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臺馬合作抗疫不斷線
合作開發抑制病毒感染藥物篩選平台

發佈日期:2021-12-03

國立陽明交通大學(NYCU,以下簡稱陽明交大)在其前身國立交通大學時期即與馬來西亞的馬來西亞國立大學(Universiti Kebangsaan Malaysia, UKM) 的微工程與奈米電子學院及理學院與馬來亞大學(University of Malaya, UM,以下簡稱馬大)醫學院與藥學院分別在半導體研究及應用、生物醫學、藥物控制與釋放等相關領域的學術交流與研究合作已有多年經驗。近年來科技部積極推動並鼓勵國內學術機構與 18 個新南向目標國家加強學術與科技交流的指導原則下,國立交通大學於 2020 年 9 月間,在現有與馬來西亞這兩間頂尖大學之合作基礎下,擴大參與成立校級跨國聯盟,共同建置「臺馬半導體暨生醫科技海外科研中心」,以促進臺馬三校間之學術與科技的交流與合作。自國立交通大學與國立陽明大學於 2021 年 2 月合併後,本中心更積極扮演臺灣與馬來西亞之間最主要的半導體與生醫科技領域之科研、教育、產學合作及創新創業的合作平台。合作範疇聚焦於新穎電子半導體、生物感測與感染性疾病檢測系統開發、新藥開發、藥物遞送系統、癌症研究及生物工程等領域,進而創造新的研究領域、新的應用及產業發展方向,以促進臺馬學術與科技產業之發展並達到增進人類之福祉為主要目標。

 

本中心成立之初,即積極推動國立陽明交通大學與馬來亞大學與馬來西亞國立大學的學術交流,如積極延攬校內多位在生醫與生物科技相關領域學有專精的年輕學者成立臺馬跨國學術合作推動小組,進行研究團隊的媒合並鼓勵雙方的研究人員進行具體合作及共同申請跨國研究計畫。

 

本中心為強化陽明交大與馬來西亞兩所頂尖大學學者、學生與研究人員彼此間的實質交流與合作,並使雙方熟悉並了解對方的研究領域,雖處疫情肆虐狀況下,陽明交大與馬來亞大學跨越地理區隔,於 2021 年 3 月初舉辦了一場雙邊視訊學術研討會「2021 NYCU-UM Bilateral Virtual Symposium in Biotechnology and Biomedicine」,就智慧醫療與生醫裝置、神經科學與認知科學、生物資訊及人工智慧、新藥開發及藥物遞送、癌症研究、免疫與微生物等六項議題,進行演講、討論與交流,以促進雙方的瞭解並加強合作研究。

 

圖一:陽明交大與馬來亞大學雙邊視訊學術研討會海報

圖一:陽明交大與馬來亞大學雙邊視訊學術研討會海報

 

本研討會的舉辦獲得雙方學校的大力支持,在陽明交大方除了邀請前副校長陳俊勳教授致開幕詞、國際長陳冠能教授代表林奇宏校長致歡迎詞外,亦邀請了研發長蔡金吾教授為大會作主題演講 (Keynote speech)。在馬大方除了由醫學院院長 Professor Dr. April Camilla Roslani致開幕詞、副校長 (Associate Vice Chancellor [International]) Professor Dr. Yong Zulina Zubairi 致歡迎詞外,亦邀請馬來西亞愛滋基金會主席 Professor Dato' Dr. Adeeba Kamarulzaman 進行主題演講。

 

圖二:陽明交通大學與馬來亞大學視訊研討會,開幕式雙方貴賓致詞及雙方 Keynote Speaker 提出主題演講

圖二:陽明交通大學與馬來亞大學視訊研討會,開幕式雙方貴賓致詞及雙方 Keynote Speaker 提出主題演講

 

2020 年初適逢新冠病毒疫情爆發,全世界所有國家都因其感染力強、重症致死率高,無不戒慎恐懼,一方面限制人民的社會與商業活動,意圖圍堵及減緩病毒的傳播,另一方面積極開發新冠疫苗及篩選開發有效對抗新冠病毒的藥物。一般抗新冠病毒的藥物的研發,多以抑制病毒增生及平抑病患感染病毒後所引發之免疫風暴為主;相對的若能找到藥物可以干擾新冠病毒對人體的感染,如此亦將可降低後續病毒感染之機率與重症的比例。然而,藥物開發是需要跨不同領域專才共同合作及努力才得以有所成就,而「臺馬半導體暨生醫科技海外科研中心」在此扮演了重要角色,積極促成本校生科院與馬來亞大學醫學院共同合作開發抗病毒感染藥物篩選平台,不僅止於此,我們更積極結合國內著名公私立學研機構,如長庚大學,國立成功大學(簡稱成大),臺北榮民總醫院(簡稱北榮)與彰化師範大學(簡稱彰師大)等數個實驗室及業界夥伴共同參與藥物篩選平台的建構、開發及後續應用。

 

