適用於人類多能性幹細胞(胚胎幹細胞及誘導型多能性幹細胞)之無飼養層及無異種培養材料的研製及開發(1/3)

全球每年有數百萬人，因意外、先天缺陷或疾病等原因，蒙受組織或器官的損害。具有多能性的胚胎幹細胞(ESCs)及誘導型多能性幹細胞(iPSCs)在組織工程和再生醫學上，具有良好的前瞻性。其中胚胎幹細胞具有較佳的分化能力，可分化成各類型的體細胞，對於臨床醫學，具有相當大的吸引力。然而，胚胎幹細胞在使用上也有許多的問題。自2007 年開始，這些問題也因為誘導型多能性幹細胞的發展而得到解決。但要將誘導型多能性幹細胞安全的應用在臨床上，必須將病人的體細胞在無異種(xeno-free)的環境下誘導成誘導型多能性幹細胞。但現今人類誘導型多能性幹細胞的製成與培養，大都需要以老鼠纖維母細胞(MEF)做為飼養層(feeder layer)。因此，在無異種(尤其是飼養層)的環境下誘導和培養人類誘導型多能性幹細胞，對幹細胞的臨床應用來說，是非常重要的。人類誘導型多能性幹細胞的臨床應用也因為以老鼠胚胎纖維母細胞做為飼養層而受到限制。因為老鼠胚胎纖維母細胞所做為的飼養層所帶來的異種汙染(xenogenic contamination)可能性，使得於飼養層上培養的人類誘導型多能性幹細胞無法應用在人類移植上。以具有最適合人類誘導型多能性幹細胞生長的彈性及奈米片段改質之生醫材料表面進行無飼養層的培養，將可以降低成本及異種汙染的可能性，創造出具有高再現性的培養條件。而培養方式的演進，將使得以幹細胞為基礎的再生治療開創更多的可能性，並助於臨床藥物研究的發展。這個計畫的目的是在無飼養層及無異種的環境中培養人類誘導型多能性幹細胞，並且(a) 準製作具有不同彈力係數及特定奈米片段的水凝膠(生醫材料)，以進行無飼養層及無異種的人類誘導型多能性幹細胞之培養並維持其多能性。(b) 分析培養在具不同軟硬度及特定奈米片段之水凝膠上的人類誘導型多能性幹細胞之分化效率及多能性等細胞特性。(例如：由人類誘導型多能性幹細胞分化出的神經細胞是否會分泌治療帕金森氏症所必須之多巴胺，及分化出的Beta Cell 是否能分泌胰島素。)本生醫材料表面以交聯程度來控制水凝膠的彈力係數，並於此表面上嫁接具有生物活性之寡肽(oligopeptide)或細胞外間質(ECM)。並以培養在具有特定彈性係數及奈米片段改質之材料表面進行分泌多巴按的 TH+ 細胞，分泌胰島素的 beta 細胞，成骨細胞，及心肌細胞。並更進一步探討最適合用於誘導人類胚胎幹細胞(hESCs)及誘導型多能性幹細胞(hiPSCs)生長及分化的材料彈性係數及表面奈米片段改質。