面對超高齡社會帶來的癌症治療挑戰，由鄭隆賓教授主持的中醫大跨領域研究團隊，從臍帶間質幹細胞(UMSC)為起點，不僅建立PD-1/HSV-1-TK雙基因細胞治療模式，還開發出PPNP非病毒核酸傳遞技術，讓研發前景由單一細胞治療產品，擴展為可應用於細胞治療、基因治療及核酸藥物的技術平台，盼「臺灣囝仔」打造的技術走上世界舞台！
撰文/吳培安(環球生技)
當全球細胞治療快速發展之際，癌症治療仍面臨許多尚未滿足的需求。尤其在超高齡社會下，癌症患者經常伴隨多重共病(Co-morbidity)、器官功能下降及治療耐受性不足，使得治療選擇受到限制。因此，如何在維持療效的同時降低副作用，成為超高齡社會脈絡下，開發癌症精準醫療的重要課題。
由中醫大鄭隆賓教授主持，洪明奇院士、徐偉成教授、許斐婷副教授、江智聖助理教授共同主持的中醫大跨領域研究團隊，以克服實體癌與癌症治療挑戰為目標，開發出HSV-1-TK/PD-1之雙基因修飾間質幹細胞(UMSC)，以及非病毒型PPNP基因轉殖載體平台。
鄭隆賓強調，研究團隊的目標不只是「打造一項細胞治療產品」，而是希望從臨床需求出發，建立能應用於高齡癌症患者的細胞治療策略，再整合這兩項研發成果，為實體癌治療及超高齡病患帶來新的治療機會。
鄭隆賓分享，在計畫執行的4年間，中醫大團隊一共建立了3種細胞庫、4項國際合作，開展出9項關鍵技術、發表9篇論文，其中也包含《Nature Communication》、《Advanced Science》、《Journal of Experimental & Clinical Cancer Research》等頂尖期刊，並為中醫大帶來了8個獎項，可謂成果豐碩。
以臍帶MSC為載體
建立兼具精準與安全性的癌症治療策略
鄭隆賓指出，目前多數細胞治療仍以自體細胞為主，但是現行的細胞療程從細胞採集(harvest)、製備到回輸患者，往往需要20多天、相當耗時，患者也可能在接受多次化學治療後，因為細胞品質下降而影響治療效果，因此，團隊希望建立一套擁有現成即用(Off-The-Shelf)優點，又能兼顧品質一致性及大量生產潛力的細胞治療模式。
在細胞種類上，中醫大團隊的選擇是臍帶間質幹細胞(UMSC)。鄭隆賓說明，這是因為相較於骨髓或脂肪來源的MSC，UMSC來源穩定、細胞較年輕、增殖能力佳，且倫理爭議相對較低，最容易建立產業化製程。
此外，多年來中醫大團隊持續投入UMSC相關研究，並已將UMSC在中風、急性心肌梗塞、多發性硬化症等適應症的治療應用推進至臨床試驗階段，為這項異體細胞癌症療法的開發，奠定了從細胞平台、GMP到臨床開發的扎實基礎。
洪明奇進一步指出，由於MSC本身具有天然腫瘤趨向性(Tumor Homing)，受到腫瘤組織分泌的趨化因子(例如SDF-1)吸引、聚集到腫瘤所在的位置，因此MSC一直被當成具有抗癌應用潛力的藥物載體。
然而，於此同時，MSC也被認為可能參與腫瘤微環境調控、進而促進腫瘤生長，因此如何保留其腫瘤標靶能力、又避免潛在促癌風險，成為團隊開發MSC治療的重要課題。
首個雙基因修飾MSC療法 精準治療、安全開關、腫瘤冷轉熱一次滿足
鄭隆賓表示，為了降低外界對MSC可能促進腫瘤生長的疑慮，研究團隊在細胞上做出了全球首創的HSV-1-TK和PD-1雙基因工程化MSC (Dual-Gene Engineered MsC, DGE-MSC)，讓MSC在完成任務後可自然消除，同時又能達成對實體癌的療效與安全性。
其中，HSV-1-TK負責扮演「自殺基因」(Suicide Gene)的角色。鄭隆賓表示，HSV-1-TK本身不具有毒性，但當給予抗病毒藥物更昔洛韋(Ganciclovir)後，便可將其轉換為具細胞毒性的代謝物，藉由抑制DNA聚合酶(DNA polymerase)，使攜帶HSV-1-TK的DGE-MSC細胞停止分裂並死亡；於此同時，死亡的細胞所釋放出的毒性代謝物，還可透過「旁觀者效應」(Bystander Effect)，透過連鎖反應進一步毒殺周圍腫瘤細胞。