疫情爆發雖然阻隔了跨國與跨縣市間的實體移動,但是藉由無遠弗屆的網路與視訊,更組成 LINE 群組及利用 WhatsApp 通訊軟體,團隊成員間的溝通與討論、數據分析與論文撰寫上,不但未受到限制,反而更加活絡。在分工上蛋白質製備與電化學分析在陽明交大由張家靖教授、袁俊傑教授以及 Lik-Voon Kiew 教授研究團隊負責。我們的業界夥伴許國誠先生團隊,則負責製作鈀金奈米薄膜電極。細胞實驗部分由成大謝達斌教授負責,藥物篩選由馬大藥學院 Lip-Yong Chung 教授研究團隊負責,藥物合成、水解由彰師大許銘華教授研究團隊負責,動物實驗由北榮黃柏勳醫師研究團隊負責。實驗數據與臨床影響分析由馬來亞大學 Adeeba Kamarulzaman 教授及 Chirk-Jenn Ng 教授等實驗室共同完成,病毒相關實驗則由長庚大學施信如教授負責。

 

在團隊的共同努力下,我們從上海同濟大學醫學院左為教授團隊及美國明尼蘇達大學獸醫與醫學科學系 Fang Li 分別發表的學術論文中,獲知新冠病毒可能是藉由新冠病毒上的棘蛋白與人類細胞表面第二型血管收縮素轉化酶 (ACE2) 接合而入侵人類細胞。張家靖教授實驗室即著手運用基因重組技術在大腸桿菌中大量表現出 ACE2 蛋白質及新冠病毒之棘蛋白上與 ACE2 接合的功能區之多胜鏈,並以此在鈀金奈米薄膜電極系統上,建立棘蛋白與 ACE2 交互作用的電化學檢測平台。於此同時馬大醫學院 Lik-Voon Kiew 教授與馬大藥學院 Lip-Yong Chung 教授等實驗室藉由 ACE2 與 ACE1 在蛋白質序列上的高相似性,推論出與 ACE1 蛋白質作用之抑制藥物 (ACEi) 應該有機會與 ACE2 蛋白質作用。ACEi 是一系列具有類似作用藥物的統稱,因此我們開始針對美國食品藥物署所許可之藥物庫內之 ACEi 進行系統性的模擬分析,共篩選出八種 ACEi。


再以棘蛋白與 ACE2 交互作用電化學檢測平台進行系統性的檢測與分析,我們發現 Perindopril、Peridoprilat、Ramipril 和 Ramiprilat 可降低棘蛋白與 ACE2 分子交互作用能力約 50%-60%,而在長庚施信如教授實驗室進行真實病毒測試時發現對細胞感染能力則下降 39% 左右。由此可知這一抗病毒感染藥物篩選平台在學理上是成功的。同時我們還發現了有四種 ACEi 在分子及細胞層次上會促進棘蛋白與 ACE2 交互作用。這一研究已刊登於分析化學領域排名第一的頂尖國際學術期刊《Biosensors and Bioelectronics》上。需要強調的是,這些藥物在臨床上是否為會抑制病毒感染,需要醫療界作進一步的系統性分析。我們的合作夥伴馬來亞大學醫學院與相關醫院的 Adeeba Kamarulzaman 教授及 Chirk-Jenn Ng 教授等人,對此結果也十分感興趣,將依相關規範進行規劃,在取得人體實驗倫理委員會同意後,將針對該院現有之病患用藥資料庫與病毒感染資料庫進行比對分析。

 

開發過程最大的困難是經費短絀與樣品取得困難。由於新冠病毒疫情爆發非常突然,此一平台的開發上需要的研發經費相當龐大,還好我們的研究團隊成員及業界夥伴共同努力,向科技部、教育部、陽明交大與爭取相關經費,群策群力,才完成此一平台之開發。因此我們需要感謝科技部推動之陽明交通大學防疫中心、臺馬半導體暨生醫科技海外科研中心、教育部高教深耕計畫項下智慧型藥物與智能生物裝置研究中心之資助。樣品取得困難部分,則是因為臺灣防疫成效太好,病毒管制規範完備,因此需要取得測試病毒極為困難,還好長庚大學施信如教授投入大量人力接力於等級三之生物安全實驗室進行研究才使此一研究完成。

 

在合作規劃時我們即開始準備撰寫專利,考量專利申請時必要訊息之保密我們團隊申請美國專利臨時案。基於成果確定具有商業化之可能性,此二專利權已在今年一月底為業界所取得。後續將與我們研發團隊及學校共同為此平台產業化努力。由於我們的平台不僅可作為抑制感染藥物篩選,亦可用於其他具急迫性、感染性疾病之藥物篩選。因此未來亦可能利用蛋白質與電極製作等極具產業價值之技術,籌設新創公司,結合產官學研醫共創新產業。

 

圖三、國立陽明交通大學與馬來亞大學共同舉辦學術合作成果線上發表會,後方螢幕為線上參與之馬來亞大學與會者及我國駐澳大利亞代表處參事科技組彭雙俊教授

圖三、國立陽明交通大學與馬來亞大學共同舉辦學術合作成果線上發表會,後方螢幕為線上參與之馬來亞大學與會者及我國駐澳大利亞代表處參事科技組彭雙俊教授

 

圖四、國立陽明交通大學與馬來亞大學共同舉辦學術合作成果記者會,現場為陽明交大林奇宏校長、長庚大學醫學院楊智偉院長、成功大學謝達斌教授、科技部代表及陽明交大研究團隊於視訊螢幕前合影

圖四、國立陽明交通大學與馬來亞大學共同舉辦學術合作成果記者會,現場為陽明交大林奇宏校長、長庚大學醫學院楊智偉院長、成功大學謝達斌教授、科技部代表及陽明交大研究團隊於視訊螢幕前合影

 

作者:「臺馬半導體暨生醫科技海外科研中心」

計畫團隊:張家靖教授、袁俊傑教授

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