奈米生醫讀書會

奈米生醫讀書會

 奈米生醫讀書會
時間:101年12月5日 (星期三)

            下午4:30至7:30

地點:工程一館 424 
導讀人:衛榮漢 老師
成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄/召集人:黃珍語 
報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄人:符伯緯
 
報告內容簡述及心得: 

報告人:胡耿祥
 
       本篇作者利用biological laser printing (bioLP)技術,來對human umbilical vein endothelial cell (HUVEC)和human umbilical vein smooth muscle cell (HUVSMC)進行共培養,控制不同的距離之下,觀察細胞是否在型態上有何改變,未來希望可以利用此方法定位細胞,促進細胞分化來合成人工血管。最後證實HUVSMC在有HUVEC情況下,會較偏向於增生的階段,反之則在收縮型態,而HUVEC在有HUVSMC時會穩定的分化成管狀的結構,反之則穩定度增加。
       bioLP雖然可以精確的定位細胞,但是相對的在滴定細胞時,滴定時間過長會造成細胞存活度下降,此外此法仍限於2D的條件下,要滿足立體的組織工程,仍需加以改善,這也提供未來組織工程一個新的方向,來研究細胞之間的交互作用。
圖片圖片圖片圖片圖片圖片
 
Reference:
1.P. K. Wu and B. R. Ringeisen, "Development of human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) and human umbilical vein smooth muscle cell (HUVSMC) branch/stem structures on hydrogel layers via biological laser printing (BioLP),"  Biofabrication,  Vol. 2, 2010.

報告人:符伯緯
 
        在生命體中,可以找到許多微薄片或微薄膜型態的結構,如細胞膜、高基氏體。由這樣的概念衍伸,有許多的研究團隊以此發展許多利用薄膜形成的微系統,如捲曲結構、螺旋結構、管狀結構、多孔結構。而其中捲曲結構在微機電中更是北許多研究團隊廣泛討論的內容。捲曲結構是因材料的殘餘熱應力所產生,在經過高溫鍍膜後因為漸漸降溫,兩種不同材料的熱膨脹係數差異造成應力累積,因此材料捲曲。而之前的文章多半探討靜態捲曲結構的應用、形貌,與如何調控大小管徑,本文中提出了可動態調整捲曲的方式,利用鎂與水的反應時間即可以達成動態調整管徑的目的,再配合之前的微推進器文章,即可達成可動態調控速度的微推進器,未來期望能用在藥物運送於目的的關鍵技術。
圖片圖片圖片圖片

Reference:
1.G. Wan, A. A. Solovev, G. S. Huang, M. F. Maitz, N. Huang, and Y. F. Mei, "Dynamic curvature control of rolled-up metal nanomembranes activated by magnesium," Journal of Materials Chemistry, vol. 22, p. 12983, 2012.

報告人:葛宗融 

        本讀書會主要跟各個與會者分享與討論有關磁性奈米懸臂梁的研究。有越來越多的研究學者興趣在於橋接奈米機械領域與奈米磁學領域。微米等級與奈米等級的機械系統已經證實可以成功地提供一種方法來偵測一些超敏感的現象,也就是變化超級小的現象,像是量子等級的位移,光子在共振腔中的交互作用以及因為原子重量的附載所造成微小的頻率變化。這些裝置通常操作在他們機械的共振模式下,已經被實行在微米級的磁力矩偵測器以及磁力式顯微鏡的探針。其中利用懸臂梁與雙鉗具來探討附載與機構偏折的特性自從十八世紀中開始到現在就已經被大量的研究,而且整個相關的研究也已經成功地擴展到奈米尺度下(現在完成式)。由於奈米磁性懸臂梁具有高敏感度以及簡易的幾何形狀,因此可以優勢地成為觀察磁性微結構中機械動態的一種方法,這些動態的現象像是磁化翻轉與鐵磁共振的現象。這裡,利用一個磁性懸臂梁藉來試驗一個力矩所造成的機械力附載使得懸臂梁偏移,而這個力矩是因為外加磁場與磁性材料的磁化M所產生的,公式:磁性材料的磁化方向與外加磁場外積後可以得到一個力矩。在會議中提出一研究,是發展一個模型來描述當磁懸臂梁附載增加造成的偏移行為,這個偏移量是因為外加磁場與非均勻的磁化態之間的交互作用造成附載的增加。之後會呈現一整個用鎳鐵合金所製備的金屬懸臂梁的製備與機械共振的量測介紹。最後,會描述奈米懸臂梁在基礎共振模式下的磁化量與磁結構制動之間的關係,並將其結果對微磁學模擬的機械偏移模式的結果來作比較。
圖片圖片圖片圖片
Reference:
1. J. Losby, J. A. J. Burgess, C. M. B. Holt, J. N. Westwood, D. Mitlin, W. K. Hiebert and M. R. Freeman, “Nanomechanical torque magnetometry of permalloy cantilevers,” J. Appl. Phys, vol. 108, pp. 123910, 2010.

