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長庚團隊成功開發一個新穎的毒性檢測晶片

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左一賴朝松院長、左二黃燦龍醫師、右二顏宗海醫師、右一楊家銘所長。(照片由長庚提供)

左一賴朝松院長、左二黃燦龍醫師、右二顏宗海醫師、右一楊家銘所長。(照片由長庚提供)

毒性檢測是醫學進步的重要一環,可提供醫師評估人體暴露安全性,為藥物長期使用提供重要安全性的依據。但過去只能在實驗室進行,成本昂貴且需時甚久,為突破現狀,長庚醫院與長庚大學團隊長期合作研究,終於傳出捷報!成功開發一個概念如同快篩的實驗晶片,將有機會可快速篩檢毒物及藥物對細胞的毒性反應,還能結合人工智慧,以更早期精準診斷與判別治療效果。

林口長庚醫院毒物中心主任顏宗海醫師表示,以臨床醫師的觀點而言,這個實驗晶片系統是一個非常重要的技術突破,不但體積被大幅減小至傳統系統的11%,系統也約1/5價格,可達到任意選定量測座標與範圍,不受限於需要先行製備且昂貴的微電極陣列,又不會有表面電極改變細胞型態與特性的缺點,可運用於前期細胞的藥物篩檢反應,例如:對人體相對重要的心肌細胞、神經細胞等。由於具有多項優勢,未來極有機會取代傳統系統開發成產品。

長庚團隊開發的這個實驗晶片,是由長庚大學工學院院長賴朝松教授、光電所所長楊家銘教授、美國加州大學美熹德分校生物工程系靳偉君教授,與長庚醫院一般外科黃燦龍醫師、臨床毒物中心顏宗海醫師合作完成。顏宗海醫師表示,傳統毒性檢測必須經過細胞實驗、動物實驗及臨床實驗的過程後才能獲知結果,不論在時效性或應用性都明顯不足,因此長庚團隊根據臨床實驗需求進行研究,終於開發出這個新穎的實驗晶片,成果已被刊登在今年8月的國際知名期刊「傳感器和致動器B:化學(Sensors and Actuators B: Chemical)」。

長庚大學工學院院長賴朝松教授及光電所所長楊家銘教授指出,此晶片是一個新型的細胞離子活性偵測平台-小型化Mirror-LAPS (Mirror-Light  Addressable Potentiometric Sensor)系統,其架構是由現場可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)、紅光雷射、類比掃瞄微振鏡組成。透過 LabVIEW程式控制微振鏡,快速掃瞄與自動標定光電流與其座標,因此可產生即時二維影像。目前已經驗證培養腎臟上皮細胞HK-2在不同葡萄糖濃度下,pH改變之二維生醫影像,意味著在藥物治療與有毒物質對細胞新陳代謝反應,也可以得到即時定量的分析。

顏宗海醫師解釋,由於細胞離子通道活性的變化,可以反映出細胞損傷狀態,此實驗晶片可經由二維影像偵測及定量毒藥物所造成的pH變化,即時反映細胞損傷狀態,協助醫師了解毒物或藥物對細胞的傷害。 

由於這種實驗晶片製程成熟穩定,可進一步結合不同的離子選擇膜,用於檢測酵素、抗體與DNA,具有擴充性的優勢,未來可進一步建構不同的感測器陣列得到二維生醫影像,來結合人工智慧進行機器學習與圖形判別,有機會用於定點照護檢驗(Point of Care Testing)與二維生醫影像分析,發揮更大的醫學效能。

更新時間 : 2021-09-20 18:33 GMT+08:00