NTUBST2019

4/19的午間科學論壇邀請到張文瑋教授，介紹益生菌之後生元（Postbiotics）在抑制頭頸部癌症和影響腸道微生物菌相之功能。張教授1999年於成功大學生物學系畢業，並在2006年於成功大學基礎醫學研究所取得博士學位，之後進入中研院基因體中心陳鈴津院士實驗室進行博士後研究。2009年進入中山醫學大學生物醫學科學系擔任助理教授，並在短時間內於2015年升等為教授，其研究方向以乳癌、肺癌、口腔癌以及子宮內膜癌為對象，試圖了解調控癌症幹細胞的訊息傳遞網路。

人體腸道的微生物組成、及其所產生的次級代謝物都對人體的健康至關重要，若微生物菌相失衡，會與許多疾病有所關聯，比方說自體免疫疾病、發炎疾病，以及包含了大腸直腸癌、乳癌、肝癌、胃癌、頭頸部癌症等疾病。一般調整腸道微生物菌相的方法都是使用活菌，而食入的活菌是否可以定植於腸道是其發揮功效的關鍵因素之一。但對於病人或免疫系統有受損的人，補充益生菌活菌是否會產生其他副作用，如伺機性感染，則仍有其風險。為解決此問題，張教授透過加熱乳酸桿菌使其失活的方法製作死菌製劑，其製劑包含細胞壁、脂質、蛋白質、次級代謝物等物質，為後生元製劑，並測試此死菌製劑對於抑制腫瘤、改變小鼠腸道菌相的效果。

張教授主要針對口腔鱗狀上皮癌（Oral squamous cell carcinoma, OSCC）這種佔了頭頸部癌症80%以上的癌症為對象，利用自己建立的腫瘤球體培養（Tumorsphere cultivation）平台來測試死菌製劑對於腫瘤幹細胞(Cancer stem cells)的影響，結果表明其確實可以抑制腫瘤幹細胞的活性，並透過進一步實驗證實可能是影響了細胞週期當中的G1至S期的轉換，以及一些幹細胞因子的表現。接著再利用小鼠進行活體腫瘤生長實驗，將死菌製劑先餵食給健康小鼠兩天後再注射腫瘤細胞以誘發癌症，並在腫瘤形成後持續餵食死菌製劑達四周，結果顯示餵食死菌製劑組的存活時間與未接受製劑的控制組相比有增加、腫瘤增長速度變慢，並且誘發癌症之後觀察到的腸道內短鏈脂肪酸下降，則有回升情形；另外，透過16s rRNA基因的定序了解腸道菌相的改變，發現β多樣性（β diversity）在誘發癌症後與餵食死菌製劑後有顯著差異，部分腸道菌的豐富度則可恢復至接近未誘發癌症之對照小鼠的狀態。最後再把腫瘤重量跟不同腸道菌屬、短鏈脂肪酸含量做相關性分析，也可以驗證此一推測。

張教授將其研究成果已申請到台灣專利並由生技公司進行製程開發，期待未來此研究結果能成為癌症治療與預防的一大利器。歡迎對此演講內容有興趣的系友，聯絡張教授:changww@csmu.edu.tw。

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4/21的午間科學論壇邀請到臺大藥理所的魏子堂教授，介紹黃豆中含量最豐富異黃酮之一的 genistein 弱化大麻引發的血管發炎之效用。魏教授於台大藥理學研究所取得博士學位，並至美國史丹佛大學心血管中心Dr. Joseph C. Wu實驗室從事博士後研究，於2019年進入臺大藥理所擔任助理教授，主要探討大麻及大麻素受體於人體不同器官系統的影響。

由流行病學的研究顯示，吸食大麻會增加心血管疾病(cardiovascular disease ,CVD)的風險，目前已知是由大麻中的活性成分Δ9-四氫大麻酚(Δ9-tetrahydrocannabinol, Δ9-THC)在血管中與大麻素受體1(cannabinoid receptor 1,CB1/CNR1)結合，但對於其詳細機制仍不完全了解。不僅是娛樂用大麻，臨床使用的藥用大麻，也會造成CVD的副作用，因此魏教授希望可以進一步了解其機制。