報告人:彭逸涵

磁熱效應為目前臨床上治療惡性腫瘤的重要療法,已有許多文獻證實其功效。本次介紹主題為利用磁熱效應作為寄生蟲感染治療之研究。此研究團隊將奈米級磁顆粒施加時變磁場(time-varying magnetic fields, TVMF),並以原核生物錐蟲Crithidia fasciculata為模型,再分別採用MTT法及流式細胞儀觀察磁顆粒熱治療對抗寄生蟲的效果。實驗結果顯示單獨使用磁顆粒對Crithidia fasciculata的生長情形無顯著影響,而搭配時變磁場則使其存活率大幅上升,死亡率可達90%以上,證實磁熱效應在治療上的可行性,可作為治療微生物引起之疾病的醫療策略。
圖片圖片圖片圖片
Reference:
1.V Grazú, AM Silber, M Moros, L Asín, TE Torres, C Marquina, MR Ibarra, and GF Goya. “Application of magnetically induced hyperthermia in the model protozoan Crithidia fasciculate as a potential therapy against parasitic infections” International Journal of Nanomedicine Vol. 7, p.p. 5351–5360.

Q&A:

Q:biological laser printing是怎麼使細胞掉落?
Ans:以鏈袋方式運送細胞培養液,就如同印表機墨水般,再利用凸透鏡使雷射對焦在含有細胞的培養基上,因為photomechanical effect原因,會使細胞培養液變形,使其滴落在基板上,來定位細胞。

Q:bioLP是在甚麼樣環境下定位細胞?
Ans:會在一個90%相對溼度之下,來避免含有細胞之培養液乾燥,但是時間過長仍避免不了此情況發生,是此法仍需改善的地方。

Q:流式細胞儀如何分辨細胞存活與否?
Ans:本研究以PI (Propidium Iodide)作為染劑,此物質可嵌入核酸之中並發出紅色螢光,而染劑無法通過健康活細胞之細胞膜,若細胞死亡PI則可通透進入核酸使細胞發出螢光並藉由流式細胞儀偵測區別。

Q:實驗所用的磁顆粒尺寸與種類為何?
Ans:以二價鐵鹽FeSO4為原料,經沉澱方式合成的Fe3O4磁顆粒,其平均直徑約為30 nm。

Q:如何調控捲曲結構?
Ans:如文章第二張圖所示,可以看出加上鎂層的薄膜半徑與加入水中的時間的關係,利用這樣的關係即可用來調控捲曲結構。

Q: 是否每個懸臂梁都有一定的共振頻?
Ans: 每個不同幾何大小的懸臂梁都有屬於他的共振頻,理想微懸臂梁之共振頻可表示為:f=1/2Pi(K/m)1/2,其中 k 為材料之勁度,當目標分子存在於微懸臂梁表面或是偵測濃度產生變化,會進一步造成質量 m 改變,導致共振頻 f 也產生變化。

Q: 為何懸臂梁大部分都是製備在silicon based基材上?
Ans: 由於微奈米機電技術的進步所發展出的生物微機電系統(Bio-MEMS)讓我們能夠藉由微奈米元件一窺生物分子專一性鍵結的機制。由半導體製程所設計與製造的生物感測器已被驗證具有解決上述所列問題的潛力,而其中又以微懸臂梁(Microcantilver)表現最為突出,其優勢在於可以藉由標準 CMOS 製程製作元件,量產可大幅降低成本,體積小可攜帶性佳及易於陣列。

 


黃珍語 / 2012-12-19

奈米科技生醫新趨勢

 奈米生醫讀書會

時間:101年11月28日 (星期三)

            下午4:30至7:30
地點:工程一館 524
 
導讀人:衛榮漢 老師
成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄/召集人:黃珍語 
報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄人:彭逸涵
 
 
報告人:黃珍語
 
報告內容簡述及心得:
       本次延伸上次報告內容,除介紹循環性癌細胞檢測(Circulating Tumor Cells,簡稱CTCs)外,另有針對多種癌細胞檢測作簡介,包含抗原抗體辨識的方式,其利用癌細胞表現特定抗原(antigen)tumor marker,可與血液循環細胞有所差異,再利用酵素呈色反應達成ELISA偵測,而CLIA則是抗體接合後,以抗體接合的冷光去偵測抗原存在。另外還有FISH法(fluorescence in situ hybridization),可直接由螢光顯微鏡原位觀測利用螢光標定之DNA 探針細胞上抗原,另有利用DNA萃取後進行基因序列化(sequencing)後比對特定癌症區段,由於CTC在末梢血液中的量稀少,約每500-1000萬個血球中才有一個CTC,檢測並非易事。經過研究者的努力,目前在美國已經有全新的技術和設備使用於CLIA認證的實驗室。
圖片圖片圖片
 
