2014.01.01 第 246 期

參加2013年組織工程與再生醫學

國際學會會議經過

台大醫院整形外科 鄭乃禎醫師

 

組織缺損或器官衰竭是重大的醫療問題,不論是在國內或國外,許多醫療資源均投入於解決相關問題。整形外科醫師在臨床上經常碰到組織需要修補的情況,例如因頭頸部癌症、乳癌術後或重大創傷而需要重建的病人。各種組織之重建則多以自體組織或人工置入物進行,包括皮膚、骨頭、神經、血管、肌腱等,而複雜的內臟器官之失能則需以各種器官移植之方式來補救。然而,不論器官或組織的取得方式,都有其個別的倫理、生理或功能上的考量及限制。因此,再生醫學(Regenerative Medicine)即為許多科學家的思考方向與努力目標,創造新的組織或器官來恢復,維持,或增進組織或器官的功能。一般來說,常把再生醫學與組織工程學(Tissue Engineering)畫上等號。但是有許多利用體內藥物釋放或細胞移植等方式,直接刺激病患身體內的組織進行再生,也被視為再生醫學之一部分。因此,再生醫學一詞,便是包含更廣泛至所有再生相關之醫療方式。

相較於再生醫學,組織工程學的定義為「應用工程學與生命科學的原理與方法,發展生物性的替代物,以便恢復、維持、或改善生物組織的功能」,因此偏重於研究器官組織等之形成方法。組織工程主要的技術在於取得足夠數量的細胞,種植於三維的多孔性鷹架材料,在體外透過適當方法培養成組織或半成熟的組織,然後植入體內以修補受損的組織器官,故組織工程是研究細胞組織與材料相互關係的一門學問。再生醫學是一門跨領域的新興科學,極具發展性與前瞻性,其中將結合醫學、細胞學、生物化學、免疫學與醫學工程等不同領域,被視為目前熱門的研究方向之一。組織工程與再生醫學國際學會(Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society, TERMIS)每年舉行一次分區大會 (chapter congress),為此一新興研究領域的重要會議。參與成員為世界上頂尖之從事組織工程與再生醫學的醫師及學者,會議中有大師的專題演講和各國醫師、學者發表最新的研究報告。201310231026日適逢TERMIS-AP (Asian pacific chapter)大會在中國上海舉辦,我自然不能錯過這難得的機會。

在上海旅館報到的隔天,大會即安排車輛載送與會代表前往位於浙江省桐鄉市之烏鎮進行會議。因與會者眾多且安排上有許多疏漏之處,在一陣兵荒馬亂之後才進了烏鎮風景區。烏鎮是江南著名古鎮之一,全鎮以河成街,橋街相連。街道上民居以清代建築為主,各式民居、店鋪依河築屋,保存良好。有深宅大院、百年老屋,也有河埠廊坊,過街騎樓,讓人深刻體會到小說中江南「小橋、流水、人家」的典型情境。走在鎮中的石板路上,清風徐來,一路上旅程不順之怨氣亦漸漸化為烏有。烏鎮亦為千年文化名鎮,在歷史上小鎮曾出過64名進士、161名舉人,在此地舉行學術會議確是別出心裁。

本次會議由上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院主辦,大會主席是上海交通大學曹誼林教授,他本身也是一位整形外科醫師。曹誼林教授1997年在美國哈佛大學醫學院進修時,發表利用軟骨細胞在一隻老鼠背後長出一個人耳朵的著名實驗成果,那張令大多數人瞠目結舌的照片現在已成為組織工程歷史上最有名的照片。但是考慮一般體細胞本身難以大量取得,分裂增生的能力差,又需要較多的養份及氧氣供應,不利於體外培養,故應用於組織工程有其限制。美國威斯康辛大學的Dr. James Thompson1998 年成功分離出胚胎幹細胞(embryonic stem cell),這些全能細胞被發現具有無限的分化潛能(pluri-potency),可轉換成身體的任何一種類型細胞。因此取用幹細胞(stem cell)為組織工程的細胞來源,進一步引導其分化為特定體細胞成為一可行的方法,幹細胞在組織工程的運用潛力也將組織工程的熱潮推向一個高峰。世紀之交2000年時,時代雜誌(Time magazine)甚至選擇組織工程為21世紀最熱門的職業,然而此預言目前看起來仍遙遙無期,說明了組織工程於臨床上的實際應用並不容易。