隨著HSV-1-TK一同導入的PD-1，則是扮演負責重新調整腫瘤免疫微環境的角色，當DGE-MSC遷移到達腫瘤部位時，其表面的PD-1可與腫瘤細胞或腫瘤微環境中表現的PD-L1結合，除了達到標靶的作用，更可藉此降低PD-L1對T細胞的免疫抑制作用，進而改善腫瘤免疫微環境。此設計有望解除腫瘤微環境中的免疫煞車，促進抗腫瘤免疫反應，並協助將免疫細胞浸潤不足的「冷腫瘤」(Cold Tumor)轉變為較具免疫活性的「熱腫瘤」(Hot Tumor)。
此外，HSV-1-TK/GCV系統可誘導腫瘤細胞死亡並釋放腫瘤相關抗原；若此過程伴隨免疫原性細胞死亡相關訊號，則可能促進患者自身樹突細胞(DC)吞噬、處理並呈現腫瘤抗原，進一步啟動 CD8 T 細胞反應。PD-1/PD-L1 Decoy 則可與此過程形成互補，使抗原釋放所引發的抗腫瘤免疫反應更有機會被放大。
鄭隆賓指出，中醫大團隊希望建立一套擁有現成即用(Off-The-Shelf)優點，又能兼顧品質一致性及大量生產潛力的細胞治療模式。(攝影/彭梓涵)
打造PPNP平台 突破大片段核酸轉染瓶頸
不過，隨著研究益發深入，如何更安全、高效率地完成基因轉殖，成為中醫大團隊必須面對的挑戰。
鄭隆賓表示，在研究計畫初期，團隊主要使用電穿孔(Electroporation)將HSV-1-TK和PD-1導入MSC，但電穿孔作為一項轉染技術，在大片段DNA傳遞效率、細胞存活率及後續製程放大方面，仍存在改善空間。
「雖然我們也考慮過使用病毒載體來轉染MSC，但這麼做也會拉高細胞治療產品的製程成本，同時增加免疫原性、生產量能和法規監管的風險。」鄭隆賓說。
另一方面，非病毒載體轉殖選項上，雖然有近年因mRNA疫苗受到高度關注的脂質奈米粒子(LNP)，但LNP主要應用於RNA傳遞。研究團隊認為，若要傳遞較大片段的DNA，尤其是MSC屬於較難轉殖的細胞，效率仍有提升空間。
「因此，我們決定自主開發非病毒(Non-Viral)核酸傳遞平台，也就是後來發展出的PPNP平台。」鄭隆賓說。
PPNP的全名為Polymer Polynucleotide Nanoparticle，是鄭隆賓與中醫大生物醫學研究所助理教授江智聖，帶領奈米科技與藥物傳遞系統團隊，以高生物相容性、高轉染效果的聚β-胺基酯(PBAE)為核心、加上可模組化表面改質的技術，所共同組成的非病毒核酸傳遞平台。
藉由PPNP平台，中醫大團隊突破了一般基因傳遞系統難以將大片段 DNA (超過 10 kbp)有效導入細胞的限制，並展現同時傳遞多重基因的能力。更重要的是，PPNP可在難以轉染的 MSC 中達到高效基因導入效果；相較於電穿孔技術，此平台可縮短 UMSC 穩定細胞株的建立時程，提升轉殖效率，並展現降低製程成本的潛力。
徐偉成表示，這項平台既能支援其他細胞治療、基因療法、核酸藥物的研發，也能與CRISPR等基因編輯工具形成互補，進一步拓展治療的應用範圍，極具國際合作價值。
徐偉成也分享，PPNP平台是此計畫首項進入產業化的技術授權案，經過PPNP轉染的UMSC與電穿孔版本無顯著落差，目前也已經取得1項專利，另外還有3項專利正在申請中，並獲得長聖生技表達技轉意願。
徐偉成表示，PPNP平台是此計畫首項進入產業化的技術授權案，已獲得長聖生技表達技轉意願。(攝影/彭梓涵)
肺癌、肝癌動物模型均展現治療潛力
在確立以非病毒載體技術產生PD-1/HSV-1-TK雙基因UMSC的細胞治療模式後，研究團隊也在徐偉成教授、許斐婷副教授的主導下，隨即投入實體癌動物模式的驗證。