Reference:
1. W. Jeffrey Allard, Jeri Matera, M. Craig Miller, Madeline Repollet, Mark C. Connelly, Chandra Rao, Arjan G. J. Tibbe, Jonathan W. Uhr, and Leon W. M. M. Terstappen, “Tumor cells circulate in the peripheral blood of all major carcinomas but not in healthy subjects or patients with nonmalignant disease,” Clin Cancer Res, vol. 10, pp. 6897–6904, 2004
 
報告人: 葛宗融

報告內容簡述及心得:
        今天報告的主題是介紹五篇磁膜操控生物分子的文獻,利用磁場方式操控主要分成兩類,第一類是利用磁梯度場直接地控制磁性載具來輸送生物分子,但是這個方式雖然可以很迅速的輸送載具,但是不易精確地控制載具的相對位置,因此第二類提出的方式是結合磁膜軌道,藉由改變磁膜軌道的磁化態來吸引傳輸磁性顆粒,在結合生物分子於磁性顆粒上,這個方式雖然輸送速度沒法像直接用梯度場的方式這麼迅速,但是卻可以精確的控制磁顆粒輸送的位置。第一篇報告的是2005年學者利用橢圓磁性薄膜做為軌道來輸送微米級磁珠,這也是第一篇有人提出用磁膜作為軌道的方式,之後報告的四篇分別是利用半圓形、三角形、Z字型以及環形的磁性薄膜,都可以作為磁標的輸送的方式,其中Z字型的磁膜圖樣,是藉由磁區壁的控制,磁區壁也就是散逸場最強的位置,因此可以吸附磁性顆粒,所以控制磁區壁位置的移動,也就能輸送吸附在磁區壁上方磁性顆粒的位置。

 
圖片圖片圖片圖片圖片
Reference:
1. K. Gunnarsson, P.E. Roy, S. Felton, J. Pihl, P. Svedlindh, S. Berner, H. Lidbaum, S. Oscarsson, “Programmable Motion and Separation of Single Magnetic Particles on Patterned Magnetic Surfaces,” Adv. Mater., vol. 17, pp. 1730–1734, 2005.
2. S. Anandakumar, V. S. Rani, S. Oh, B. L. Sinha, M. Takahashi and C. Kim "Translocation of bio-functionalized magnetic beads using smart magnetophoresis," Biosens. Bioelectron., vol. 26, pp.1755–1758, 2010.
3. L. Johansson, K. Gunnarsson, S. Bijelovic, K. Eriksson, A. Surpi, E. Göthelid, P. Svedlindh and S. Oscarsson, "A magnetic microchip for controlled transport of attomole levels of proteins," Lab Chip, vol. 10, pp. 654-661, 2010.
4. M. Donolato, P. Vavassori, M. Gobbi, M. Deryabina, M. F. Hansen, V. Metlushko, B. Ilic, M. Cantoni, D. Petti, S. Brivio and R. Bertacco "On-Chip Manipulation of Protein-Coated Magnetic Beads via Domain-Wall Conduits," Adv. Mater., vol. 22, pp. 2706–2710, 2010.
5. M. Donolato, A. Torti, N. Kostesha, M. Deryabina, E. Sogne, P. Vavassori, M. F. Hansen and R. Bertacco "Magnetic domain wall conduits for single cell applications," Lab Chip, vol. 11, pp. 2976-2983, 2011.
 
報告人: 彭意涵

內容簡述及心得:
       本次報告主題為利用靜電捕捉(Electrostatic trapping)方式,將DNA分子架在兩電極之間以直接量測DNA電性的裝置與技術。
1997年A. Bezryadin 等人利用施予電位差產生靜電的方式,將金屬粒子吸在兩白金電極微小的間隙,並在2000年將此技術應用於DNA的吸附。在此研究中成功測得poly(G)-poly(C) DNA分子的I-V曲線,更進一步推斷此DNA的導電現象來自於分子帶(Molecular band)。2001年J. O. Lee團隊利用相同技術測試CT DNA的導電特性,發現I-V曲線為非線性並有遲滯現象。此團隊亦研究環境溫度與DNA導電度的關係,結果顯示當溫度越高,DNA的導電能力越佳且voltage gap會縮小。2003年Y.-S.等人量測λ DNA、poly(dA)– poly(dT) DNA及poly(dG)– poly(dC) DNA的電性。結果顯示GC的含量以及濕度會影響DNA的導電能力,在GC含量越高以及濕度越高的情況之下能夠測得較高的數值。
目前測量DNA電性的技術主要以電化學方式(如循環伏安法)為主,以靜電捕捉並直接測量電性的方法可免除在基板上接生物分子以及使用化學試劑等步驟,可望持續發展。