胚胎幹細胞之取得牽涉到倫理、宗教等社會因素,能否臨床應用為一大問題。2006年日本京都大學山中伸彌(Shinya Yamanaka)教授的研究團隊的報告證實皮膚纖維母細胞經「基因直接重組(direct reprogramming)」,得到Oct3/4Sox2Klf4c-myc4個基因的組合後,可以轉化成為具有胚胎幹細胞特性的細胞,稱為誘導式多功能性幹細胞(induced pluripotent stem cell, iPS cell)這個可以依病患量產身訂做以創造多功能性幹細胞的發現,為幹細胞醫學研究添一利器,山中教授亦榮獲2012年諾貝爾生物醫學獎。誘導式多功能性幹細胞推翻過去認為細胞之分化路徑是不可逆的,證實體細胞能以簡易的方法再度初始化,改變了人類對細胞命運的認知,對再生醫學及生技產業帶來深遠的影響。許多學者亦肯定iPS cell對於disease model drug screening方面之研究有重大貢獻,但鑑於基因重組的不確定性與對人體安全性之疑慮,誘導式多功能性幹細胞在再生醫學的臨床應用還有很多面向要突破。

相對於胚胎幹細胞與誘導式多功能性幹細胞,成體幹細胞(adult stem cell)屬於臨床上應用較不具爭議的幹細胞。近年來的研究顯示脂肪組織中含有相當容易被分離、且具多功能性(multi-potency)的中胚層幹細胞(mesenchymal stem cell),適合作為再生醫學或組織工程的細胞來源。脂肪幹細胞(adipose stem cell)因可由抽脂手術產生的脂肪抽取液中大量取得,具有臨床應用之優勢,因此在本屆大會中被廣泛討論。筆者一向致力於脂肪幹細胞之相關研究,於本屆年度大會中我以Enhanced stemness and differentiation capabilities of adipose-derived stem cells in cell sheets為題發表了一篇口頭論文報告。一般而言,移植單顆、分散的脂肪幹細胞到受傷組織卻常發現產生早期的細胞死亡,同時治療效果十分有限。相較於分散的脂肪幹細胞,利用細胞薄片(cell sheet)之技術應有益於保留細胞連接(cellular junctions)及內生的細胞外基質(endogenous extracellular matrix, ECM),進而可促進移植細胞之存活。在早期的研究中,我們已成功地刺激脂肪幹細胞分泌細胞外基質,製備細胞薄片。我們還有一重要發現,即細胞薄片內的脂肪幹細胞幹性標記(stemness markers)包含Oct4Sox2Nanog的基因及蛋白質表現皆顯著增強。因此,我們假設由脂肪幹細胞製備的細胞薄片可以表現出優異的生物特性,進而可促進組織再生。我們將進一步建立動物模式,來測試脂肪幹細胞薄片在生物體內是否具增強組織再生的能力。

本屆會議除基礎研究外亦積極邀請產業界及醫界之參與,可見其嘗試整合基礎與臨床的用心。組織工程技術與生醫材料產品的確需不同領域的專家通力合作,應用幹細胞於臨床治療更需要許多資源之投入,本次會議提供了一個很好的學習與交流平台。會議結束返回上海後,我利用登機前的一點時間,於20131027早上受整形外科楊軍教授與王丹茹教授之邀請,前往參觀本屆會議主辦單位上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院之臨床及研究設施。該醫院的前身伯特利醫院」創建於1920年,1952年更名為上海第九人民醫院,1964年正式成為上海第二醫科大學附屬第九人民醫院,2005年上海第二醫科大學與上海交通大學正式合併,改名為上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院,是一所以口腔頜面外科和整形外科為特色的綜合性醫院。該院位於上海市中心城區黃浦區,從楊教授與王教授的辦公室隔江相望,即可看到浦東2010年上海世界博覽會會場。上海第九人民醫院還設有上海市口腔醫學研究所、上海市整復外科研究所、上海市組織工程研究中心和上海市生物材料研究測試中心,傾力於結合組織工程之基礎研究與臨床應用。值得注意的是該院投入大量的資金與設備,吸引許多相關的人才,使其再生醫學方面的研發成果質與量均佳,值得我們警惕並效法。

本次大會有多位來自台灣的學者參與,其中五位學者並獲邀擔任 keynote speaker。並且,在本校醫工所林峰輝教授及清華大學醫工所宋信文教授等之大力爭取下,台灣獲得了2016年組織工程與再生醫學國際學會亞太區大會之主辦權,實屬難能可貴。隨著科學發展之日新月異,組織工程技術與產品有機會成為生物醫學與疾病治療的重要手段,對臨床治療的發展更有重大影響。台灣致力於發展組織工程與再生醫學的研究者日多,若嘗試結合不同背景學者的重要概念,以期能截長補短,我相信這方面之研發將有其樂觀前景。

 

 

筆者(左二)與多位來自台灣的學者於
組織工程與再生醫學國際學會2013亞太年會之海報前合影

 

烏鎮風景區的「小橋、流水、人家」

 

筆者()與上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院
整形外科楊軍教授()與王丹茹教授()合影