在肺癌模型中，研究團隊以靜脈注射方式給予DGE-MSC，待細胞聚集於腫瘤部位後，再投予Ganciclovir啟動HSV-1-TK自殺機制。結果顯示，相較於對照組，接受DGE-MSC治療的動物腫瘤體積明顯縮小，存活時間亦顯著延長，且在給予Ganciclovir後第7天，DGE-MSC也如預期全數清除，證實治療細胞的安全清除機制確實可行。
團隊透過免疫分析進一步發現，治療後腫瘤組織內CD8⁺ T細胞明顯增加，而具有免疫抑制作用的調節型T細胞(Treg)則減少，顯示雙基因策略除直接毒殺腫瘤細胞外，也同步改善腫瘤免疫微環境。
安全性方面，研究團隊同步檢測肝發炎指數(AST、ALT)、肌酸酐(Creatinine)等生化指標，結果均未出現明顯異常，支持此一治療策略在動物模式下具有良好的安全性。
其後，研究團隊在肝癌模型亦獲得相似結果，觀察到治療組腫瘤體積明顯下降，相關免疫分析亦呈現與肺癌模式一致的趨勢。鄭隆賓表示，目前他們正在持續整理研究成果，準備投稿國際期刊。
江智聖與鄭隆賓帶領奈米科技與藥物傳遞系統團隊，以高生物相容性、高轉染效果的PBAE為核心、加上可模組化表面改質的技術，開發出PPNP非病毒核酸傳遞平台。(攝影/彭梓涵)
以電穿孔為前導、PPNP接棒
雙軌策略推進臨床轉譯
在四年計畫結束後，鄭隆賓表示，團隊將採取「前導產品先行、次世代平台接續」的雙軌發展策略，一方面以現有技術持續推動法規程序，另一方面同步優化PPNP平台，希望兼顧臨床時程與技術升級。
研究團隊以電穿孔建立的DGE-MSC作為前導產品，持續完成臨床前所需的安全性、效力及製程驗證，並與主管機關保持溝通，作為未來申請人體臨床試驗的重要基礎。
鄭隆賓指出，電穿孔技術雖仍有轉染效率及細胞存活率等改善空間，但已有相對成熟的製程基礎，因此較適合作為第一代產品推動法規驗證。
目前DGE-MSC的電穿孔轉染版本，已與美國FDA完成臨床試驗申請前(Pre-IND)及多次Type D諮詢，並與FDA在製程、致瘤性、檢測方面達成可降低門檻的共識，未來PPNP轉染版本有望沿用此法規軌道，達成前後案接力的策略布局。
鄭隆賓表示，如果在產品開發過程中途全面更換核心技術，勢必重新建立大量法規資料，因此目前採取兩條路線同步推進，既不影響前導產品開發進度，也讓PPNP有充足時間完成驗證，未來待平台成熟後，再評估逐步導入後續產品。
另一方面，團隊將持續投入PPNP平台的優化，希望建立具有更高基因傳遞效率、更佳細胞活性及更容易放大製造的次世代製程。未來，這項平台還能導入人工智慧(AI)進一步升級，建立材料結構、生物相容性及轉染效率間的預測模型，可望大幅縮短材料設計時間，提高平台開發效率。
洪明奇認為，這也是平台思維與單一產品最大的差異。「產品終究有生命週期，但平台可以持續演進。今天PPNP應用於DGE-MSC，未來也可望延伸至其他細胞治療、基因治療、核酸藥物甚至基因編輯技術，成為不同產品共同使用的技術基礎。」洪明奇說。
他指出，相較於病毒載體已存在大量專利布局，非病毒大片段DNA傳遞仍有許多發展空間。若PPNP後續能持續完成技術驗證，不僅可應用於此次癌症細胞治療，也有機會成為臺灣自主發展的非病毒核酸傳遞平台，「讓臺灣囝仔研發的技術走向世界！」
從一項癌症細胞治療策略，到一座可延伸至不同疾病領域的基因傳遞平台，這項研究所累積的不僅是技術，更建立起一套跨領域合作、持續演進的研發模式，為臺灣發展自主細胞治療與基因治療平台，奠定新的基礎。
洪明奇認為，PPNP 除了應用於 DGE-MSC 之外，未來也可望延伸至其他細胞治療、基因治療、核酸藥物甚至基因編輯技術，成為不同產品共同使用的技術基礎。( 攝影 / 彭梓涵 )
>>本文刊登自《環球生技月刊》Vol. 138