圖片圖片圖片圖片
 
Reference:
1.Danny Porath, Alexey Bezryadin, Simon de Vries and Cees Dekker .“Direct measurement of electrical transport through DNA molecules” NATURE, Vol. 403, February, 2000.
2.J. O. Lee , K. -H. Yoo_ and JinheeKim, J. J. Kim, and S. K. Kim. “Electrical Transport Properties of DNA Molecules” Journal of the Korean Physical Society, Vol. 39, December 2001.
3.Y.-S. Jo, Y. Lee, Y. Roh. “Current–voltage characteristics of E- and poly-DNA” Materials Science and Engineering C Vol. 23, 2003.
 
報告人: 符伯緯
 
內容簡述及心得:
        細胞的胞吞作用是一個非常大的因子在細胞生物學上,對於生物醫學也有很大的關連性。而到目前為止,檢測細胞的胞吞作用的方式多使用螢光蛋白的修飾,並使用螢光激發來追蹤胞吞現象,如此的觀察方式非常耗時且花費金錢。作者發展了一個生醫晶片微系統,能夠用來即時的觀測細胞的胞吞現象。作者利用加入一個巨磁阻磁膜系統,在加入磁顆粒的狀況下,磁顆粒被細胞胞吞的過程可以藉由磁阻訊號的變化量測到細胞胞吞的即時現象。作者並利用這樣的系統來了解細胞能吃多少磁顆粒,並找出磁顆粒吞噬量與磁阻的動態關係。
        另外一篇則利用作者發展出來的微系統,探討細胞貼附與延展受貼附基板的性質很大的影響,這樣的交互作用對於了解生物的功能與疾病非常重要,藉由作者所發展的磁性生醫微晶片系統,可以達成即時性的細胞延展觀察。這樣的系統未來可以用來有效率地監測動態的細胞貼附、脫離、移動等細胞動態活動,並可作為藥物作用的檢測。
圖片圖片圖片
 
Reference:
1. A. Shoshi, J. Schotter, P. Schroeder, M. Milnera, P. Ertl, R. Heer, G. Reiss, and H. Brueckl, "Contemporaneous cell spreading and phagocytosis: Magneto-resistive real-time monitoring of membrane competing processes," Biosens Bioelectron, vol. 40, pp. 82-8, 2013.
2. A. Shoshi, J. Schotter, P. Schroeder, M. Milnera, P. Ertl, V. Charwat, M. Purtscher, R. Heer, M. Eggeling, G. Reiss, and H. Brueckl, "Magnetoresistive-based real-time cell phagocytosis monitoring," Biosens Bioelectron, vol. 36, pp. 116-22, 2012.
 

報告人: 胡耿祥

內容簡述及心得:
        血管新生牽扯到許多步驟,其中cell-cell interaction 扮演重要的腳色。本篇使用磁顆粒標定HUVECs,探討在各個點中不同細胞數目以及不同定位點之間距離,HUVECs之間是否有交互作用,本篇主要利用顯微鏡照片做定性的分析研究。方法部分大致上為,使用Hydrophilic lumox dish,在有無coated with Matrigels兩種情況下,看HUVECs分化現象,此結構是使用wire electrical discharge machine來進行微結構製造,製造出許多小柱狀結構以及不同的距離,本篇作者使用磁力做細胞定位,方法在此軟鐵材料下方放置釹鐵硼磁鐵來磁化小柱狀結構,再放置dish在其之上,用此來標定磁細胞。
         結果可以看到說在每一點細胞數目6左右和點之間距離 250微米時,分化成細胞管狀結構形成最佳;在有、無Matrigel情況時,有Matrigel時細胞交互作用明顯許多,此外會再加入suramin此抑制物,來抑制bFGF,結果顯示細胞彼此之間交互作用明顯減少。
       本篇提供了一個cell patterning研究方法,粗略地提供HUVECs在血管新生時所需要的條件,可能細胞彼此之間需要兩個以上之交互作用,彼此各點細胞之間不可以超過350微米,才有助於溶液中生長因子的擴散,往後若要用磁顆粒標定細胞方式,可以依照其使用軟體分析方法,多了些定量的分析,細胞之間的距離也是可慮的重要一環,都可以納入研究的題材。
圖片圖片圖片圖片圖片
Reference:
1.K. Ino, M. Okochi, and H. Honda,"Application of Magnetic Force-Based Cell Patterning for Controlling Cell–Cell Interactions in Angiogenesis," Biotechnology and Bioengineering,Vol. 102,PP. 882-890, 2009.
 
