活體基因影像報導系統於中草藥之研究與應用

眼見為憑—

活體基因影像報導系統於中草藥之研究與應用

侯庭鏞教授

中國醫藥大學中醫學系

犧牲後的老鼠能告訴我們的故事太少了！依照傳統慣例，要得到老鼠的實驗數據，需要依據實驗時間點來進行犧牲，在盲目中以假說為導引，解剖取特定器官之預設部位，然後進行組織切片，並進一步以染色來判斷反應基因所在部位與存在時間點。研究人員如能依據老鼠活著時的影像得知其生理過程中之即時狀況，不用進行犧牲或是其他侵入性技術來對待老鼠，而是以全身性、非侵入性、即時性活體影像檢測系統進行分析，這將會使得研究員更容易操作且能夠得到更多的資訊。例如，每一頭老鼠可以當做自己的控制組，或是一個疾病的發病過程，施與藥物治療後改善之狀態可連續性觀察等。老鼠全影像圖譜，已形成一種新型態的數據呈現方式，而眾多的活體影像技術是現在隨處可見的，在醫院中的核磁共振影像（MRI），正子斷層造影（PET），斷層掃描（CT），單光子射出電腦斷層攝影（SPECT）已使用在例行性患者的掃描；相對的，較易使用及親合性高的機器，例如以冷光為主之活體即時基因影像檢測系統，已經被開發用於動物的研究上，這些技術可以穿透且更深入到達組織，去了解較活體內基因活化的實際狀況。

活體即時基因影像檢測系統（IVIS Imaging System^® 200 Series）是針對實驗動物試驗所開發的儀器，校內研發處已購入，置放於動物中心供校內同仁使用。該系統可觀察與分析同一隻動物於特定時間點的反應，而建立新的實驗方法流程搭配先進的軟硬體設計，則能從動物實驗獲得更多且高品質的資訊。利用冷光酵素（luciferase）會將其受質代謝出生物冷光的原理，或是採用螢光蛋白或奈米螢光染劑接受激發產生螢光之特性，研究者可將這些報導系統植入細胞或動物中，進而利用此系統的CCD偵測訊號，藉以觀察與分析同一動物於特定時間點的反應，可降低動物使用量及降低個體差異所造成的實驗誤差。IVIS為非放射性偵測系統，無安全性顧慮，操作及使用門檻低，可同時對五隻小鼠進行影像擷取分析與三維立體影像分析。其功能含括活體動物/植物冷光/螢光絕對定量分析、量測功能、三維立體影像重建及訊號深度偵測功能、小鼠動物器官模型套圖及訊號深度分析功能、冷光/螢光細胞株絕對定量分析、量測功能等。此設備從2000年開發上市後，就已經受到學術界及藥廠研發中心的重視及使用，此設備技術應用範圍包括：中草藥篩選、動物模式建立、新藥開發、藥物安全及毒理性測試、腫瘤研究、感染性疾病研究、功能性基因體研究、蛋白質體學相關研究等。

目前我們的實驗團隊已將正常小鼠與特定疾病小鼠之活體內NF-κB生物冷光影像作為工具，應用在中草藥的研究上。生物冷光訊號除了可用於快速地評估中草藥免疫調控的效益外，也可當作受中草藥影響之器官的指標。受中草藥影響的器官將進一步以microarray與基因表現圖譜來進行免疫調控分子機制的探究。在實驗團隊的研究中，我們利用活體冷光影像導引之微陣列分析方法，分析與解釋中草藥調控免疫的活性及機轉，將傳統中草藥調控免疫及抗發炎的療效以更直接的方式呈現並解讀。而應用上述研究模式，我們在探究宿主對中醫藥材料交互作用的結果已發表於Biomaterials（Ho et al., 2007; Hsiang et al., 2009），天然化合物vanillin抑制動物體內發炎反應的療效及機轉已發表在Journal of Pharmacology and Experimental Therapies（Wu et al., 2009），樟芝抗發炎的療效及機轉已被Food and Chemical Toxicology接受（Hseu et al., in press），其它研究結果正陸續撰稿中。已發表之相關報告如下：

其中，應用活體基因影像系統報導中醫藥材料活體效應“Nuclear factor-κB bioluminescence imaging-guided transcriptomic analysis for the assessment of host–biomaterial interaction in vivo ”已入選「Biomaterial」期刊2009年度影像報告，『Biomaterial』期刊為MATERIALS SCIENCE, BIOMATERIALS學門排名第一之國際知名期刊，『Biomaterial』編審辦公室每年都會決選當年度12篇重要報告，將其影像集結成當年度的影像海報『The Year in Images』，供研究人員下載及印行紙本發行至各大研究單位(http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/30392/description#description)。本篇報告為本校醫學院 醫學系微生物學科 項千芸老師、健康照護學院 生物醫學影像暨放射科學學系 陳悅生老師及中醫學院 中醫系 侯庭鏞老師三個實驗室團隊合力完成之報告。本篇報告主要目的為構築繁殖可執行非侵入性活體基因影像技術之基因轉殖鼠，監測中醫藥材料影響活體的部位，進而導引轉錄體學方式探勘中醫藥材料與宿主之交互作用，形成一獨特的功能性基因體學平台。

實驗室已利用此一系統發展開啟一新穎概念，對於中醫藥臨床試驗及新藥開發可能有所助益。目前臨床中醫用於治療疾病的方藥及治療策略數量眾多，但是其臨床試驗及新藥的開發成功案例卻極為稀少，主要癥結為不同疾病及其病程非常複雜，很難準確切入治療的時機，此外尚有藥物投與濃度及延續時程等多種變因。另外，中醫治療策略中，方藥及針灸所含之活性物質及其真正作用於活體內的機轉和療效標的不明確等原因，也會導致中醫藥臨床試驗及新藥開發的成功機率不大。中醫藥，無論是中草藥、方劑、乃至於針灸，其組成及療程複雜，在活體內很難有效分析最適化時間及位置。非侵入性活體基因影像技術可以被用來掃描中醫藥，無論是中草藥、方劑、乃至於針灸即時性的活體內效應，以最大基因活動度定位最適化時間及位置。在鎖定時間及位置效應後，利用全基因體基因表現圖譜描述中醫方藥及針灸活體多靶點反應，進一步可鎖定中醫治療策略中方藥及針灸所含之活性物質及其真正作用於活體內的機轉和療效標的。藉由非侵入性活體基因影像技術導引全基因體基因表現圖譜為基礎所發展之足夠量能的生物活性資料庫，將可應用於傳統中醫藥之現代藥性分析，進行中醫藥機轉的確認及活性物質的追蹤，並可做為中醫相關方藥及針灸臨床試驗最適化疾病及病程之使用建議，成為轉譯醫學重要平台，提供中醫藥臨床試驗及新藥開發成功案例的契機。

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