魏教授運用誘導性幹細胞（Induced pluripotent stem cell，iPSCs）誘導分化得到心肌細胞、血管內皮細胞等細胞模型，並利用Δ9-THC進行細胞實驗，發現Δ9-THC會通過NF-kB信號誘導造成細胞的發炎反應與氧化壓力增加，而此負面影響在給予了CB1抑制劑或利用siRNA、CRISPRi抑制CB1之功能後即可被反轉。

CB1為內生性的神經傳導物質受體，其訊號與肥胖、糖尿病、肝硬化與癌症有關，但目前已知的CB1抑制劑接會造成焦慮、憂鬱等過強的副作用，因此尚無FDA核准的安全藥品，有許多研究者也希望可以在此有所突破。魏教授透過ROCS軟體進行高通量藥物篩選，以 rimonabant與其餘三種CB1抑制劑為結構模板進行篩選得到62種候選化合物，再一一將其與CB1進行molecular docking，最後找到genistein為排名第一名的候選化合物。利用genistein進行前述的細胞實驗，確實可以看到其可反轉Δ9-THC對細胞造成的負面影響。

接著在小鼠實驗中，使用wire myography assay證實genistein可以阻斷Δ9-THC引發的血管內皮功能障礙，減少動脈硬化斑塊，並且在蛋白質、RNA的分析當中也可以看到Δ9-THC造成的負面影響被反轉，後續使用相關性分析也可得到同樣的結果。為了確認這些效應是genistein與CB1結合造成的效果，魏教授將其接上一個小分子螢光基團，確實可以看到其與CB1的位置有重疊，並且會累積在肝、腎、血管等重要器官中，同時還意外的發現genistein不會穿透血腦障壁，因此不會影響Δ9-THC對於中樞神經造成的止痛、欣快感和促進食慾等中樞神經作用效果，可以有效又無副作用地作為CB1的天然抑制劑，對於未來此類藥物的開發與疾病的治療是一個重要突破。

魏教授的研究成果，已刊登在Cell期刊:

Cannabinoid receptor 1 antagonist genistein attenuates marijuana-induced vascular inflammation. Cell. 2022 May 12;185(10):1676-1693.e23.

歡迎對此演講內容有興趣的系友，聯絡魏教授: ttwei@ntu.edu.tw

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5/19的午間科學論壇邀請到蔡博宇博士，分享再生醫療技術的過去、現在與未來。蔡博士2008年畢業於臺大醫學院免疫所，曾在永齡健康基金會擔任研究專員、建立細胞治療中心，並於2013年創立了「納維再生科技股份有限公司」。蔡博士從自身成長經歷、細胞治療的應用、國外市場狀況解析，到自己創業的辛酸血淚與產業未來前景的分享，帶給我們最真實且具體的寶貴經驗。

2012年，CAR-T（chimeric antigen receptor-T cell）細胞療法的橫空出世，為人類生物醫療科技翻開了全新的扉頁。免疫細胞治療，即為體細胞治療，可應於治療自體免疫和過敏疾病、清除老化細胞，且在器官移植領域，利用抑制性T細胞克服了傳統方法在組織相容性和依賴長期免疫抑制藥物的困境；最重要的是，其為沒有良好治癒方法的癌症帶來一線曙光，除了CAR-T療法對於B細胞淋巴瘤、多發性骨隨瘤等非實體腫瘤一針就可藥到病除外，目前對於其他癌症之治療方式也正在積極發展中。對以上疾病之治療，已有許多二期臨床試驗正在進行，免疫細胞治療已是生醫領域冉冉上升的新星。

然目前在美國獲准製造細胞製劑的藥廠屈指可數，且價格非常昂貴，諾華公司所推出的CAR-T療法費用高達47.5萬美元，而Gilead/Kite公司的療程則高達37.3萬美元，對一般平民老闆性幾乎可說一針就要傾家蕩產，但相對來說也具有非常大的發展潛力。據估計，免疫細胞治療在2027年的市場規模將達到2019年的五倍，而癌症治療又會佔據其中最大的市場份額。相較於目前僅有的自體細胞療法（使用自己的細胞），正在努力研發的異體細胞治療（使用他人的細胞）就可以大幅降低成本。

