6月7日的午間科學與科技講壇，邀請到中央研究院基因體研究中心 （Genomics Research Center, Academia Sinica）的陳緯助研究員，分享他在奈米生物醫學與生醫材料開發並應用在疾病治療上的研究成果。陳博士於國立臺灣大學化學系取得學士與碩士學位後，前往美國加州大學洛杉磯分校 （University of California Los Angeles, UCLA）化學與生物化學學系取得博士學位，隨後於美國哈佛大學醫學院 （Harvard Medical School, Harvard University）布萊根婦女醫院奈米醫學中心進行博士後研究，並於去年（2023年）返台加入中央研究院基因體研究中心擔任助研究員，展開其獨立的研究工作。
陳博士的專長領域為化學、奈米醫學、材料科學、和生物醫學工程，主要研究重點涵蓋奈米生物醫學、藥物遞送、RNA奈米技術、細胞工程化、新穎生物材料及生物醫學工程等技術與方法，進行癌症、心血管疾病、炎症相關疾病的治療、免疫調控、免疫療法等細胞與基因療法的應用。他發展與運用跨領域的策略，以解決目前疾病治療上的醫學瓶頸。陳緯博士的研究發表在《Nature Nanotechnology》、《Nature Reviews Cardiology》、《Nature Communications》、《Science Advances》、《J. Am. Chem. Soc.》、《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Chemical Reviews》、《ACS Nano》、《Acc. Chem. Res.》、《Matter》、《Advanced Science》等國際頂尖期刊。這些論文中許多被獲選為期刊正封面論文，以及被評為ESI前1%高被引論文（Top 1% Highly Cited Paper），他的研究具有高度前瞻性和極具應用潛力。
陳博士首先分享他結合材料光熱特性（photothermal property）和聲動力治療（sonodynamic therapy）的研究成果。陳博士提到，他剛開始擔任博士後研究員時，由於COVID-19疫情剛爆發，無法進實驗室做實驗，前兩個月只能閱讀文獻…。當時，二維單元素材料非常熱門，最有名的是石墨烯。陳博士靈機一動，把元素週期表拿出來查看，發現「錫」這個元素之結構與石墨烯相似，可以形成如紙一樣的二維結構，上下兩面都可以攜帶藥物。陳博士將這種材料進行超音波震盪後獲得片狀結構，再修飾PEG後即可裝載藥物。因該材料本身是半導體，其帶隙（band gap）為2.3電子伏特，被超音波刺激後，電子和電洞可以有效分離，與環境中的氧氣和水作用產生ROS（Reactive Oxygen Species），從而殺死癌細胞。此外，由於這種材料其黑色的天然特性，在光線照射後可產生熱能，加熱周圍生物組織，同樣可殺死癌細胞。在動物模型中，以上三種效應均得到驗證，合併使用下最終使腫瘤完全消失。
更驚人的是，即便不攜帶藥物，此材料本身也具有調控免疫細胞的功能。陳博士偶然發現，將此材料與巨噬細胞共培養後，無法測到巨噬細胞正常情況下會分泌的IL-10。經過研究，發現該材料對腫瘤相關巨噬細胞有刺激的作用。由於腫瘤周圍有許多M2型巨噬細胞，會促進腫瘤生長，於是陳博士嘗試利用此材料刺激M2型巨噬細胞，使其極化為抑制腫瘤的M1型巨噬細胞。結果在體外細胞實驗與小鼠動物實驗中，確實觀察到此免疫調控效應，且在動物實驗中，樹突細胞（dendritic cell）和CD8+ T細胞的含量也上升，顯示光靠材料本身就可以改善腫瘤的免疫抑制微環境。
