神奇蠶絲蛋白 心臟停止可恢復跳動

曾博群 |2021.12.04
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蠶絲生物材料研發團隊,成功利用生物材料,將心肌細胞轉換為節律細胞。圖/陽明交大提供

【記者曾博群台北報導】台灣約有超過四萬人裝有心律調節器,現在科學家發現一種以蠶絲做成的生物材料,可以將原本不會放電的心肌細胞,轉換為可以自我跳動的心臟節律細胞,讓心臟恢復跳動。這項重大發現改變人們對治療心律不整的看法,也讓來自台灣本土的研究登上國際舞台。

每分鐘約60到100下的心跳,來自於心臟起搏器節律細胞 (sinoatrial node)的放電,自發的電流讓心臟的肌肉能夠收縮把血液打到全身。不過隨著年齡增長,器官用久了總會耗損。因為起搏器節律細胞老化故障,會進而產生過慢的心跳,例如病竇症候群、房室傳導阻滯等,病人就會出現虛弱無力、呼吸困難、暈倒、甚至猝死等症狀,盛行率約1%到2%,如果是65歲以上長者這個數字可能更高。

目前治療這類心臟傳導疾病的方法,就是花兩小時的手術,在身體內裝設心律調節器。不過心律調節器大約6到8年需要換電池,侵入性手術也有手術感染的風險,甚至在手機盛行的年代,這類安裝電子調節器的患者也必須盡可能讓手機遠離心臟,科學家無不希望找到可以替代方法。

陽明交大生物醫學工程學系教授鍾次文,以及台北榮總心臟內科主治醫師胡瑜峰所組成的研究團隊,成功利用來自農委會苗栗改良場所培養的蠶絲,經純化製成蠶絲蛋白凝膠,注射到小鼠心臟後,讓原本不會跳動的心肌細胞,轉換為可以放電跳動的起搏器節律細胞。蠶絲蛋白過去就曾用來作為手術縫線、人工敷料等,這是首次發現蠶絲蛋白除了力學與生化特性外,還有細胞轉化及製造生物電能的性質。 

研究團隊在動物實驗中發現,蠶絲蛋白做成的生物材料,能促成鈣黏蛋白在心肌細胞的異位表達啟動了一連串下游的機轉,才讓心臟重新放電並恢復心跳。換句話說,研究團隊等讓心臟重新生成了放電的細胞。如此一來一旦竇房結老化或病變,新生成的細胞可接續承擔放電讓心臟跳動的重要作用。

北榮心臟內科主治醫師胡瑜峰表示,自己過去就已經發表將特定基因注射到心肌細胞的基因療法,但這個方法必須用腺病毒做載體,就像現在新冠疫苗一樣,用病毒做載體的副作用大,而且多少都有疑慮,所以才考慮用生物材料的方法。

陽明交大生物醫學工程學系教授鍾次文說,研究團隊嘗試數十種生物材料,最終找到蠶絲蛋白的方法。他說,蠶絲蛋白因為生物相容性高,作為生物材料其實有跡可循,包含人工皮膚、手術縫線、傷口敷料都可以發現它的蹤影。自己過去也曾用相同材料製成修補心肌細胞的心肌綴補片,可見國內自產的蠶絲也有高階醫材應用的潛力。

這項研究在動物實驗上證實,除了幹細胞培養與基因療法外,生物材料也有機會治療心臟傳導疾病,獲得Nature旗下Nature Biomedical Engineering刊登。


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