在美國，只要是從事免疫細胞治療的公司，無論規模大小都可以募得大筆資金，例如專注於樹突細胞療法研發的Dendreon公司，於2000年進行首次公開募股（initial public offering, IPO），就募得4500萬美元的資金，但他們直到2011年才獲得FDA的許可證。值得一提的是，諾華在獲得FDA批准生產細胞製劑後，解雇了細胞治療部門的全部120名員工，將製造工作外包給Dendreon公司，且將進行基因編輯的病毒交由瑞士公司生產，預示著此產業未來有走向跨國專業分工的趨勢。

未來免疫細胞療法的發展，蔡博士還分享了以下幾大趨勢：細胞製劑可能將以半成品的形式流通於市場，由有實力的國家領導進行通關模式協商，跨國物流業務將有利可圖；細胞製劑的製程管制預計會變得更加具有彈性，這將有助於提高生產效率；蔡博士從自己與國外公司簽約時針對實驗記錄保存的協商過程，說明智慧財產權的保護將是重要議題；最後，AI和自動化技術將扮演重要角色，因細胞製劑需要在短時間內（如八小時）迅速注入病人體內，且因不可使用抗生素導致難以檢測是否有污染發生，自動化技術將提高製程效率、大幅減少人為汙染因素。綜觀上述，可謂此領域的發展潛力如同一望無際的蔚藍海洋。

然而，由於CAR-T療法是由外部注射大量的T細胞，可能會引起強烈的免疫反應，易導致細胞激素風暴（cytokine release syndrome）與神經毒性症候群（immune effector cell-associated neurotoxicity syndrome）等嚴重副作用。因此，蔡博士憑藉在學術界累積的厚實知識與經驗，為其篳路藍縷一手打造的納維公司找到突破口──CAR-NK（chimeric antigen receptor-nature killer cell）技術，因為NK細胞相較於T細胞所引起細胞激素風暴的機率較低。目前，蔡博士已經發現兩種具有潛力的抗體，用於對抗肺癌和乳癌，並正在進行動物實驗。此外，蔡博士也利用羊駝來生產抗體，其抗體僅為人體抗體大小的1/4（15kDa），且只需五組引子就能完成生產，可大幅提高生產效率。技術的邁進固然值得喝采，但更重要的是，蔡博士乃是帶著「希望此療法的價錢可以更加親民，不再只是富豪才可以使用」的初衷在運營公司，祝福蔡博士的公司能有所突破，造福人類社會。

不管你是想要投資未來的系友、或是與蔡博士一同打拚的系友，歡迎聯絡蔡博士：boryutsai@navibio.com.tw

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10/13的午間科學論壇，邀請到顧正崙特聘教授，分享其豐富的學術和業界經歷。顧博士先後在台大動物學系、陽明微免所取得學士和碩士，並在2007年從巴黎第五大學獲得免疫學博士學位。而後，除了在長庚與陽明交通大學擔任教職外，也曾在細胞治療公司擔任資深總監，同時也是Elixiron Therapeutic的共同創辦人和科學顧問。本文章第一部分是顧博士在演講中談到在業界的經歷與看見，而後會分享顧博士學術生涯中的四個小故事與啟發。

顧博士分享到在跨國藥廠擔任資深總監的經歷，與學術界生活差異極大。顧博士說：「貧窮真的限制了我的想像。」業界的研究經費遠遠高於學界的經費，設計起實驗就不會有綁手綁腳的感覺。當時為了要組建研發團隊，能提出的薪資待遇也遠高於學界，所以能吸引到很好的人才。由於這些研發過程與薪資的花費，跟一個藥物完整開發所需的數百億新台幣相較，是天壤之別，在業界高度競爭的環境，更講求的是速度與完整性，因此業界在經費上的投入是相當可觀。此外，因為高度競爭，每天都要閱讀無止盡的文件、要從競爭對手釋出的一點點資訊猜測其研究進度，壓力非常大。由於是跨國企業，從一大清早到半夜都會有會議，業界的生活非常認真拼命。

