研發連續式培養操作型生物反應器系統於接枝具奈米鏈段之智能生物材料控制人類胚胎和萬能幹細胞增生與分化(1/3)

為解決每年因意外或疾病造成的組織或器官損傷使得幹細胞如：人類胚胎幹細胞(hESCs,human embryonic stem cells)和誘導性多能性幹細胞(iPSCs, induced pluripotent stem cells)的應用在再生醫學上備受期待。然而多能性幹細胞於培養過程中昂貴的花費及密集人力的需要使其於醫學的上研究與治療停滯不前。為解決這問題，我們發展了可持續並重覆使用培養多能性幹細胞的細胞培養皿及微載體，並藉由縮小生物反應器的體積達到降低幹細胞培養成本。相較於傳統幹細胞培養法，我們於使用的生醫材料接上(a)熱敏感奈米片段(polyNIPAAm)，(b)促進幹細胞貼附奈米片段(oligovitronectin)以及(c)親水性奈米片段(nanosegment)。藉溫度的調控(降溫至4-20 °C)可使細胞脫離培養皿。過程中，使75-90%的幹細胞藉熱敏感奈米片段的低臨界轉變溫度(LCST, lower critical solution temperature =30 °C)的特質，將溫度降至4-20 °C 使細胞從培養皿表面脫離，剩餘的細胞可繼續於原培養皿中培養。這樣的細胞收取及持續培養的步驟可多次重覆。目前人類多能性幹細胞的自動化培養系統非常昂貴(約一百萬美元)。本計畫中所使用的細胞培養系統可望縮減培養費用約10 倍至100 倍不等。臨床上組織再造利用細胞治療或器官移植換算下來於2015 年約有2000 億美元的需求量，2018 年甚至可達3200 億。因此，人類多能性幹細胞培養的自動化並予以合理的價格可望帶動再生醫療產業。