醫材發展在新興醫療技術的應用 - 以眼科視神經再生為例

吳昱潔、柯廷潔、林唯芳、林昭文、陳達慶*

 

我們是如何看見世界的呢? 外界的光線穿過眼球的角膜、水晶體、玻璃體後來到視網膜，而視網膜中的感光細胞接受光刺激後會將其轉為神經信號，再經過一連串複雜的訊息處理後，傳遞給視神經及大腦，使我們能看見影像。由此可知，眼底是由非常精細的神經迴路組織而成，包括視神經 (optic nerve)、感光細胞(photoreceptor)、視網膜神經節細胞(retinal ganglion cell, RGC)及視網膜色素上皮細胞(retinal pigmented epithelium cell)等。然而，這些細胞的病變、退化，是現今藥物或手術都無法解決的，嚴重者甚至會造成不可逆的失明，大大影響我們的生活品質，也是現今眼科醫師臨床上的難題，而世界各單位也都致力於此領域的研究。

其中，幹細胞治療，尤其是iPS (Induced pluripotent stem cell) 移植為這些病人帶來一線曙光，更有研究已經進入臨床試驗的階段。傳統典型的幹細胞移植是以懸浮液的方式進行，但此法缺點就是移植的細胞密度會較低且無法規則排列。而日本和美國都發展出生物相容性薄膜^[1][2][3]，來使視網膜色素上皮細胞可以以層狀的方式移植，以增加細胞存活率及移植密度。這些生物相容性支架可以增加細胞的存活率、分化、複製以及遷移，使移植成功率提升。

視神經的主體是由視網膜神經節細胞 (Retinal ganglion cells, RGCs) 組成，位在視網膜的內表面，其主要的功能是將感光細胞受光刺激後的電位訊號傳達至腦部皮質層，讓人體感受到外界的視覺訊息。許多我們耳熟能詳的重要疾病，如青光眼、視神經炎、缺血性視神經病變等，都會造成 RGCs 細胞的凋亡，乃至於視神經的萎縮、與後續不可逆的失明與失能。針對視神經萎縮所導致的失明，迄今沒有有效治療的藥物，因此細胞治療一直是深受期待的選項，尤其在多能性幹細胞已成功且廣泛發展的現代醫學。

然而，眾多RGC神經纖維的排列，需要高度的方向性，方能成功導向正確的視覺迴路，此時生物相容性醫材顯微支架的輔助，便具有高度的潛在應用價值。

本院眼科與材料工程團隊在過去數年中，透過實驗室的開發合併多能幹細胞培養測試，即開發了一系列以 polybenzyl glutamate (PBG) 為基底之生物相容性支架，並於 2020年獲得了相關專利 (圖一)。同時我們也透過科學發表文獻搜尋，及專利搜尋，雙向探索並評估全世界各先進團隊，在此領域上開發生物相容性支架的成功經驗，以及在眾多研究中，能成功獲得專利，甚至技轉朝向商品化開發的案例。透過 Pubmed 的統合分析，以及Google Patent 的進階搜尋整理，迄今我們注意到有九種成功開發之材料支架 (表一)，包括去細胞組織 (decellularized tissue: amniotic membrane, ILM of retina, lens capsule……)、天然聚合物 (natural polymers: collagen, gelatin, fibrin, alginate, hyaluronic acid……)以及合成聚合物 (synthetic polymers: PCL, PLGA, PLLA等)。其中更有六種已經獲得國際相關專利 (表二)，顯見此領域的蓬勃發展。

圖一、台灣大學醫學與材料工程團隊合作開發之神經再生生物相容性專利

 

表一、透過Pubmed 文獻蒐集與統合整理出九個針對視神經再生之成功開發支架產品

 

表二、透過 Google Patent 搜尋整理後再與前述文獻相互比對之六項獲得專利產品，關鍵字 [AB= (((biomaterials) OR (scaffold) OR (polymer)) AND ((retina) OR (retinal ganglion cells)) AND ((stem cells) OR (iPS) OR (cell therapy) OR (regenerative medicine) OR (cell culture)))] and [CL= (((biomaterials) OR (scaffold) OR (polymer)) AND ((retina) OR (retinal ganglion cells)) AND ((stem cells) OR (iPS) OR (cell therapy) OR (regenerative medicine) OR (cell culture)))].

醫材的發展，除了醫療與材料技術到位，能有適當的市場機制是非常重要的，眼科在植入性醫材已經有多年的歷史，例如治療白內障的人工水晶體等等，因此對醫師、病人來說，這都是相對熟悉的領域，也給植入性醫材合併幹細胞治療在臨床應用領域上提供良好的契機。未來期待不只是我們台灣自己的團隊繼續努力，也能在全世界看到更多的相關進展，能達成標準化、商品化、達成救治病人與具備市場價值的雙贏目標。

 

參考文獻   
1.    Study of Subretinal Implantation of Human Embryonic Stem Cell-Derived RPE Cells in Advanced Dry AMD. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02590692
2.    Autologous Transplantation of Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Retinal Pigment Epithelium for Geographic Atrophy Associated With Age-Related Macular Degeneration. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT04339764
3.    A Study Of Implantation Of Retinal Pigment Epithelium In Subjects With Acute Wet Age Related Macular Degeneration. ClinicalTrials.gov Identifier: NCT01691261

 

作者資訊

	姓名	單位	職稱
1	吳昱潔	台大醫院	不分科住院醫師
2	柯廷潔	台大醫院眼科部	住院醫師
3	林唯芳	台灣大學材料工程學系	特聘教授
4	林昭文	台大醫院眼科部	主治醫師
5	陳達慶* tachingchen1@ntu.edu.tw	台大醫院眼科部暨尖端醫療中心	主治醫師 / 執行秘書