 
Q & A :
 
伯緯問診語: CTC方面如何選擇抗體可作為大量篩選?
Ans:八成以上腫瘤為上皮源性(Epithelial tumors or carcinomas) 最常選擇的抗體為anti-EpCAM抗體,可針對Epithelial cell adhesion molecule expression (EpCAM),(CD326)。


逸涵問珍語: 為什麼有些磁性顆粒外面要包覆一層streptavidin?
Ans: streptavidin 是一個蛋白質,這個蛋白質是從細菌中純化而來,他與另外一個蛋白質biotin具有相當高的結合性,這個關係廣泛運用在生物技術上面,因此利用表面包覆有streptavidin的磁性顆粒,就能跟接上biotin的某分子做鍵結,如果此分子是抗體,就可以在去跟目標蛋白結合於是可用來偵測目標蛋白或是發螢光蛋白,多數應用在免疫分析,組織學分析西方墨點法,流體細胞儀,核酸雜交分析等等。

耿祥問逸涵:靜電捕捉在施與電位差時會使欲量測的DNA電解嗎?
Ans:文章中重複性的實驗數據可測得明顯的電流並具相當好的再現性,應無此問題存在。

伯緯問逸涵:如何證實所測得的電流為DNA而非兩電極間所產生而來?
Ans:在第一篇文章有分別測試DNA以及DNA混和DNAse(用以切割雙股DNA)兩組,發現具有DNA切割酵素的組別無法測到電流,可間接證實導電能力來自於雙股DNA而非金屬電極。

宗融問伯緯:模擬的圖代表的意思?
Ans:磁顆粒的密度假設成間距,由此估算出磁顆粒濃度的影響。
 
宗融問伯緯:在使用Trypsin洗去細胞之前,是否有使用先Wash過磁顆粒,否則要如何知道是在細胞外的磁顆粒影響磁阻還是胞吞後的磁顆粒影響磁阻?
Ans:文章中並沒有特別提到,我認為作者應該沒有特別做這樣的測試。但這應該只是附加的測試,因為直接使用光學顯微鏡應該都可以直接觀察到細胞是否有吃多少磁顆粒。
 
伯緯問耿祥:染HUVECs cell 染劑是?
Ans:CellTracker Orange。
 
診語問耿祥:如何控制每一點細胞數目?
Ans:一開始seeding細胞時,改變濃度即可。
 
宗融問耿祥:此結構如何製造?
Ans:使用wire electrical discharge machine即可製造出微米等級的柱狀結構。
 
 

 


黃珍語 / 2012-12-12

奈米生物技術概念-應用其前瞻性

時間:101年10月17日 (星期三)

            下午4:30至7:30
地點:工程一館 524
導讀人:衛榮漢 老師
成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄/召集人:黃珍語 
報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄人:胡耿祥

報告內容簡述及心得:

報告人:彭逸涵
        奈米殼層(Nanoshell)為具有超薄金屬外殼以及介電核心(dielectric core)的奈米顆粒,是目前相對新穎的一種奈米材料。其毒性低、具生物相容性、在近紅外線波段下同時具有散射及吸收的特性,能夠有光學斷層掃描顯影及光熱治療的效果,適合作為癌症診斷及治療等醫療用途。
        報告第一部份介紹奈米殼層搭配近紅外線雷射對癌症治療的效果,實驗結果顯示兩者結合對於腫瘤有明顯抑制的功效,勝於單純使用近紅外線療法。第二部份為對奈米殼層的置備及特性研究,此團隊將奈米殼層包覆金奈米顆粒,觀察在不同包覆率下的吸收光譜。除此亦試著在奈米殼上包覆磁性顆粒,觀察施加磁場對此材料的影響。若能夠成功以磁力調控奈米殼層,未來將可望將其與磁振造影結合,解決原有利用近紅外光解析度較不足的問題,更利於疾病診斷。

圖片圖片圖片圖片圖片
參考書目:
 Methods in Bioengineering Nanoscale Bioengineering and Nanomedicine 
 Ch.10 Biomedical Applications of Metal Nanoshells           

參考文獻:   
Tianhao Ji, Vladislav G. Lirtsman, Yair Avny, and Dan Davidov. “Preparation, Characterization, and Application of Au-Shell/Polystyrene Beads and Au Shell/Magnetic Beads.”
Adv. Mater., 13, vol. 16, pp.1253-1256, 2001.
     
