今天醫療保健單元，邀請老朋友、來到空中，陽明大學神經藥理所兼任教授 潘懷宗來到空中，進行一個月一次的醫療新知單元，本集主題為《含有幹細胞的海藻膠囊有助於修復心臟損傷》

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◎含有幹細胞的海藻膠囊有助於修復心臟損傷

我們成年人的心臟肌肉再生能力非常低，如果損傷後(例如心肌缺氧/缺血)，不論是失去功能或者是死亡，都很難自行修復，而原來心臟細胞的空白位置就會被纖維母細胞佔據，變成心臟纖維化，造成心臟無力，這是心臟病人死亡的主要原因之一，換心是一種治療方法，但來源相當的少，很多人等不到一顆心臟就去世了，如果能夠讓它自行修復或再生，那就真是再好不過了。目前台灣人的十大死因中，第二名就是心臟病，不容小覷。

2020年9月14日英國《每日郵報》記者哈根先生(Pat Hagan)報導了一種由海藻膠(Alginate)製成並裝有幹細胞的微小膠囊，可以作為心臟肌肉受損後的治療方法。膠囊大約為一顆米粒的大小，研究人員通過胸部側面的切口將其植入老鼠的心臟肌肉內。膠囊裡面含有30,000個骨髓間質幹細胞(mesenchymal stem cells)，會持續分泌出許多生長因子，這些生長因子可以啟動心肌修復和再生的過程，大幅度恢復心臟功能，這項研究成果已經發表在《生物材料科學》(Biomaterials Science 2020 Sep 15; 8(18): 5061-5070)雜誌上。

眾所皆知，許多人心肌梗塞(heart attack)急救回來後，發現心肌受損嚴重，導致心臟無力(或叫心臟衰竭；heart failure)，而這顆弱化的、肌肉受損的、無力的心臟因為無法有效地將血液推向全身，所以會造成身體各個器官組織產生缺血和缺氧的現象，造成呼吸喘、呼吸困難、疲倦無力、食慾不振、 四肢冰冷、下肢水腫等等的臨床症狀，甚至有心臟肥大和肝腫大的情形。在英國，心臟衰竭每年導致超過100,000人死亡。成年人口中大約有1-2%的心衰竭病患，其中超過70歲以上的老人更高達十分之一罹患心衰竭。心衰竭的病患5年的死亡率高達四成至五成，比許多癌症還糟。更多的人生活在令人沮喪的症狀中，例如呼吸困難和精疲力竭，連出個門都沒有辦法，生活毫無品質可言。

目前醫學界對於心臟衰竭的治療方法包括藥物治療以及改變生活型態方式藉以減輕心臟負擔，這些藥物可以降低死亡率改善部分心臟功能，但這些藥物並不能讓原本所造成的心肌損害復原回來。所以醫學界一直期望能讓心肌再生，恢復正常的心臟功能。十幾年來，幹細胞治療一直是科學家們努力的方向。幹細胞有很多不同的來源可以得到，骨髓是常常被提到的一個重要來源，強烈的證據指出在骨髓間質 (Bone marrow stroma) 存在有組織特異的幹細胞 (tissue-specific stem cell)。科學家已經了解到，必須直接把這種間質幹細胞送進受損的心肌部位(若選擇注射入血管，不論是靜脈或動脈，效果都很差，只有少部分的幹細胞會到達心臟受損部位)，才有可能促進新的心臟肌肉再生。但即便是如此，科學家們的諸多嘗試仍都以失敗告終。失敗的慘痛經驗，發現了兩個重要原因。第一是這些幹細胞會被免疫系統所破壞，因為它們不是心臟內原有的物質而予以攻擊，通常植入幾小時後，就只剩下不到1%。第二則是幹細胞就算直接放進心臟受損部位，它也不願意好好待著，反而會從受損區域跑到身體的其他各部位去，造成效果不彰。這次研究人員使用的海藻膠膠囊，既可以將細胞拘留在心臟受損部位內，不能夠亂跑。同時又可以保護它們不會受到免疫系統的攻擊(14天後仍然在膠囊內存活著)，可說是一箭雙鵰，效果非常好，所以受到媒體的大篇幅報導。
海藻裡面富含海藻膠(alginate)，本身就具有高度的生物相容性，不會觸發免疫系統的攻擊。當它被科學家簡單修飾後，可以形成凝膠狀的膠囊，保護幹細胞。同時膠囊外部具有多孔膜，可以讓幹細胞所分泌的各式各樣生長因子從孔洞中持續釋放出來，促進心肌再生。這顆膠囊直徑僅為1.5毫米，是由美國德克薩斯州休斯頓市的萊斯大學生物工程學系維瑟教授(Omid Veiseh)和貝勒醫學院外科部加塔醫生(Ravi K. Ghanta)所共同研發出來的。