腫瘤另一個難以被根除的原因是其周圍的基質屏障（stroma barrier），此屏障會阻礙治療藥物和免疫細胞的進入，使腫瘤處於免疫抑制環境，進一步增加治療的難度。陳博士研發單硫化錫奈米顆粒（tin monosulfide nanoparticles, SnSNPs）來突破基質屏障。由於此材料具有更低的帶隙（1.18電子伏特），在經過超音波刺激後，電子電洞可以更有效地分離，產生更多能殺傷腫瘤細胞的ROS，加上透過近紅外線照射（near-infrared irradiation）後所產生的熱能，可以使腫瘤基質屏障中的膠原蛋白變性。在動物實驗中，對惡性的三陰性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）和肝細胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）使用SnSNPs進行治療後，可增強細胞毒性T細胞（cytotoxic T-lymphocyte）之滲透，利用光熱免疫療法，達成顯著的抗腫瘤效果。令人驚豔的是，經過兩次治療後，腫瘤生長效率可被大幅的抑制，最終消除腫瘤的生成。
此外，陳博士也使用生物材料作為藥物傳遞的載體。其中，利用螺旋形微藻Spirulina platensis的實驗非常有趣。傳統上，口服藥物需要經過胃酸才能到達腸道被吸收，其藥物活性會大幅降低，因此科學家不斷想研發更有效的載體以突破此困境。陳博士巧妙地將小分子藥物與此微藻混合，使藥物可以有效進入小腸後進行。利用微藻最顯而易見的優點乃其可直接食用，沒有任何副作用；它螺旋形的形狀也帶來獨特的優勢，相較球型藻類，其可長時間滯留於腸道，持續進行藥物釋放；加上其帶有葉綠素，也讓它在腸道中的位置能被有效地追蹤。在動物實驗中，搭配使用可抑制癌症與發炎反應的薑黃素（curcumin）後，確實可以讓慢性腸道發炎減緩，且因發炎造成的腸道長度縮短也得以恢復正常。
除了在腫瘤與腸道炎症疾病治療方法的創新外，陳博士還開發利用具有抗氧化功能的二維黑磷奈米片（black phosphorus nanosheets）作為載體，用於靶向地輸送具有生物活性且可消炎的脂質Resolvin D1 （RvD1）到血管壁上的巨噬細胞內，用以治療動脈粥樣硬化（atherosclerosis）。此二維黑磷奈米片除了可將RvD1運送到具有局部炎症的血管壁內，還可清除過量的ROS，增強此奈米藥物抗發炎的效果，在具有動脈粥樣硬化的小鼠模式上，此黑磷奈米藥物可有效地減少發炎因子的表達並縮小在血管壁上的動脈粥樣斑塊，達到治療此心血管疾病的效果。此新型黑磷奈米片為主的奈米藥物、及其遞送藥物的模式，可以應用於治療其他發炎疾病。除了此無機奈米材料外，陳博士也致力於開發新型脂質高分子奈米粒子結合mRNA技術進行動脈粥樣硬化的治療，為相當前瞻性的治療策略。陳博士也在此研究領域發表了多篇重要的文獻回顧論文，統整這些研究領域過去的進展，並提供許多前瞻性的研究見解。
最後，同學詢問陳博士，他是如何在這麼短的時間內取得大量優秀的研究成果，並發表在許多頂尖期刊上。陳博士表示，當他還年輕的時候，非常想測試自己的極限在哪裡，那時候非常投入研究，每天工作12小時，甚至週末也會去做實驗。而能支持自己如此投入的，乃是從研究中獲得的大量成就感。他分享到，在選擇研究題目的時候，是否有趣且具挑戰性是非常重要的。這樣，即使在研究過程中遇到困難，也會有強烈的動力去突破，隨之而來的成就感也會非常大，也鼓勵有志於從事研究的同學，在學術生涯中，培養成就感是非常關鍵的！期待陳博士未來能用自己的專業，治療更多難癒疾病！
歡迎對陳博士演講內容或研究主題有興趣的系友，聯絡陳博士：wchen123@gate.sinica.edu.tw
陳博士於中研院基因體研究中心網頁：https://www.genomics.sinica.edu.tw/tw/chen-wei
生化科技系 系友會 敬上