 
 
報告人:胡耿祥
 
        本篇作者主要往magnetic hyperthermia發展,望能找出利用磁流體局部定位破壞癌細胞方法。magnetic hyperthermia原理是利用一個通交變電流之線圈,使磁顆粒產生熱能,以此殺死目標癌細胞。作者參考前人研究設計出一個microelectromagnet,使用三層絕緣體隔絕住三種不同金線圖形,加入易取得、強韌的紅血球細胞,加入一定量的磁流體標定,隨機放置在電磁鐵上,在最上層線圈金線,通入一定大小電流,觀察到紅血球細胞會有聚集現象;而當電流到一定大小,發現紅血細胞有溶血現象的發生,而此過程時間尺度相當小,不同以往研究看到的現象,因此作者提出假設,認為可能是磁顆粒拉細胞的力或金屬線圈溫度過高使細胞破裂,最後實驗證實認為可能是磁流體主導此現象發生。
    使用紅血球作為生物物質例子,是一個比較特別的想法,而不是直接使用癌細胞做為測試,因此發現此微小電磁鐵使標定紅血球產生溶血現象,感覺是因緣際會之下試驗到,也可再進一步的研究探討,磁顆粒是如何作用於紅血球?磁顆粒標定對紅血球膜有何影響?在未來,希望往作者可能會使用癌細胞來測試此微小電磁鐵的功能,來真正的標定癌細胞,減少對健康細胞的傷害。
  
 圖片圖片圖片
參考文獻: 
F. Gertz, R. Azimov, and A. Khitun, "Biological cell positioning and spatially selective destruction via magnetic nanoparticles.", Applied Physics Letters, vol.101, pp. 013701, 2012.

 
 
 
報告人:符伯緯
      這篇文章主要透過定酵素分解Polymer的方式,來控制微機械的夾取,並使用磁力來控制機械位置,並成功的夾取細胞。
      作者在這篇文章中證明可達成引發夾取藉由特定的物質與高分子的相互作用。這些混合的金屬/聚合物工具是一步步走向創造微型化的設備,和材料的自主特定的生化反應達成疾病的標誌。例如,未來利用匹配的生物聚合物自然分泌的蛋白水解酶,夾取癌細胞將是可行的,設計一個微機械,只響應癌細胞的化學環境。它也應該能夠延遲致動並交戶作用於生物聚合物inhibitors或蛋白酶,如胰蛋白酶。此方法可以擴展到其他的生物聚合物如DNA的生物聚合物,使用核酸酶降解。根據這樣的原則,過程也可結合納米級圖案如電子
束或直接寫技術的技術,這表明了進一步小型化的可能性。
 
圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片
參考文獻:
[1] N. Bassik, A. Brafman, A. M. Zarafshar, M. Jamal, D. Luvsanjav, F. M. Selaru, and D. H. Gracias, "Enzymatically triggered actuation of miniaturized tools," J Am Chem Soc, vol. 132, pp. 16314-7, Nov 24 2010.
[2] G. Huang, Y. Mei, D. J. Thurmer, E. Coric, and O. G. Schmidt, "Rolled-up transparent microtubes as two-dimensionally confined culture scaffolds of individual yeast cells," Lab Chip, vol. 9, pp. 263-8, Jan 21 2009.
[3] S. Schulze, G. Huang, M. Krause, D. Aubyn, V. A. B. Quiñones, C. K. Schmidt, Y. Mei, and O. G. Schmidt, "Morphological Differentiation of Neurons on Microtopographic Substrates Fabricated by Rolled-Up Nanotechnology," Advanced Engineering Materials, vol. 12, pp. B558-B564, 2010.

 
報告人:葛宗融
      這次報告細胞力學量測,先從細胞骨架(cytoskeleton)開始介紹,細胞骨架包括微管(microtubule)、微絲(microfilament)、中間絲(intermediate filament),可以得知細胞在發生移動或分裂的時候,主要是藉由運動蛋白將胞器移至特定處。在量測細胞力學方面有分成要測定的力學模式,分成細胞的貼附力、細胞的黏彈性以及細胞的移動力,在細胞的貼附力方面可以藉由微流道裝置量測,黏彈性部分可以藉由輕拍式AFM來量測,而細胞的移動力則可以藉由基底的微結構來量測。因此這次宗融所介紹的重點則是放在利用微柱狀陣列的PDMS作成基底微結構,讓細胞在陣列上生長,藉由柱狀結構的彎曲變形量來計算細胞移動的力學,可以得知細胞的移動力學量值大約是數十奈米級牛頓。此外,宗融也報告另外一篇在PDMS柱狀裡頭埋入一根鈷的奈米線,之後藉由外加磁場使得微柱狀結構移動,可以刺激細胞移動,內容一樣生動有趣。如果不用奈米磁線而是用奈米磁顆粒置放於PDMS柱裡,一樣形成微磁柱,是否能節省製作的時間與成本
;或是可以將磁柱縮的更小,可以仿生出血係統裡的循環血球細胞。

圖片圖片圖片圖片圖片
參考文獻: 
[1] J. L. Tan, J. Tien, D. M. Pirone, D. S. Gray, K. Bhadriraju and C. S. Chen, “Cells lying on a bed of microneedles: An approach to isolate mechanical force,” PNAS, vol. 100, pp. 1484–1489, 2003. 
[2] N. J. Sniadecki, A. Anguelouch, M. T. Yang, C. M. Lamb, Z. Liu, S. B. Kirschner, Y. Liu, D. H. Reich and  C. S. Chen, “Magnetic microposts as an approach to apply forces to living cells,” PNAS, vol. 104, pp. 14553–14558, 2007. 