在業界提案，與學術界不同，不是要寫計畫書，而主要是準備以投影片為主的報告，且相對學術界，業界的報告有更多的維度，需要包含：「這個藥的市場？從科學的角度它為什麼有效？有沒有好的化合物？還有誰在競爭？如何繞過別人的專利？製造過程有沒有問題？要如何驗證？要花多少錢、多少時間？」當然，隨著龐大的壓力與辛勞而來的薪資也是十分豐厚。在這個高度競爭的環境下，嚴謹的科學是藥物開發的根本。

求學生涯的紮實訓練與辛勤汗水，換來豐碩果實

顧博士碩士班就讀陽明微免所，號稱當時天下第一所，整體研究風氣非常好。有時候做實驗做到半夜兩點半，發現限制酶沒了，還可以走到隔壁實驗室借!幾乎是個不夜城。不論是謝世良老師或學長姐，對學弟妹的要求特別高，盯實驗盯得很緊，顧博士自嘲:「當時我的手非常拙，做五次有三次會失敗，是正常的。」那時要問學姊問題，要先把投影片做好、準備好便當。但回頭來看，他十分感謝老師與學姊的訓練，這兩年的時間，讓他養成對實驗的良好習慣、對學術的要求，使其一生受用。

閱讀paper與文獻的重要－成為Science的第四作者

顧博士在法國念博士班時，師從Casanova。當時，肺炎鏈球菌感染後，有十萬分之一的患者會成為重症，也是十分棘手的疾病，醫界都苦無對策。他們遇到一個孩童個案，每年都受此重症所苦，但他感染的時候也不會發燒，甚至已經產生腦炎了也不會高燒。他們依據過往的研究經驗做出假設，此重症狀況是由免疫系統之基因突變所導致，但卻不知道是什麼基因，此時顧博士看到了一篇做老鼠IRAK4基因研究的paper，發現此基因缺失的老鼠有一樣的症狀，於是就建議老師篩選IRAK4，結果證實此重症狀況，真的是IRAK4基因突變造成。此研究結果很快就發表在Science，而顧博士成為了第四作者，僅僅是看了一篇paper。

對博士研究題目的自我懷疑與怨嘆

顧博士博士班的研究題目，是全世界只有28位患者的疾病，當時他覺得根本毫無意義：「當時我大學同學們在全世界研究基因治療、研究癌症藥物，他們都研究可以救活幾百萬人的疾病，我們實驗室總共有30多人，但這個疾病全世界只有28人。」所以他對自己的研究工作產生了很深的懷疑，覺得這個成果什麼paper都投不了，極度沮喪，甚至拒絕去實驗室…。但後來，期刊編輯來到他們實驗室，老師找他去報告，結果報告的內容令對方非常滿意，就接著進行投稿，沒想到只改了幾個字，就被接受了！到現在，這篇paper被引用了四百多次。「那時，只是我太年輕，看不出研究題目的價值。」顧博士說道。

「我鼓勵年輕人從事科學研究，在所有領域中，生物醫學研究是最能直接改善人類生活的」-Casanova

顧博士博士班生涯期間，有一個沙烏地阿拉伯的孩童患了極為罕見的疾病，由沙烏地阿拉伯的國王協助治療，甚至不惜安排全家人到巴黎尋醫，而後順利確認他是IRAK4基因缺失的病人，甚至發表在Science上。不幸的是，他回國後因為罕病照顧上的經驗缺乏，病人受到非常嚴重的感染，於是醫生就把血液樣本送到Casanova的實驗室，在信中醫生寫道「拜託你們幫幫他，如果不行，就用這管血幫幫其他小孩。」後來這位孩童不幸去世了，但後續他們的研究發現，只要使用ampicillin，就可避免此疾病造成的死亡，且等到十歲後免疫系統慢慢成熟，會有替代的免疫路徑產生。Ampicillin是非常便宜的藥物，只要對這疾病有足夠的了解與正確的診斷，就有現成的藥物可以救命。這個疾病的死亡率約有六成，後來陸續發現有數十位有這樣疾病的小孩，因為這個小孩對於科學與醫療上的貢獻，以及研究人員與醫療人員的付出，他成為了最後一位因此疾病死亡的小孩，後續大約有60位孩童的生命，以及背後的家庭獲得拯救！顧博士說:「生物醫學的研究可以拯救生命!所以我下定決心，這就是我一輩子要做的事情!」

