國衛院研發新穎體外三維癌細胞培養技術 「癌組織工廠」有助實現個人化癌症治療

圖:大合照(左起)國衛院生醫奈米所吳嘉文所長

(台北訊)依據2023年衛生福利部統計，癌症仍然佔據國人十大死因第一位，目前臨床癌症治療除了使用化學治療之外，放射治療、標靶治療、免疫治療、細胞治療等新興治療方法不斷發展，隨著次世代基因定序、病人來源類器官、循環腫瘤細胞、T細胞治療法等個人醫療工具的出現，依據個人病情差異所發展出的個人化醫療更是引人注目，其中體外培養腫瘤替身更是不可或缺的技術。

國家衛生研究院生醫工程與奈米醫學研究所董國忠副研究員研究團隊研發新穎體外三維癌細胞培養技術，新材質之多孔性骨支架與癌細胞具有良好相容性，並合併數個骨微環境開發出「癌組織工廠」，縮短體外培養形成腫瘤組織的時間，此研究成果已於2022年發表於國際重要期刊，並申請專利保護，2024年8月起已開放接受「測試藥物腫瘤組織學體外評估」委託服務。

現有的細胞培養方法由來已久，將人體細胞取出後培養於二維的培養皿中，細胞平行貼附於培養皿底部單層生長，細胞與細胞之間彼此接觸貧乏，不僅缺乏大量細胞外基質(extracellular matrix，ECM)，更少了細胞在人體內的組織特性，如細胞低密度聚集以及細胞排列所造成對外物的阻力與抗力等，與體內環境差異很大，細胞實驗時無法準確評估在體內的狀態。而現有的「體外三維培養癌細胞技術」分為支架法、非支架法、微流道法與磁珠法等四種，其中以支架法的穩定性較好，在實際應用中最被接受。支架法利用組織工程原理，將癌細胞培養於多孔性的支撐物孔洞內，於動態環境下長時間培養，缺點是細胞形態較不規則且生長緩慢，並產生大量胞外物質，結合成較大的軟性組織。

研究團隊以磷酸鈣與明膠製作成多孔性骨支架，與癌細胞具有良好相容性，與生物反應器結合用於癌細胞的三維培養，研究結果顯示，乳癌細胞於支架內部孔壁良好貼附生長。利用此骨微環境可促進癌細胞形成富含細胞外基質的腫瘤組織，包括骨蛋白、骨鈣、基質硬度等。運用於體外培養胰臟癌腫瘤組織，並以核磁共振影像獲得腫瘤完整的三維影像，證實14天培養成功獲得0.6公分的腫瘤組織。

此次研發的培養技術特色在縮短形成腫瘤組織所需的時間，且可獲得直徑約1公分的大尺寸腫瘤組織，此系統產生之人造腫瘤具有高密度胞外基質，可呈現藥物在腫瘤內的浸潤現象，有利於在體外更真實模擬腫瘤在活體內的狀態，可望縮短細胞測試與動物試驗的落差。「癌組織工廠」於臨床醫學將是一種革新的運用，不僅可落實個人化醫療，對新藥開發有更大幫助。

此技術目前已進入專利審查中，並已完成大量樣品測試，可在實驗室內同時測試60個樣品，國衛院自2024年8月起公告接受「測試藥物腫瘤組織學體外評估」委託研究服務。同時與生技公司洽談技術轉移，並共同開發「細胞治療的個人化醫學」。