加塔醫生將模擬心肌梗塞後的老鼠分成三組，每組老鼠的心包囊(the pericardial sac)內分別植入三種不同的東西，第一組老鼠是直入含有幹細胞的海藻膠膠囊，第二組是植入不含任何東西的海藻膠膠囊(控制組)，第三是直接植入完全沒有保護的幹細胞。首先，利用螢光追蹤先確定膠囊內的幹細胞能夠存活並在心臟中定位14天。在模擬心肌梗塞後的第28天，第一組老鼠的心室功能(ventricular function)和心肌纖維化情形(fibrosis)都和第二組和第三組進行了比較。第一組老鼠有41％的心臟打出血液的分數得到了顯著改善(ejection fraction scores)和控制組比較。但是當研究人員只植入幹細胞(第三組)而不將其放入海藻膠膠囊內來保護時，就只會有16％的老鼠心臟出現了改善，也就是說，幹細胞膠囊組老鼠的心室功能復原的機會比起直接植入幹細胞組要高出約2.5倍，相當驚人。另外，幹細胞膠囊組老鼠的心肌纖維化的情形比起控制組也大幅度減少了2/3。而直接注射幹細胞組在心肌纖維化上則完全沒有改善的效果。結論顯示海藻膠膠囊包裹幹細胞可以維持幹細胞存活，進而增強心臟復原與再生，有很好的治療效果。

英國心臟基金會副醫學主任皮爾森教授（Jeremy Pearson）接受記者訪問時表示，用幹細胞修復受損的心臟一直是醫學界十多年來的願望，但是到目前為止，這項努力的成果還遙遙無期。而海藻膠膠囊看起來確實是朝正確方向邁出的第一步，值得嘉許。未來人體研究的結果值得期待。

【本校土木系蔡克銓教授榮獲教育部第62屆學術獎】
　
本校土木系蔡克銓終身特聘教授榮膺教育部第62屆學術獎殊榮（工程及應用科學類科），蔡教授之學術專長領域為土木工程、結構工程、地震工程、結構動力、地震工程模擬實驗與鋼結構設計等。

蔡教授於本校土木系畢業（1977）及在國防部示範樂隊服役後（1979），先赴美國史丹佛大學取得結構工程碩士學位（1980），後在舊金山Skidmore, Owings and Merrill建築師與工程師事務所從事建築結構設計（1980-1984），發展出對精進鋼結構耐震工程技術的濃厚興趣，並在柏克萊加州大學由已故Egor P. Popov教授指導下完成博士學位（1988）。蔡教授為中華民國及美國加州註冊土木及結構工程師，於1989年起在本校土木系任教，自1995年起在國家地震工程研究中心（國震中心）兼任組長八年，協助國震中心實驗設備與技術之建立；1999年至2003年兼任本校工學院地震工程研究中心主任。在2003至2010年期間任國震中心主任，督導並協調與國內外產學研單位的合作，包括協助內政部建築研究所建置結構實驗室、推動全國老舊校舍耐震補強、地震即時警報系統、國震中心南部實驗設施建置等工作。持續進行、推動地震工程學術研究與應用超過三十年。聚焦在研究鋼結構抗震接合及消能裝置、精確且實用之非線性結構靜動態分析軟體、及鋼構架耐震設計與分析方法。指導臺大土木工程碩博士生共共一百一拾貳位，致力追求卓越與培養新一代的研究人材。

