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一管血活捉癌細胞!中研院研究員養「體外腫瘤」 替病人試出最有效抗癌藥|新創幫專欄

一管血活捉癌細胞!中研院研究員養「體外腫瘤」 替病人試出最有效抗癌藥|新創幫專欄
中研院研究員張瑛芝為癌症精準治療帶來希望。圖片來源:中研院基因體研究中心網站
2022-05-05
口述・張瑛芝 整理・楊淇崴
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中研院基因體研究中心研究員張瑛芝,開發活捉癌細胞及體外高效培養細胞球等領先技術;只要一管血和兩週,即可生成體外腫瘤,同時測試多種癌藥,快速找出最有效藥,實現預防醫學及個人化治癌精準醫療。

中央研究院基因體研究中心研究員張瑛芝,開發出一種仿生物膜塗層,能在1c.c.血液、十億顆血球中,找出僅有數顆的循環腫瘤細胞(Circulating Tumor Cell,簡稱CTC),辨識靈敏度領先國際大廠數十倍;這項技術號稱「癌細胞捕手」,能「活捉」腫瘤細胞,為零期癌的篩檢帶來希望。

有了這門技術,2013年張瑛芝在美國創立癌症檢驗公司,創下亞洲第一家拿到循環腫瘤細胞實驗室認證的紀錄;這也是中研院第一家新創公司,說服矽谷投資人、解鎖募資技能的她,成了科研有成、又有創業經驗的科學家。

但張瑛芝並不滿足。

「活抓」腫瘤細胞後,還要把它養大、養多,做更多應用。她進一步開發微量細胞增量技術——R³CE(Rapid, Reproducible, Rare Cell 3D Expansion)3D細胞培養技術,方法、產量和所需時間,都比現有細胞培養技術更好。

只要兩週,就能在病人體外養出3D癌細胞球

將3D細胞培養技術用於精準醫療,漸受重視。根據MarketsandMarkets的市場研究數據,細胞培養市場規模,將從2019年的160億美元成長到2024年的292億美元,年均複合成長率12.7%。

但目前主流仍是2D單層細胞培養,與臨床應用相關性較低;而3D培養已證實具高度臨床相關性,只是技術成本高、困難又複雜,且難以觀察。

但方圓細胞生醫的全球獨創、無支架3D細胞培養技術——R³CE,可將循環腫瘤細胞(CTC)、組織切片、幹細胞或永生細胞株,從單一細胞生成3D結構細胞組織。

以循環腫瘤細胞培養來說,市面上的3D細胞培養技術,普遍使用大量細胞(原始腫瘤、幹細胞)聚合成細胞球,產量低、耗時、操作難度高;但R³CE技術只需少量活的循環腫瘤細胞,即可在2D面上進行3D培養,兩星期即可讓單一細胞長成3D細胞球;不僅產量高,細胞球尺寸高度一致性、分布均勻,且操作流程和費用都與2D細胞培養相差無幾。

也就是說,有了R³CE平台,換上R³CE技術和其創新材料,便能無痛將2D設備和人員轉為3D培養。此技術培養效率高、適用各臨床檢體,可直接應用於藥物篩檢、DNA/RNA檢測分析等精準醫療範疇,深具商業化潛力。

R³CE技術平台,是張瑛芝的科研團隊,在液態活檢和細胞培養頂尖實驗室進行15年的研究成果;目前已與國家實驗動物中心、台大醫院、臺北榮總、林口長庚、高醫、美國史丹福大學以及多家AI公司進行合作。

張瑛芝-中研院-R3CE-3D細胞培養-癌細胞-精準醫療-智慧醫療R³CE技術可將單一細胞培養成3D結構細胞組織,操作流程、費用皆和2D細胞培養技術相差不多。圖片來源:張瑛芝團隊提供

「看到一、兩隻螞蟻出現在蛋糕周圍,就要殺掉」

這樣一套技術,能如何嘉惠癌症患者?

臨床研究發現,癌症患者若可經由精準醫療篩選出標靶用藥,治療成效可比一般用藥大幅提高。

傳統做法是,患者須試吃多種藥物以找出療效較好的藥;但每種癌症都有多種常用化療藥和標靶藥,如乳癌藥就多達30餘種;在體外培植癌細胞代替真人試藥,可以避免副作用、節省試藥時間和藥費。

只是,國外曾用老鼠實驗並測試用藥,但成功率低,且至少需六個月;對於急需治療的癌症患者,根本緩不濟急。

但張瑛芝團隊的R³CE技術,可以大幅縮短時間。

它的腫瘤檢測,可從各種臨床檢體,包括液態活檢(Liquid Biopsy)等著手,從血液檢體中的循環腫瘤細胞切入——不必手術侵入體內取得腫瘤切片,只需抽取癌友一管血液,再以R³CE技術進行體外增殖;待兩星期後形成患者的「體外腫瘤」,即可同步進行多種抗癌藥物的測試,作為患者治療前的輔助診斷、協助醫師選擇最有效的藥物。