報告人:黃珍語 
       第一篇paper是利用一個有利於生物分解之(GelMA),methacrylated gelatin hydrogels作為材料,以UV光定義不同尺寸(包含500 μm,1 mm ,2 mm)之方形陣列,包裹magnetic nano particle (MNPs),並測試此材料於有包裹MNPs(1% 及 5%)時物理性質,以及2 U/mL collagenase存在時及老鼠纖維母細胞 3T3存在時進行此材料分解速率,最後以(ICP-AES),plasma-atomic emission spectroscopy偵測Fe含量證明此材料可逐漸釋放包裹的MNPs。此材料因分解而釋放之MNPs與時間呈現線性關係,未來可應用於藥物釋放,以及以磁場對此材料進行磁力操控部分。

圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片
參考文獻:
[1] F. Xu, F. Inci, O. Mullick, U.A. Gurkan, Y. Sung, D. Kavaz, B. Li, E. B. Denkbas, and U. Demirci "Release of Magnetic Nanoparticles from Cell-Encapsulating Biodegradable Nanobiomaterials"ACS nano., vol. 6, pp. 6640–6649, 2012.

 

Q&A:
 
1.逸涵問珍語:Hydrogel連同玻璃板一起置於培養皿中是否會對細胞產生影響? 
Ans:玻璃材質對細胞並無毒性,此篇研究所放置的方式亦不會傷害到細胞。

2.逸涵問珍語:Hydrogel的swelling ratio在文獻中呈現數據的用意為何? 
Ans:在本篇中並無特別提及,但此類材料可能具有其它相關用途(如丟到水相環境能吸附特定物質等功能)。
         
3.伯緯問耿祥:為什麼要使用Drag Force 算細胞的紅血球?
Ans:因為要確定力是否是破壞紅血球的因素。

4.伯緯問耿祥:為什麼hyperthermia可以做熱治療?
Ans:對於磁奈米顆粒施予eddy current,發熱的原分目前主要分為兩派理論, 一派為nano-   partical relaxation。relaxation又可分為brown relaxation。brown  relaxation為磁珠的磁矩與外部介質摩擦造成的發熱,neel relaxation造成的原因為microparticle內,不同的小磁區在內部擾動造成的發熱。另外一派則認為是因為變 動磁場造成的表面電流而造成發熱。
 
5.伯緯問珍語:是不是能夠在hydrogel加入抗體作為辨識體內癌症的方式? 
Ans:珍語:抗體照UV會Decay。
 
6. 宗融問意涵: Nanoshell 尺寸多大? 
Ans: 100 nm core; 2-3 nm gold thin film

7. 宗融問意涵: OCT 原理?
Ans: OCT (OpticalCoherenceTomography)光學同調性斷層攝影術。低同調干涉術為基礎作 組織的縱向斷層掃描,若搭配組織的橫向斷層掃描即可產生二維的OCT影像。主要使用波長在近紅外光區域且頻寬較寬的雷射當作光源,由於OCT的縱向解析度和光源同調長度有關,較短的同調長度其縱向解析度較好,而橫向解析度則取決於聚焦光點的大小。

8. 宗融問意涵: Nanoshell 跟 純nanoparticle有甚麼差別? 
Ans: 因為需要中間介電層作為核心。

9. 宗融問耿祥: 文章中加熱線圈下方兩條導線的用途為何? 
Ans: 下方兩條導線主要是利用電阻的量測來計算加熱線圈的溫度梯度。

10. 宗融問珍語: 何使用3T3來分解hydrogel?
Ans: 3T3細胞會分泌一些酵素,具有分解一些細胞外基質的功能,包括Hydrogel。

11.珍語問宗融:請問光鉗的原理?     
Ans:當一道光進入另一介質時會有折射現象產生,當把光想像成一大群的粒子時因粒子與環            境之折射率不同而產生折射,使得光子的動量產生變化,根據牛頓運動定律第三定律,             作用力等於反作用力,光子折射產生之力為橫向力,將粒子推向雷射光軸。

 

 


黃珍語 / 2012-12-12

微奈米技術應用於醫學研究及治療

 奈米生醫讀書會

 時間:101年10月31日 (星期三)
              下午4:30至7:30
地點:工程一館 624 
導讀人:衛榮漢 老師 
成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語 
記錄/召集人:黃珍語
報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄人:符伯緯


