2024/04/25更新
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臺大醫院與工研院共同研發軟骨再生技術，台灣領先全球！
諮詢專家：釋高上醫師∕新光吳火獅紀念醫院骨科主任
責任編輯：陳盈竹
設計：林盟凱、殷嘉岑
責任編輯：陳盈竹
設計：林盟凱、殷嘉岑
關節軟骨研究第一人：蘇格蘭瘋狂解剖學家約翰·亨特
關節老化就像車開舊了，零件生鏽後，再也跑不快。人很難避免關節老化，16歲以前骨頭不斷增長、退化少，16-18歲到平衡，在35歲開始退化，60歲後到退化性關節炎的高峰期。且關節不只會老化，也會因為遇到外傷而破損，加速磨耗而提早報銷。為何關節軟骨不能像人體其他器官，如皮膚受傷了還會自癒？又是誰發現了這個情況？一切要從18世紀的蘇格蘭醫學家約翰·亨特 (John Hunter)開始說起。
史上第一塊軟骨解剖切片！英外科醫師奠定軟骨研究基礎
約翰·亨特在1743年發表了醫學史上，人類對軟骨受損的第一手觀察，他指出“Cartilage injury is a troublesome thing and once injured is seldom repaired.”，意指「潰爛的軟骨是一件很麻煩的事情，一旦被破壞就無法修復。」這奠定了未來200年的軟骨研究基礎。文獻記載，約翰·亨特解剖一位警察的膝蓋，發現警察死前6天膝蓋曾受過傷，死後他的膝蓋軟骨並沒有癒合的情況，讓約翰·亨特確定「膝蓋軟骨受損是不會再生的」。這個觀念受到當時的學者認同，兩百多年來沒人可打破，而這塊軟骨至今也還被收藏於英國的The Hunterian museum。
圖說：髕骨關節軟骨外傷骨折的標本，取自一名警察，現存於The hunterian museum。
打破軟骨不能再生的迷思，自體軟骨細胞移植技術問世
受限於當時的醫學知識與技術，人們對軟骨的研究只能從觀察開始，並未發展到治療的階段，一直到1994年，一篇嶄新的論文打破了人們對軟骨受損的看法。瑞典薩爾格倫斯卡大學醫院(Sahlgrenska University Hospital) 的 研 究 團 隊， 在《新英格蘭醫學期刊》(The New England Journal ofMedicine) ，發表了第一篇以自體軟骨細胞再生，來治療膝關節軟骨缺損的研究。研究者先從患者的膝關節取下一塊軟骨細胞，並在實驗室培養出原細胞數目的10倍，經過胰蛋白酶 (trypsin) 水解處理，製作出細胞懸浮液，再以針劑注射回患者的膝關節軟骨缺損處。
此實驗的受試者共23位，年齡為14-48歲不等，術後追蹤平均39個月，第一次移植後，患者均反映膝關節疼痛感及腫脹感都減輕許多，且術後兩年，16名患者有14名的移植結果被評為優秀或良好，顯示培養出來的自體軟骨細胞是可以修復膝關節軟骨缺損的！這篇論文已經被引用將近7000次，技術也被美國生技公司健贊 (Genzyme) 買下，開發出新產品「Carticel」，並於1997 年獲得美國食品藥物管理局 (FDA) 核准，成為美國第一項自體軟骨再生醫療產品，奠定軟骨再生治療的研究基礎。
不過，此技術一直無法在亞洲應用於臨床，主要是因為體外培養細胞操作規範繁複，要是中間出了差錯，植入人體後可能會對人體有不良影響，直到近幾年，韓國、澳洲才有類似技術的公司，台灣則是從2002年開始研究軟骨再生。
首例台灣自主研發的再生醫學產品：一次性自體軟骨修補系統
自美國的Carticel上市後，全球掀起細胞治療研究風潮，台灣研發團隊不但沒有缺席，更做出大膽假設：有沒有一種不需體外培養的軟骨再生技術。在經濟部的支持下，2002年工研院與臺大醫院強強聯手，合作開發「兩相材料軟硬骨關節修復系統」，由醫學需求結合工程研發設計之概念，軟骨再生原理與Carticel類似，卻改良許多繁瑣之處，像是不需要透過體外培養細胞，而是取出患者的軟骨細胞，經過切碎、酵素活化後，填入一種中空、圓柱的載體，表面為PLGA聚乳酸甘醇酸，內層是三酸磷酸鈣，再將這個載體植入患者軟骨缺損處，讓軟骨細胞從中長出來。此技術初期皆經過完整動物實驗確保安全性，經過6個月後觀察發現，實驗部位長出的軟骨與正常透明軟骨在組織學及生物力學上特性都非常相似，為當時具極高的前瞻性與突破性的創新技術。
有了傲人的研究結果，工研院與台大醫院雙方皆願意持續投入外，研究團隊分別就載體、製程、裝置等方向，在台灣、中國、日本、美國、加拿大、澳洲與歐盟等申請專利共7案21件，並將研究結果投稿到著名的骨科醫學雜誌 Journal of Orthopaedic Research，立刻吸引美國醫療器材大廠美精技Exactech來台洽談技轉事宜，於2007年以8000萬台幣技轉金加上5%權利金完成技術轉移，創下當時生醫領域技轉金最高紀錄，美精技隨即在台設立分公司，並招募員工及籌設研發中心，以進行技轉、全性臨床試驗及實驗量產等工作，同時也能就近與國內骨科醫療器材生產廠商合作，以共同提升國內生技產業。
看準其中的商業價值，台灣美精技加速研發腳步，2008年經臺大醫院人體試驗委員會同意，開始10例臨床研究，這些患者年齡介於18-60歲間，膝蓋處皆有直徑小於3公分的軟硬骨缺損，手術後一年進行觀察，研究團隊發現患者硬骨下的空洞已填滿，新生成的細胞確實是軟骨細胞。而患者也認為自己在運動、疼痛感、日常作息影響都有改善、進步，且也未對病人產生不利的副作用。
近年來，政府積極推動生技產業，也鼓勵業界持續朝高階創新醫材發展，2017年12月台灣博晟生醫公司以換股方式合併台灣美精技後，將國外經驗結合台灣本土研發實力，正式推出「一次性軟骨修復技術」，並於2020年或獲得TFDA核准。工研院生醫所所長林啟萬在記者會上興奮表示：「說20年磨一劍，絕對不誇張！」整個研發過程的辛苦程度不亞於新藥開發，也建立台灣膝蓋軟骨手術里程碑。
一次性軟骨移植修補系統的優點
- 手術約40~60分鐘，不需花4-6週時間培養細胞。
- 僅需要一次手術，免去二次手術感染風險及傷口疼痛。
- 可修補關節表面的軟骨層，也能修補底面的硬骨層。
- 可透過關節鏡進行微創手術，對病人傷害最小。
- 對臨床醫師而言，學習曲線相對縮短，利於上手，安全性高。
文獻參考
John Hunter，britannica。Charles Byrne (giant)，wikipedia。
Christopher H. Evans(2007).John Hunter and the Origins of ModernOrthopaedic Research, Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/jor.20386
George Bentley(1995).John Hunter's studies of the musculoskeletal system, University College London.
Mats Brittberg et al.(1994).Treatment of Deep Cartilage Defects in the Knee with Autologous Chondrocyte Transplantation ,N Engl J Med 1994; 331:889-895.
兩相關節軟硬骨修復技術驚艷國際 引領產業跨足高階植入醫療器材，2007法人科技專案執行成效報告。
