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台灣驕傲 李萬柱研發再生軟骨組織造福病患

台灣驕傲 李萬柱研發再生軟骨組織造福病患

每年更換人工關節的病人何其多,疼痛外加適應期,處處降低病人生活品質,在苗栗頭份長大的李萬柱在美國默默研究再生組織醫學工程,早已利用幹細胞和奈米技術研發出「人工軟骨」組織,造福這類病人;不忘本的他,正打算將技術帶回台灣照顧鄉親。

結合幹細胞和奈米技術是什麼「碗糕」?似乎很難懂。時光倒回1997年的美國費城Drexel大學生醫工程研究所課堂間師生的對話,老師告訴李萬柱,1938年科學家發現膠狀高分子溶液在高電壓下可以產生奈米級的細絲 (ELECTRO SPINNING),但是這項專利一直未受到生物醫學界的關注。

但是這項技術卻被大量用於紡織工程和濾網製造,這個細絲似乎與人體的膠原蛋白纖維很像,不如你就想一想在人體的應用吧!不過沒有任何預算、沒有設備支援,一切請自理。」,這個頭大的問題丟到還在唸碩士班的李萬柱身上,一時之間還真令李萬柱不知該怎麼辦。

聰明的他去五金工具大賣場抱回一堆零件,自己組裝了一部可以產生最大到5萬伏電壓的「電紡機器」,同時加入「聚乳酸與甘醇酸 (PLGA)」等高分子材料與有機溶劑,做出粗細不一的細絲,於是這項課堂間的偶然,就成了他碩、博士班到如今的永恆。

任職美國國家衛生研究院 (NIH)軟骨生物與骨科部門研究員的李萬柱告訴中央社記者,他的碩士學程都在研究如何控制細絲的粗細,直到1998年研發出300到500奈米大小的細絲,再組成支架做為細胞生長溫床。這個突破性的成果在2000年夏威夷世界生物材料年會中報告,獲得潮湧般的迴響。2002年報告正式刊出以後,足足讓科學界在各種科學期刊上被引用多達180次。

李萬柱表示,進入Thomas Jefferson大學博士班時,他決定從醫學工程領域轉為細胞與組織工程背景,並繼續在支架領域深入研究,開始研究細胞在支架上生長的不同習性,同時如何佐以適當生長因子的刺激,創造出細胞在體外生長的最佳條件。

李萬柱指出,細胞其實都是活在膠原蛋白的自然支架上,因此要讓細胞在體外生長,支架必需如同膠原蛋白纖維一樣的纖細,他的研發已經可以做到這個階段,他和NIH軟骨生物與骨科部門主管段崇智在美國的實驗室選擇了「人體間葉幹細胞」為實驗對象。間葉幹細胞獲自骨髓,可以分化為軟骨、骨頭、神經、肌肉、脂肪等不同的組織細胞。

這些不同的組織細胞置放於支架上,予以各自的生長因子 (蛋白質)刺激,組織細胞就會逐漸成長。如同人 (細胞)住在適合的房子 (支架)裡,房內有各種軟硬體娛樂設備、空調 (生長因子)等,人會快樂的活下去,自然精氣神均佳。而細胞要長得好也必需得利於絕佳的快樂生長環境,這就是他研發的重點所在。

他說,以PLGA所做的軟骨支架降解速度很快,數個月內支架就會降解融入在組織細胞內,而組織細胞快樂生長時會自動分泌膠原蛋白纖維,逐步取代支架,但難的是,支架降解的速度要和膠原蛋白纖維分泌的速度一致,否則很難取得平衡,再生組織也不可能長得好。

他用軟骨組織細胞進行實驗,放在大一點的纖維支架上,或是培養皿中,軟骨組織細胞反而變成纖維母細胞,無法順利長大為軟骨組織;但利用這種特殊的支架卻能讓軟骨組織細胞成長為軟骨原型。

2002年時李萬柱把這個成果帶回台灣與台大醫院骨科醫師江清泉合作動物實驗,在迷你豬的腳上切開一個8MM 的小洞,用他所做的軟骨組織替代體內的軟骨組織六個月後再切開觀察,新的軟骨組織早已成正藻X成腳骨的一部份,絲毫沒有排斥的問題。

李萬柱指出,有了這項技術,釵h軟骨組織病變或磨損退化的病人就不需更換合金的人工關節,因為人工關節手術切口大,而且合金用久了也會逐漸鬆動,甚至引起發炎,再加上醫師的技術,以及病人對人工關節材料的反應都是關鍵問題,風險不小。

這項新研發成果已經引起兩家國際大型生醫企業準備向國家衛生研究院購買專利,並從事後續人體實驗,同時台大醫院也定期派醫生到這個實驗室交流最新技術。從小生長在苗栗頭份,中原大學醫學工程系畢業的李萬柱很希望台灣的廠商也能加入競逐,或是與未來買下專利的企業結盟,成為亞洲的製造商,他可以不定時的回到台灣技術指導,將最好的產品回饋給台灣的鄉親。

李萬柱強調,目前全世界沒有一種通用的幹細胞適合任何人培養出新的組織,因此這項研發成果目前僅限於客製化與實驗室階段。未來產品正式上市後,有需要更換軟骨組織的病人在術前由醫師從骨髓抽出幹細胞來培養,培養成市嶆A進行手術,因此沒有排斥的問題,亦減少釵h術後的痛苦。

對於未來的規劃,李萬柱很有信心的說,人工軟骨是進行最快的一項再生組織研發,在這個實驗室中還有釵h明日之星的研究成果,例如治療外力傷害或基因缺陷所需的人工肌肉、神經、骨頭、韌帶的再生組織。預估在未來一到兩年內會有令人非常期待的成就造福人類。