瑞士科學家研發可植入皮膚的「鈣離子感測細胞」,盼能幫助監測癌症的惡化

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 23 日 9:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

最近瑞士蘇黎世的科學家以合成生物學的概念研發了一款能夠植入動物皮膚中的鈣離子感測細胞,他們將其稱之為「生物醫學刺青」(Biomedical tatoo)。因為當他們所設計的感測細胞偵測到生物體內的血鈣濃度上升時,會大量合成一種黑色的色素(melanin),而使受試生物的皮膚表面出現黑色的斑點,有如刺青一般。該研究成果已刊登於 2018 年 4 月的《科學轉譯醫學》(Science Translational Medcine)期刊上。



合成生物學」(Synthetic Biology)是一個跨學門的研究領域,其中包含了分子生物學、生物技術,以及電機工程和資訊工程等。早期的合成生物學家藉由大規模地設計或修改微生物的基因組(Genome),使它們如機器般提供不同的功能,用以幫助治療疾病、進行生物探測等。合成生物學通常進行千個以上的 DNA 鹼基對(basepair)之修改,還需利用工程學的概念設計測試的方法,以確定此「生物機器」能順利運行。相對而言,「基因改造」通常只是小規模地改變某個基因的 DNA 序列。因此,合成生物學是一門結合科學和工程技術的知識來解決人類問題的學問。

鈣離子是人體不可或缺的元素,它在細胞內的訊息傳導,細胞與細胞間的交互作用以及細胞的生長、凋亡等現象都有參與其中。因此維持人體內鈣離子濃度的恆定是十分重要的。正常情形下,當血液中的鈣離子濃度下降時,副甲狀腺會分泌適量的副甲狀腺素,以刺激骨骼釋出鈣質,並增加活性維生素 D 的合成,而使小腸對鈣的吸收上升,同時也降低尿鈣的排泄,以此恢復血鈣的正常濃度。而當體內鈣離子濃度上升時,副甲狀腺細胞上的「鈣離子感受器蛋白」(calcium-sensing receptor,CaSR)與鈣離子結合後,會將此訊息向細胞內傳遞,因而抑制了副甲狀腺素的分泌。蘇黎世的科學家即是巧妙的將鈣離子感受器蛋白,整合至他們的鈣離子感測細胞中,才能夠偵測血液中的鈣離子濃度。

約 20-30% 的癌症患者在疾病過程中會出現高血鈣症(hypercalcemic),其原因可能是因為癌細胞轉移至骨髓,並溶蝕骨質使鈣離子釋出所致,也可能是癌細胞分泌過多調節血鈣的重要荷爾蒙副甲狀腺素所引起。由於高血鈣會使腎臟無法濃縮尿液,而造成夜尿、多尿(會增加脫水程度),長期高血鈣還會有腹痛、便秘、昏迷、視覺障礙等。

由於癌症病患出現高血鈣症時常與病情惡化有高度相關,若能及早發現此症狀,對於醫生診療病人將很有幫助。由於許多種類的癌症,如乳癌、肺癌、大腸癌以及前列腺癌等病患皆可能發生高血鈣症,因此研究團隊相信他們本次的研究成果對於癌症的診斷及治療將極有助益。

(首圖來源:shutterstock)