奈米鑽石標記肺部幹細胞 開啟生醫應用新方向 臺大化學跨校團隊 刊登Nature Nanotechnology

提供細胞追蹤與單一細胞影像分析新方向

幹細胞具有維持組織的生理恆定並修復組織內細胞損傷的功能。因此如何確切掌控幹細胞移植進入生物體後的分布動向，成為幹細胞治療應用成功與否的關鍵。本校化學系博士生曾彥凱與碩士生郭雍參與中央研究院原子與分子科學研究所特聘研究員張煥正博士所領導的研究團隊，最近發表於國際高影響指數的學術期刊「自然奈米科技」(Nature Nanotechnology)中提出結合數種新穎技術，建構一個細胞追蹤方法，能偵測移植到肺部組織幹細胞的分布，並取得高解析單一細胞的影像。這個方法可以應用於未來觀測與評估幹細胞移植後在體內修復受損組織的能力，與探討影響幹細胞移植相關的因子與機制。

此研究係由中央研究院、臺灣大學、陽明大學、與長庚醫院的研究人員共同參與完成。首先，中央研究院細胞與個體生物學研究所游正博博士所領導的幹細胞研究團隊(包括陽明大學生化暨分子生物學研究所博士生吳采蓉)，利用醣蛋白質體學的研究策略，針對不同類別的肺部細胞所表現的醣蛋白作有系統分析，具體的找出肺部幹細胞具專一性的細胞表面醣蛋白。以流式細胞儀從新生小鼠肺部組織中分離出高純度的肺部幹細胞，發現具有自體增生及可誘導分化為第二型肺泡細胞再分化成第一型肺泡細胞的幹細胞特性。接下來，原子與分子科學研究所張煥正博士研究團隊，透過獨創的「螢光奈米鑽石」將肺部幹細胞進行螢光影像標的。由碳元素所構成「螢光奈米鑽石」具有高度的光學穩定性及生物相容性，而鑑定標記後的肺部幹細胞的存活度、細胞的生長情況及細胞分化能力等幹細胞特性，並不受「螢光奈米鑽石」的影響。

研究團隊們進一步將「螢光奈米鑽石」標的的肺部幹細胞以靜脈注射移植小鼠體內，利用流式細胞儀分析不同組織內的肺部幹細胞所分布情形，發現只有肺部組織有偵測到標的肺部幹細胞訊號。另一方面，利用「螢光奈米鑽石」的螢光生命週期遠大於組織內自體螢光的特性，藉由自行改良之共軛焦顯微鏡的「螢光生命週期影像系統」可區分出標的後的肺部幹細胞螢光與組織本身自體螢光，確定所移植的肺部幹細胞位於肺部組織，並且位於支氣管與肺泡交界處，因此可應用於體內細胞追蹤並可得到單一細胞超高解析度的顯影。

螢光標示分子的各種巧妙應用，立下了分子生物學的里程碑。隨之而起的需要是更亮、更持久、生物相容性更好的標示記號。本研究所利用的「螢光奈米鑽石」除了具有以上優點外，更可以利用生命週期螢光顯微鏡影像技術區分出螢光生命週期較長的「螢光奈米鑽石」，並加以追蹤在組織的分布情形。研究團隊將肺部已損傷的小鼠移植螢光奈米鑽石標定的肺部幹細胞後，實驗結果發現以螢光奈米鑽石標定的肺部幹細胞不僅會回到受傷的肺部區域來進行修補並再生出新的肺部組織，也能夠藉由共軛焦顯微鏡建構螢光生命週期影像系統來追蹤體內微量的肺部幹細胞。此項成果可以為奈米科學和生物醫學的應用開啟一個新方向，盼望在未來疾病或癌症幹細胞的治療領域，可繼續發展出可能的臨床應用。

參考網路：http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2013.147.html

新聞連繫人：張煥正教授，中央研究院原子與分子科學研究所及基因體中心合聘研究員(Tel)+886-2-2366-8260。

游正博教授：中央研究院細胞與個體生物學研究所特聘講座(Tel)+886-2-2789-9500。