蔡教授返本校任教後，因研究國內習用之鋼梁與箱型柱接合受力變形行為而獲美國James F. Lincoln Arc Welding Foundation頒International Excellence Award (1992)。並在1994年北嶺地震發生後，協助美國SAC聯盟之研究需求，應邀撰寫鋼梁柱抗彎接合之State-of-the-Art專文。隨後研發出多種可應用於建築結構之鋼造減震構件，早期研發之三角形鋼板消能裝置技術專利與應用曾獲行政院傑出科學與技術榮譽獎（1995），一直免費被工程界採用。而已獲應用於國內外超過一百五十棟建築工程的多種挫屈束制支撐構件專利研發，得到行政院傑出科技貢獻獎（2017）、經濟部國家發明創作金牌及銀牌（2004, 2014）及科技部傑出技術移轉貢獻獎三次（2004, 2012, 2013）。率隊研發之泛用型非線性靜動態結構分析程式PISA3D，已廣泛獲用於地震工程研究、教學與工程實務。研究採實驗與分析方法並重，潛心研發安全且經濟的結構抗震工程創新技術。重視國際合作與將學術研究成果在高品質國際期刊發表，也致力將研究成果落實工程應用。多利用大型結構實驗及先進之結構分析技術，以提出簡易之工程應用方法為最終目標。與學生及同事在國內外共同發表超過三百篇的技術論著，獲頒20項工程論著獎，包括二次詹氏論文獎（2015, 2002）及美國工程師學會論文獎ASCE Moisseiff Award (2017)。從事研究以來也獲東元獎（2015），宗倬章先生講座（2015），俄羅斯國際工程院通訊院士（2013），三次科技部傑出研究獎（1998, 2000, 2012），侯金堆榮譽獎（2007），中技社科技獎（2005）及五次國研院傑出科技貢獻獎。因長期指導美加地區研究生來臺參與研究成果豐碩，於2018年獲美國鋼構造協會（AISC）頒特殊成就獎（Special Achievement Award）。蔡教授長期擔任本校攝影社、管樂團、管弦樂指揮培訓社三社團指導老師；自2010年起擔任國震中心的顧問，持續指導臺大研究生，並與國震中心研究人員及國內外學者合作研究。

🔹獲獎心得

蔡教授要感謝已故父母的栽培，方能具備從事教學與研究的能力；並要感謝兄長姊妹給予勤勞好學、努力工作的榜樣。蔡教授尤要對妻子與兒女的持續支持，表達由衷感激。蔡教授研究成果多是與本校研究生合作完成，他們修其他土木系老師所授的科目多於修蔡教授的課，所以這些優秀的研究生是所有土木系老師共同教導出來的。蔡教授很感謝有幸與這些研究生合作，能夠沾他們的光，很開心能代表這些優秀研究生及所有同事領這獎項。蔡教授也要感謝許多工程界前輩與後進，他們接受蔡教授團隊研究成果，毫無私心地將之用於實際工程建設。

#土木系 #蔡克銓教授 #第62屆學術獎

【土木系蔡克銓教授團隊榮獲行政院傑出科技貢獻獎】

本校土木系蔡克銓教授，長期率研究生和國家地震工程研究中心(國震中心)助理研究員吳安傑先生、莊明介博士及技術師王孔君博士研發結構抗震技術，以「挫屈束制支撐技術研發與應用」獲「2017年行政院傑出科技貢獻獎」。典型挫屈束制支撐 （buckling-restrained brace, BRB）的造法是將鋼斜撐的核心段表面貼薄橡膠後以鋼套管及內灌混凝土共同圍束，當BRB受拉時可降伏，受壓力時核心由鋼管混凝土所圍束亦可避免挫屈而穩定發展出降伏強度。因此建築受震擺盪時，BRB可充份發揮鋼材的優異韌性來吸收地震能量，減輕建築受震反應。

