細胞的毒殺能力。利用RDVs裝載俗稱小紅莓的抗癌藥物阿黴素(Doxorubicin, Dox),也成功在皮下黑色素細胞瘤的動物實驗中,讓Dox經由溶酶小體-粒線體路徑毒殺癌細胞,更有效縮小了腫瘤的體積,且降低了Dox對生物體的副作用。
RDVs是高效且安全的奈米載體,提供醫、學、研界一種新材料,除了上述癌症治療中的應用,研究團隊期望透過後續的深入研究與臨床實驗的探討,能發展出更多RDVs的應用方向,改善醫學診斷和醫療處置,造福民眾。
自由時報「紅血球微囊運藥 精準攻擊癌細胞」:https://news.ltn.com.tw/news/life/paper/1570642
中央通訊社「紅血球變癌藥專車 國衛院研發奈米載體抗癌利器」:https://www.cna.com.tw/news/ait/202303060127.aspx
國語日報「國衛院研發 紅血球微囊作為藥物載體 療效佳」:https://www.mdnkids.com/content.asp?sub=1&sn=10526
(文、圖:生醫工程與奈米醫學研究所/黃東明副研究員研究團隊、李維靈、鄭鈞木)