首創全光學篩藥平台 解決現有監測限制

昱星開發iPSC迷你器官晶片 實現個人化精準醫療

撰文記者 彭梓涵
日期2019-11-11
昱星生技於今年7月進駐國家生技研究園區,並舉行進駐開幕典禮,前排左四起為創辦人張郁芬博士、鍾敏玫博士、財務長蔡佳君,右一為泰豐創投經營合夥人何小台博士。

成立於2016年的昱星生技,結合生物與化學領域,開發出全光學技術平台,可透過人類誘導式多能幹細胞(iPSC)分化的迷你器官晶片進行光學訊號讀取,該平台對細胞無毒性、可即時進行長時間細胞動態監控,解決目前高通量細胞生理現象監測的限制,作為高通量藥物篩檢,也為個人化醫療提供更全面化的精準治療。


撰文/彭梓涵 攝影/巫芝岳

2018年,綠色螢光蛋白(Green Fluorescent Protein, GFP)發現者下村修(Osamu Shimomura),因病逝世,享年90歲;他在2008年摘下諾貝爾化學獎桂冠,

其發現的綠色螢光蛋白是現代科學和醫學領域最重要的工具之一。

綠色螢光蛋白也從此照亮顯微鏡下的生命,它透過基因工程,轉載進不同的基因體,是許多研究用來觀察生物體細胞內生物事件、疾病產生機制、驗證某種實驗假設的方法。

由於螢光蛋白體積小與易用性,目前,市面上無論藥廠或CRO公司利用螢光方式進行細胞生理現象測量與監控的方式,大部分皆是利用化學合成的指示劑(Chemical Dyes)放大訊號,然而,Chemical Dyes最大的缺點是對細胞有太大毒性,且無法提供長時間的生理訊號量測。

 

牛津大學「生物+化學」研究員 破解高通量細胞生理監測問題

來自臺灣的新創團隊,昱星生物科技(Lumi STAR;以下簡稱:昱星),在執行長張郁芬、營運兼化學研發長鍾敏玟帶領下,集結蛋白質指示劑專家與光化學家開發跨領域的「全光學技術平台」,解決目前高通量(High Throughput)細胞生理現象監測的限制。

張郁芬與鍾敏玟兩人皆為英國牛津大學研究員,在一次臺灣同學會中認識,張郁芬說,由於牛津的討論風氣盛行,大家很常在茶餘飯後談論自己的專長與研究,雖然兩人的研究專長不同,卻又是「生物+化學」最佳組合的互補領域,在長達一年的討論交流下,於2016年催生了具有光學開發能力的昱星。

昱星的核心技術是以螢光、冷光蛋白質為主體,利用蛋白質工程(Protein Enginerring)設計的感測器 (Reporter)、指示劑(Indicator),在高通量的藥物篩檢中,以其對細胞無毒性,能以非接觸、非侵入的方式偵測細胞內螢光強度變化。

其中令人注目的是,應用於人類誘導式多能幹細胞(iPSC)的臨床再生醫學應用。張郁芬曾為日本北海道大學生命理學博士與日本學術振興會研究員,對於再生醫學頗有研究,她利用自己在螢光蛋白指示劑開發的豐富經驗,往再生醫學方向作結合。

 

螢光蛋白結合iPSC 開發新一代高通量篩藥平台

張郁芬說,iPSC具有疾病特異性,能夠分化出疾病的模型,這樣的迷你器官晶片(Organs-On- Chips)是藥物篩選最佳的平台。

她以心律不整病人為例,透過昱星建立的平台,只需取得皮膚細胞,轉換成iPSC,分化成帶病徵的心肌細胞,再透過建立帶有蛋白質感測器的心肌細胞,進行全光學檢測,就能即時且長時間觀察心律不整的訊號,藉此也能進行細胞毒性測試與大規模的藥物篩選工作。

目前,昱星所開發的全光學平台以科學進度來說,已經可以運用在心臟病、神經退化性、癌症、糖尿病等疾病研究。在心臟與神經退化性疾病研究上,昱星也解決了用藍光刺激時,會與紅色螢光蛋白指示劑產生的假訊號干擾,此新型的指示劑正在申請美國專利。

除了使用iPSC建立的平台,全光學檢測也可用在病人癌症細胞檢體的藥物篩選,病人可藉此步驟,進行現有FDA批准的藥物篩選,評估各式候選藥物的毒性大小與有效性,提供更全面化的精準醫療。

另外,在糖尿病的偵測,除了可以在細胞內直接偵測鈣離子對胰島素的調控,昱星利用冷光來標定胰島素的技術,有別於傳統的酵素免疫分析(ELISA),需要昂貴的抗體標定以及3~4小時的反應操作時間,優化的技術更可直接收取細胞上清液上機定量,減少許多實驗成本與時間。

張郁芬也指出,傳統利用人工智慧(AI)進行的新藥設計,是著重於受體結構與候選藥物活性分子的交互作用,雖然此方法可縮短新藥開發時程,但缺乏細胞上的數據,也常常因為後續臨床試驗毒性過高、或療效不佳不如預期。
而昱星的高通量藥物篩選是建立在細胞基礎的平台,可立即得知藥物毒性,以長遠來說,比較適合做為藥廠藥物開發的平台。

新技術臺灣募資不易 
國發基金投資支持 

昱星在技術研發上已廣泛與國內外機構合作,合作對象包括牛津大學、哈佛大學、京都大學、臺灣大學、中研院等,除了平台技術建立外,昱星也與新加坡科技研究局A*STAR的基因體研究中心(Genome Institute of Singapore, GIS)合作,利用GIS的AI科技建構生醫影像數據分析,未來,昱星也將利用GIS的網絡進行平台的服務,加速產品進入市場。

然而,昱星開發出這樣突破性的技術,其實並未被投資人買單,張郁芬表示,昱星在商業模式的選擇也受到公司初期資金的限制,主要是因為昱星不屬於新藥也不是醫材,是國內生技創投較少接觸的領域,在募資上受到許多挑戰。

還好,泰豐創投經營合夥人何小台,因為其技術應用面廣大,認為昱星極有潛力成為生醫投資界的獨角獸公司,因此與泰豐創投合夥人蔡佳君一同協助,修正營運模式。

昱星也申請到國發基金與天使投資人加入,讓整個營運更完整。目前,昱星已經進駐南港生技園區,在各方面得到資源與協助,國際知名的CRO公司以及國內外大廠也正在與昱星洽談授權與客製化平台,現階段昱星已完成Pre-A輪7,000萬新臺幣募資,預計明年會完成A輪募資,屆時也將會擴大全光學平台對外的服務。

 

昱星生物科技小檔案

成立時間 2016年12月
經營團隊 執行長張郁芬研發長鍾敏玟
募資階段 Pre-A輪
主要業務項目 生物影像全光學高效能藥物篩檢平台

 

>>本文刊登自《環球生技月刊》Vol. 68