學研新創 - 特化材料與應用生技
幹細胞基因轉染與基質注射技術平台與生醫應用
2020-12-23
張建文副教授團隊/國立清華大學、長庚醫療財團法人林口長庚紀念醫院、財團法人工業技術研究院

張建文、劉倬昊、黃日揚、翁瑋涵、曹超雲

幹細胞在創傷修復的應⽤潛⼒⼗⾜,但幹細胞治療正處於萌芽階段,仍有許多進步的空間。我們提出創新之幹細胞治療策略,結合基因轉染與可注射性細胞⽀架兩項核⼼技術來提升幹細胞分泌⽣⻑因⼦的能⼒以及改善幹細胞移植效率,⼤幅提升幹細胞對創傷的修復效果,應⽤在脊髓創傷治療。第⼀項核⼼技術為磁性基因轉染技術,相較於市售試劑僅能對⼈類間質幹細胞達到10-25%的轉染效率,本技術可達到50-80%的效率。此技術可⽤於改造幹細胞,使其⼤量表達⽣⻑因⼦以提⾼創傷修復。第⼆項核⼼技術為可注射式⽔凝膠,⽤於改善幹細胞移植效率。本技術的⽔凝膠具多種優勢,包括可注射性、保護性、⾃癒性、⽣物分解性與低⽣產成本。本技術未來商業模式包含實驗試劑與脊髓創傷治療兩⼤市場。在實驗試劑市場的部分,以磁性基因轉染技術為基礎,不僅針對⼈類幹細胞,也可以廣泛應⽤於其他種類細胞,提供操作簡便且⾼效率的轉染試劑。本新創技術之⻑期商化標的是在幹細胞治療市場部分,⽬前脊髓損傷缺乏臨床有效的治療⽅法,本技術以脊髓創傷為標的,利⽤⽔凝膠包覆基因轉染幹細胞,直接注射⾄動物脊髓損傷處,可⼤幅提⾼⼈類間質幹細胞對脊髓創傷的修復效果,未來本技術也有機會應⽤於其他種類創傷修復。

評審推薦
本案以兩項核心技術「磁性基因轉染技術」及「可注射式水凝膠」來提升幹細胞分泌生長因子的能力以及改善幹細胞移植效率。尤以「磁性基因轉染技術」幹細胞基因轉染效率可達50-80%,相較於市售試劑10-25%的轉染效率,具市場競爭力。
2022年度精進成果
幹細胞在創傷修復的應用潛力十足,但幹細胞治療正處於萌芽階段,仍有許多進步的空間。我們提出創新之幹細胞治療策略,結合基因轉染與可注射性細胞支架兩項核心技術來提升幹細胞分泌生長因子的能力以及改善幹細胞移植效率,大幅提升幹細胞對創傷的修復效果。為了提高本技術將來的臨床應用潛力,我們於2020年獲獎後的過去兩年期間,進一步建立微流道技術平台,可連續式製備包覆人類幹細胞的shGEL-X微凝膠球,提升材料製作效率與穩定性,此將有助於未來進一步商業化應用。相較於原本的水凝膠體技術,微凝膠球具有粒徑均一與適合連續式大量製作等優勢; 微凝膠球具有更佳的物質與氣體交換效率,有助於提升所凝膠內細胞之活性,發揮治療效果。此外,本技術過去除了應用於動物脊髓創傷修復,在2020年獲獎後過去兩年期間清華張建文教授團隊進一步與長庚神經外科劉倬昊醫師於動物腦創傷模式,成功驗證此技術所改造幹細胞可促進改善動物腦創傷後之修復。未來將有規劃進一步之臨床前測試了解此材料之安全性與在大型動物之治療效果。本技術於2021年底獲中華民國發明專利 (發明第I751527號)。專利權: 2022/1/1~2040/4/12; 發明名稱: 外源性基因表達細胞及其製造方法與用途。近期其餘研究成果正陸續準備申請專利中。
團隊簡介
 
張建文
學歷 美國猶他⼤學藥學與藥物化學系 博⼠
現職 國立清華⼤學⽣醫⼯程與環境科學系 副教授
國立清華⼤學⽣物醫學⼯程與科技研發中⼼ 副主任
經歷

中華⺠國⽣醫材料與藥物制放學會 理事
國立清華⼤學⽣醫⼯程與環境科學系 助理教授
美國加州⼤學聖地牙哥分校⽣物⼯程系 CNSI博⼠後研究員
美國加州⼤學洛杉磯分校化學暨⽣化系 CIRM博⼠後研究員
台灣神隆製藥分析研發部 副研究員
科進製藥股份有限公司 研究專員
中華⺠國陸軍 少尉化學官

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