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2022-01-15中研院協同陽明交大團隊 找出讓停止的心臟再次跳動的蠶絲蛋白 481 期

Author 作者 整理報導|李依庭。

人的心臟為什麼會跳動?主要原因是來自於心臟的節律點(sinoatrial node)會放電,自發的電流使心肌收縮把血液打到全身。人類的心跳平均每分鐘60∼100下,不過隨著年齡增長,器官用久了會逐漸耗損,心臟內的節律點也會老化故障,使心跳愈來愈慢,嚴重者更會造成如病竇症候群(sick sinus syndrome)意、房室傳導阻滯(atrioventricular block, AVB)等疾病。罹患相關疾病的病患身體會出現虛弱無力、呼吸困難、暈倒,甚至猝死等症狀。

在臺灣,與心跳相關的疾病盛行率約1∼2%,但如果是65歲以上的長者,這個數字可能更高。治療這類心臟傳導疾病的傳統方法就是花2小時的手術,在身體內裝設心律調節器。不過,心律調節器有其極限,大約6∼8年需要更換電池,且這類侵入性手術也有感染風險,甚至在現今手機盛行的年代,安裝心律調節器的患者也必須盡可能讓手機遠離心臟。目前在臺灣,有超過4萬人的心臟中裝有心律調節器,因此科學家無不希望找到可以替代方法。

有鑑於此,由臺北榮總心臟科醫師,同時也是中研院生醫所副研究員的胡瑜峰,與陽明交通大學生物醫學工程學系教授鍾次文和馬偕醫學院、臺中榮民總醫院等單位合作,帶領團隊發現一種以蠶絲做成的生物材料,將原本不會放電的心肌細胞,轉換為可以自行跳動的心臟節律點,讓心臟恢復跳動。

研究團隊成功利用來自農委會苗栗改良場所培養的蠶絲,純化製成蠶絲蛋白凝膠,注射到小鼠心臟後,將原本不會跳動的心肌細胞,轉換為可以放電跳動的節律點。蠶絲蛋白過去就曾用於手術縫線、人工敷料等,這次則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。

此外,研究團隊在動物實驗中也發現,以蠶絲蛋白做成的生物材料,能促成鈣黏蛋白(cadherin)在心肌細胞的異位表達,並啟動一連串下游機轉,藉此讓心臟重新放電並恢復心跳。這項發現代表研究團隊能讓心臟再一次生成能放電的細胞,一旦竇房結老化或病變,新生成的細胞也可接續承擔放電、讓心臟跳動的重要作用。

胡瑜峰表示,過去研究也曾嘗試將特定基因注射到心肌細胞的基因療法,但使用病毒做載體的副作用大,所以後來才考慮用生物材料的方法。鍾次文則說明,過去研究團隊嘗試數十種生物材料,而他也曾用相同材料製成修補心肌細胞的心肌綴補片,這次則是找到使用蠶絲蛋白為生物材料讓心搏停止的心臟恢復跳動的方法。

此重大發現改變人們對治療心律不整的看法,研究成果也登上國際頂尖期刊《自然生物醫學工程》(Nature Biomedical Engineering)中。另外,這項研究也透過動物實驗證實,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。

 

新聞來源
1. 中研院,〈生物材料將心肌細胞轉換為節律細胞〉,2021年12月8日。
2. 陽明交通大學,〈神奇蠶絲蛋白讓停止跳動的心臟恢復跳動,榮陽交團隊成功利用生物材料將心肌細胞轉換為節律細胞〉,2021年12月4日。