蔡教授自2000起發展出多款斷面與接合型式的挫屈束制支撐，創新提出搭接式BRB，方便用螺栓或焊接與構架接合，並使接合長度縮短而提高核心長度與抗疲勞壽命。更研發「槽接式挫屈束制支撐」技術，採方或圓型單管構造，端接合長度短，外觀、經濟性與耐震性能均優，能更省成本嘉惠使用者。另發展槽接式BRB構件與隅板之雲端運算設計程式，可全自動設計並輸出構件及接合細部尺寸。曾進行過上百組BRB實尺寸構件與十多組構架試驗研究，累計超過30名碩博士生及研究人員投入研究，包括兩位分由德國與紐西蘭來台的博士後研究員。發表超過30篇國內外期刊文章，技術在7個國家先後取得超過34項發明或新型專利，技術移轉授權至國內15間及紐西蘭1間鋼構廠，全球共累計已超過130件新建或補強建築工程案採用，累計生產已超過16,000組；得到經濟部國家發明創作金牌及銀牌（2004, 2014）及科技部傑出技術移轉貢獻獎三次（2004, 2012, 2013）。

蔡教授於本校土木系畢業後（1977），赴美國史丹佛大學取得土木工程碩士（1980），並曾在舊金山Skidmore, Owings and Merrill公司從事建築結構設計（1980-1984），在柏克萊加州大學由已故Egor P. Popov教授指導完成博士學位（1988）。蔡教授為中華民國及美國加州註冊土木及結構工程師，於1989年起在本校土木系任教，自1995年起在國震中心兼任組長， 2003至2010年任國震中心主任。持續從事研究與推廣應用近三十年，聚焦研究鋼結構抗震接合及消能裝置、鋼構架耐震分析與設計方法、及地震工程模擬分析與實驗技術，指導臺大土木工程碩博士生已畢業共一百零捌位。

蔡教授曾因研究國內習用鋼梁與箱型柱接合之受力變形行為而獲美國James F. Lincoln Arc Welding Foundation頒International Excellence Award (1992)。北嶺地震發生(1994)後，協助美國SAC聯盟之研究需求，應邀撰鋼梁柱抗彎接合之State-of-the-Art專文。另研發出多種鋼造減震構件，三角形鋼板消能裝置曾獲行政院傑出科學與技術榮譽獎（1995），專利一直免費被工程界採用。率隊研發之泛用型非線性靜動態結構分析程式PISA3D，已廣獲用於地震工程研究、教學與工程實務。研究多利用大型結構實驗及先進之結構分析技術，以提出簡易之工程應用方法為目標；與學生在國內外共同發表超過三百篇的技術論著，獲頒19項工程論著獎，包括二次詹氏論文獎（2002, 2015）及美國土木工程師學會論文獎(ASCE Moisseiff Award 2017)。曾獲科技部傑出研究獎三次，中技社科技獎（2005），侯金堆榮譽獎（2007），臺大終身特聘教授(2009)，俄羅斯國際工程院通訊院士（2013），東元獎（2015），宗倬章先生講座（2015），國研院傑出科技貢獻獎五次。現擔任本校攝影社、管樂團、管弦樂指揮培訓社三社團指導老師及國震中心顧問，持續指導臺大研究生與國震中心研究人員及國內外學者合作研究。因長期指導美加地區研究生來台參與研究成果豐碩，將於2018年四月接受美國鋼構造協會（AISC）在年會頒特殊成就獎（Special Achievement Award）。
行政院傑出科技貢獻獎網址
https://www.most.gov.tw/folksonomy/list…