本院7組研發團隊榮獲「2020年未來科技獎」

由科技部主辦的「未來科技展」,今(2020)年吸引超過六百組的技術團隊角逐,在經過各領域專家層層的審核下,最後由71組研究團隊脫穎而出。本院共有7組研究團隊獲獎,國衛院電子報將陸續為讀者介紹該7項獲獎技術。

 技術名稱:亞奈米金貼紙以及其抑制脂多醣誘發敗血症之方法:應用於惡性傷口的治療

 獲獎者:生醫工程與奈米醫學研究所林淑宜研究員

 靈感來源
一個細胞實驗汙染,開啟了一個新的契機!原本依循現有的計畫進行細胞實驗的林淑宜研究員研究團隊,在實驗進行中有一組實驗組遭到汙染,起初實驗室人員以為是自己操作不甚導致,因此重新再操作新的一批,然而同樣的實驗組又汙染的現象也在第二次實驗過程重現,因此關注起這個異常現象;在與臨床醫師討論後,依據現行的臨床困境結合實驗過程發生的現象推測可能的機制,因此有了新的發現。

 技術原理
林博士研究團隊設計的「亞奈米金微粒」顧名思義就是體積比奈米還要小十倍的金微粒,其外型類似絨毛地毯,由金當基底層,表面帶有像絨毛般的分子結構所組成。其作用機制為:亞奈米金微粒表面的分子結構可以改變脂多醣(細菌死亡後會釋放的活性分子)的構型,鎖住脂多醣的活性部位使其失去活性,有效降低脂多醣引起的發炎反應。而鎖住脂多醣的方法即是利用亞奈米金微粒表面上修飾的化學分子形成黏著層,黏著層有效縮短脂多醣中之活性中心(Lipid A)長碳鏈之間的距離,降低脂多醣與免疫細胞表面類鐸受體4(Toll-like receptor 4)的結合,如同鑰匙孔無法被鑰匙打開一般,因而使劇烈發炎反應的下游訊息無法傳遞,進而減緩後續的連鎖性發炎反應(Nano Lett. 2018;18: 2864-2869)。

重要性
臨床上使用抗生素治療菌血症,細菌死了,但患者為何也無法存活?通常細菌死亡後會釋放的脂多醣,意思就是抗生素消滅越多的細菌就會有更多的脂多醣產生,而要達到治療效果就必須使用更多的抗生素;不幸的是,脂多醣容易與細菌感染防疫的最後一線抗生素colistin(粘菌素類,一種環狀類胜肽化合物)相互吸引,從而干擾低劑量抗生素的殺菌效果,導致臨床醫師在治療患者時必須提高抗生素之劑量,長期為之就會使細菌產生抗藥性。

林博士研究團隊設計的亞奈米金微粒,可以針對脂多醣作用,就如同將脂多醣的手綁住,如此便可減低刺激發炎的機率,使抗生素不須提高劑量即可達到該有的殺菌效果,同時也可降低高活性脂多醣所引起的敗血症風險(Angewandte Chemie International Edition, 2020;59:1430-1434)。此技術將可避免抗生素濫用所引起的抗藥性危機。

而傷口恢復快很容易,但要如何修復得完整、恢復得漂亮也是一門功課,隨著人口老化與慢性疾病的增加,惡性傷口癒合仍期待有更好的解決辦法。研究團隊應用亞奈米金微粒於惡性傷口的敷料上(亞奈米金貼紙),因亞奈米金微粒具有抗氧化、抑制脂多醣活性、抑制發炎之特性,可避免脂多醣活性促發更嚴重的免疫反應,但保留必要的發炎反應,刺激傷口修復所需的膠原蛋白分泌,促進膠原蛋白規則性地排列,提高傷口癒合的完整性(Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 1699)。


圖說:小鼠皮膚傷口癒合過程圖

產業應用性
惡性傷口是傷口治療產品的缺口,此奈米金微粒敷料技術可抑制脂多醣活性,減緩發炎反應,經實驗證實成功達到以最小劑量抗生素即可獲得最大殺菌功效,同時也減少脂多醣所引起敗血症的風險,為有助於建構惡性傷口治療的高階產品。人口老年化現象與慢性疾病的增加,傷口敷料產業應用範圍從既有常見之創傷/撕裂傷、手術傷口,延伸至燒燙傷與慢性傷口之應用。依據2016年台灣經濟研究院的市場預估,台灣在高階敷料市場年可達23億元,年複合成長率為9.2%。高階敷料可分類為濕式敷料、抗菌敷料,負壓治療與主動式敷料等,其使用核心脫離不了抗菌主軸,然而殺菌之後真的就沒事了嗎?根據近年來科學界的研究發現,細菌死亡後會有大量的脂多醣被釋放出來,其中脂多醣的lipid A(脂質A)會與免疫細胞表面的類鐸受體4受體結合,進而引發一連串的免疫反應,當下游的發炎細胞激素過量產生,容易造成宿主敗血性休克,甚至是死亡。因此在惡性傷口治療策略上,此奈米金微粒敷料技術提供了另一個選擇,目前與廠商洽談合作事宜中。

文/圖:生醫工程與奈米醫學研究所林淑宜研究員、陳淑萍研究助理提供;編輯中心整理

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