歡迎對顧博士演講內容或研究主題有興趣的系友，聯絡顧博士：clku@cgu.edu.tw

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11/10的午間科學論壇邀請到阮大同博士，分享其從創立台灣第一個生技藥品檢驗中心，到台灣第一間病毒載體GMP (Good Manufacturing Practice) 製造廠的經驗。

阮博士畢業於台大化學系，1997年於美國賓州大學取得生物化學暨生物物理博士。2005年，阮博士回國並進入生物技術開發中心，不久後，台灣的蛋白質藥物開始發展 (中裕、藥華) ，但隨之而來的是需要有藥物品質和安全檢驗的環節，那時只能都送到美國和歐洲的CRO (Contract Research Organization) 公司來執行檢驗，因此經濟部希望台灣可以自己發展相關檢驗產業，於是在2008年委託生技中心創建台灣第一個生技藥品檢驗中心。蛋白質藥物的生產成本很高，在製造、純化後，管理單位會需要知道藥物的純度、摻雜的雜質有什麼、是否有病毒與霉漿菌汙染等等，對於消費者的健康十分重要。舉例而言，在2009年美國的Genzyme公司的廠房受到一個沒有發現過的病毒汙染，於是工廠就關了一年做清消，並需要研究如何在生產過程中去除此病毒，損失數千萬美元。在此期間，阮博士擔任副執行長，領導超過270人的研究團隊，並且碰觸到各式各樣、不同種類與製程的藥物，除了累積了寶貴的經驗與技術，也培育了許多優秀的技術人員。

然而，因為生技中心是財團法人，所研發出來的技術需要由民間公司來承接營運，加上其所需要的行政流程較為繁瑣以及其他限制，阮博士與團隊主管們的討論後，決定要將生技藥品檢驗中心技轉民營化，而後於2016年創立啟弘生技公司，擔任董事長與CEO。在2012年，CAR-T細胞治療成功治療了美國女童Emily的急性淋巴細胞白血病後，細胞與基因治療開始爆發式成長，阮博士最初在思考，要投入細胞製劑生產的代工，還是病毒載體的代工，因為前者已經有較多人投入，而病毒載體又佔了細胞製劑成本的三分之一以上，阮博士根據自身藥物安全檢驗的經驗，對於病毒十分熟悉，因此決定投入病毒載體的代工，並進行CTDMO (Contract Testing, Development and Manufacturing Organization) 運營，除了要克服實驗室的證照取得、建造、運作等技術性問題外，當時面臨的最大挑戰是國內的市場太小，而細胞治療的全球市場預估中最大者為美國，其次為亞太地區，由於地緣與成本考量，阮博士決定搶攻日本市場，與Teijin公司合作，成為進駐日本千葉的柏之葉生技聚落的第一批廠商。

在演講的問答中，談到新藥開發能否以學校實驗室的規模來進行? 阮博士分享到，如一個小分子藥物做到臨床二期大概要1.4億、蛋白質要做完preclinical就要2億，如果在美國，只要創新藥品的品質夠好，就會有創投公司或業界人員接手；反觀在台灣，因為還沒有這樣的企業文化，而政府因為臨床研究民間已經可以進行，也很難給予資金，因此若學校老師要獨立進行臨床研究的難度太高，建議可以找國衛院或生技中心這樣的財團法人合作，才有可能獲得資金挹注。