「體外腫瘤」極似患者體內的癌腫瘤,故能模擬出每位癌友的癌細胞對不同標靶藥和化療藥的反應,包括抗藥性。

如此,不但提高治癒機率,還可供治療過程中判斷腫瘤轉移、癒後追蹤和藥效評估等,是一種新的個人化醫療模式。

未來,甚至可在不必見到病人的情況下、癌症尚未開始擴散或生成時,就能找到標靶、直接下藥。「這就像看到一、兩隻螞蟻(癌細胞)出現在蛋糕周圍時,就要殺掉,才不會讓牠們帶來一大群螞蟻(癌細胞增長或轉移),」她比喻,R³CE與癌藥篩檢,是預防和及早處理的概念。

張瑛芝觀察,生醫業正迎向三大趨勢:

第一,2035年起歐美將禁止動物實驗。

第二,個人化醫療和精準醫療。未來,去醫院抽一管血,就能跑出各項數據供醫師看診和評估。

第三,細胞治療。細胞本身就是「藥」,所以要朝向更自動化、好的細胞生長模式,目前已有眾多新創投入。

她的R³CE技術,正與這三大趨勢浪頭並進。(延伸閱讀|智慧醫療懶人包》八張圖,一次搞懂智慧醫療的定義、應用與台灣的挑戰

張瑛芝-癌細胞-癌症-R3CE-精準醫療-智慧醫療-癌症治療中研院研究員張瑛芝(左三)研究員帶領團隊,先後成功開發出活捉癌細胞、體外高效培養細胞球等技術。圖片來源:中研院基因體研究中心網站

台灣不比美國差!本土技術取得美國FDA醫材許可

提高治癒率、縮短製藥時程,是醫藥學研界共同努力的目標。以此來看,R³CE技術平台的市場機會大,可取代2D培養、建置最大的多樣性細胞庫,做到個人化建模,並實現精準醫療。

從商業應用方面來看,亦不失為務實且精準的體外檢測平台;細胞培養期短且取用簡易,有利於切入臨床治療,協助醫師診斷,對癌症精準醫療及再生醫學的發展及實踐,有極大幫助。

此外,透過R³CE技術能加快臨床建模時間,短期可成為精準醫療上的突破口,大幅拓展精準醫療的應用範疇;長期而言,方圓細胞生醫可望建立人源化腫瘤資料庫,為生醫發展提供重要平台。

2020年,張瑛芝團隊便以「癌症精準醫療的類腫瘤系統與資料庫」,獲得國家新創獎的學研新創獎;在科技部價創計畫支持下,同年八月,她再成立方圓細胞生醫(AcroCyte Therapeutics Inc.),將一個細胞視為一個宇宙,「這是一個有機體,慢慢會整個建構起來;這是很大的題目,也是一個活水,但不要設分水嶺,而是需要大家一起來做,以橫向連結把各部分都兜起來。」

隔年,張瑛芝在美國創立的公司也取得FDA突破性醫材許可(Breakthrough Device Designation),那是第一個透過血液檢測大腸直腸癌獲得的殊榮,原始技術就來自台灣,可見台灣的生醫材料領域,擁有堅實人才與創新能力。

她說,這是最欣慰的一件事。

張瑛芝-團隊-方圓細胞生醫-生醫新創-生技醫療-精準醫療-智慧醫療張瑛芝團隊2020年獲得國家新創獎,並進一步成立生醫公司。圖片來源:新創幫網站

張瑛芝在台灣與美國兩地求學、生活、教學、研究和創業;她觀察,矽谷變化很快、流行度高,創意與人才源源不絕。「但我們不比美國差!」她強調,心態很重要,要有自信可以走出不同的路,並做出成功案例,那麼,台灣也能成就領先世界的技術。

從中研院到產業,張瑛芝認為只是場域轉換,有些研究適合在研究單位進行,有些則適合在企業中做;「科學研究者有責任將實驗室的成果與社會大眾分享,」但方式非常多元,從期刊發表、教學演說到技轉商品化,都是可快速放大學術成果的途徑。

但這條路不好走。張瑛芝說,10年來,中研院和團隊都很辛苦,無論是決定商業模式或說服醫師,每件事都不會、每個人都在學,「任何事都很具挑戰性。」

她認為,此刻生醫產業需要懂得商業化的人,值得年輕人投入參與。現在環境與10年前不同,很多醫師比較瞭解、也願意合作,加上政府支持,規則、社群也有了,產業整軍待發。

張瑛芝期許,台灣社會對於「成功」的定義可以更多元,「身為科學家,發明出好的技術,讓技術發揮用處,轉化為商品作出貢獻,這就是成功!」

「對於10年後的全新世界,你想好現在該要做什麼了嗎?」這是張瑛芝對自己的提問,你的答案呢?(延伸閱讀|詹益鑑:找出「美國不能競爭、中國不能模仿」的商業模式 比「投入智慧醫療」更值得問How&Why

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