演講的最後，阮博士分享了給予在做同學的職涯建議，認為生技醫藥產業是人類社會不可或缺的剛性需求，也是救人救世的事業，因此鼓勵年輕學子可以多投入。在校內所學應以研究的技術為本，再依據個人興趣志向朝項新技術開發、市場開發、業務推廣等方向發展，多獲取如技術、市場趨勢、法規變動的新知。最重要的是，台灣的市場規模太小，製造業一定要走出國際，因此培養自己的語言能力與視野是非常重要的。阮博士直言，雖然當初在念書時對未來仍有所迷茫，但他一方面維持自己的學術論文產出，一方面也積極閱讀商業相關的刊物與書籍，「Always prepare yourself」才可抓住眼前的機會。

歡迎對阮博士演講內容或研究主題有興趣的系友，聯絡阮博士：tyuan@hunilife.com

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11/24的午間科學論壇，邀請到任教於電機系、生醫電資所的劉子毓博士，分享她將機器學習應用於血液癌症篩檢的經驗與成果。劉博士在臺大電機系畢業後，於美國密西根大學取得系統電機工程碩、博士學位，而後於美國多所大學擔任博士後研究員、矽谷Freenome公司擔任機器學習科學總監，並於111年獲選為玉山青年學者。

隨著人工智能的爆發式成長，機器學習技術在生物醫學上的應用展現出了潛在的巨大價值，如醫學影像分析、基因組學、藥物研發以及疾病診斷和預測等領域。劉博士舉出機器學習在癌症篩檢上的應用。相信大家都明白癌症的早期篩檢非常重要，根據統計，針對美國發生率最高的五大癌症，如果可以在早期（local stage）發現，則病人的五年內存活率會大幅提升，但癌症的早期篩檢有一定的困難，由於大部分疾病缺乏明顯的早期症狀，使得篩檢方法存在靈敏度、特異性不足的問題，易導致誤診或漏診；此外有些早期癌症篩檢方法需要昂貴的設備或技術，導致成本較高。

血液中有許多游離標的物（cell free marker），包含游離DNA（circulating cell free DNA, cfDNA）、游離RNA、蛋白質等。針對這些標的物之全基因定序、DNA中雙硫鍵鍵結之偵測、蛋白質定量作為機器學習的預測變數（features）來建立多體模型，再利用交叉驗證（cross-validation）評估模型性能和泛用能力。這些模型對於偵測大腸癌、胰臟癌，在不同的癌症階段皆可以達到相當高的敏感性和特異性；此外，即便在癌症前期（第0期）的篩檢中，針對大腸息肉（colorectal advanced adenomas）篩檢也有一定的靈敏度，而傳統的篩檢方法僅有20%甚至更低。特別相較於傳統方法對癌症早期篩檢的靈敏度較低，使得機器學習技術對此具有極大潛力。

雖然機器學習可以讓人類對生醫研究有不同的洞見，但劉博士也分享了在技術執行上會實際碰到的困難，其中特別講到小樣本、高維度（small n large p）之困境。在疾病篩檢時，由於疾病患者相較於健康的人群勢必為少數，此外由於人體的基因組十分龐大，大約有三十億個鹼基對，皆造成了很高的分析維度，如此在進行機器學習時會造成預測變數的數量遠大於樣本數量。此時，可能會導致過度擬合（overfitting），使得模型過於複雜，雖然對訓練數據反應良好，但在新數據的預測表現卻不如預期。對此劉博士分享現有文獻中一些有代表性的生物資訊，如利用血液當中的cell free DNA當中的mutation detection、copy number alteration、methylation pattern、nucleosome positioning、chromatin organization等有意義的預測變數來進行降維（dimensionality reduction），可幫助找到有意義的癌症訊號。此外，在疾病檢測中，因為每種癌症有不同的標的物，如何針對不同疾病選擇特定的標的物，也會影響機器學習的準確度。劉博士分享使用蛋白質定量、全基因解碼的數據，尋找適合的標的物。針對這些多樣的標的物如何更有效的合併，則是未來機器學習需要更多投入的方向，除了專業的程式技術外，也需要依靠廣泛的生醫背景知識來決定預測變數的選取與模型的建構。相信在不久的將來，機器學習技術將為人類醫療開啟新的篇章！

歡迎對劉博士演講內容或研究主題有興趣的系友，聯絡劉博士：joyliu@ntu.edu.tw

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