內容簡述及心得:

報告人:符伯緯

      在生物系統中,細胞功能受到空間限制、化學物質、與力學作用的影響。目前已經有很多團隊研究非常多樣控制細胞型態的工程材料。例如,藉由控制表面的化學物質、表面型態、和材料組成來改變細胞於固體材料的交互作用合成材料也常常被拿來討論細胞與環境之間的關係,例如、矽膠的皺褶可以拿來量測纖維母細胞對於矽膠表面的作用力量,並也可結合生物系統有許多組成很類似於液晶材料。例如,細胞膜就是一種液晶、而去氧核醣核酸和蛋白質也被知道有液晶的型態。   
       而此篇文章顯示了細胞在佈滿細胞外基質的液晶材料生長能夠長時間的生存並且能夠幫助觀察細胞的型態的變化,這樣的方式提供了一個新的感測細胞與細胞外基質互相作用的方法。這提供了我許多創新的靈感,也許之後能藉由此找到其他材料結合與應用在研究與感測細胞型態或化學的新方法。
圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片

參考文獻:

N. A. Lockwood, J. C. Mohr, L. Ji, C. J. Murphy, S. P. Palecek, J. J. dePablo, and N. L. Abbott, "Thermotropic Liquid Crystals as Substrates for Imaging the Reorganization of Matrigel by Human Embryonic Stem Cells," Advanced Functional Materials, vol. 16, pp. 618-624, 2006.

 
報告人:胡耿祥

        本篇作者主要利用電紡絲技術做出奈米或微米尺度的纖維絲,材料方面使用天然聚合物膠原蛋白混和磁顆粒,目的是利用膠原蛋白來包覆磁顆粒,做出來的纖維,會再讓使其片斷化,在此作者會比較兩種方法,第一種是前人有用過的刀片法,直接使用刀片來切割膠原蛋白絲;另一種是利用超高音波震盪使纖維斷裂,結果顯示超音波震盪較安全、有效、簡單,而且不會因此改變纖維的型態。下一步利用片段纖維放入和細胞培養,使纖維能夠貼附在細胞上面,來進行細胞操控,結果顯示細胞外層會貼附一些含磁顆粒的膠原蛋白纖維,能夠在溶液中成功使用磁鐵來操控細胞。做出來的纖維片段,可以包覆較多磁顆粒,用於熱治療時可以釋放更多熱能,未來也可以用來包覆藥物,做出藥物控制跟釋放。
        本篇提供一種新的包覆磁顆粒的方法,可以避免磁顆粒對於細胞直接傷害,但是雖說是細胞利用ECM貼附纖維,量的控制方面可能比較不易掌握,所以不確定是否大多數細胞都可以貼附足夠或者適當量的纖維片段。

圖片圖片圖片圖片圖片

參考資料
J. Liua, J. Shi, L. Jiang, F. Zhang, L. Wang, S. Yamamotoc,M. Takano, M. Chang, H. Zhan, and Y. Chen, "Segmented magnetic nanofibers for single cell manipulation," Applied Surface Science,  Vol. 258, pp.7530-7535,JUL 15 2012.

報告人:陳逸涵

        磁顆粒在醫學方面的應用包括診斷(磁振造影)、藥物傳輸及疾病治療等,其中又以四氧化三鐵(Fe3O4)為最普遍使用的材料。因磁標定的藥物需施用於人體,其生物相容性及毒性需經過嚴謹的測試。
        本篇研究以不同長度(0.75, 2, 5, 15 kDa)之聚氧化乙烯(Polyethylenoxide, PEO)共聚合物包覆四氧化三鐵磁顆粒,並利用MTT assay測試其對不同細胞(HUVEC, HRPE, PC3, C4-2)之毒性。實驗結果顯示包覆0.75 kDa及2 kDa PEO之磁顆粒與細胞共培養會使細胞存活率顯著降低,表示其不具生物相容性。因此若欲更深入進行體內(in vivo)研究,包覆長度2 kDa PEO以上的磁顆粒因不具細胞毒性,為較適當的選擇。
圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片
參考文獻:

1.Urs O. Ha¨feli, Judy S. Riffle, Linda Harris-Shekhawat, Anita Carmichael- Baranauskas, Framin Mark, James P. Dailey, and David Bardenstein. “Cell 2.Uptake and in Vitro Toxicity of Magnetic Nanoparticles Suitable for Drug Delivery.”Molecular Pharmaceutics, VOL. 6, NO. 5, p.p. 1417–1428, 2009



報告人:葛宗融 

        這次報告的內容分成兩個部分,第一個是介紹"磁泳實驗"來計算活體細胞標定奈米磁性顆粒的數量,由於細胞類比於圓球狀,因此標定磁性奈米顆粒後的圓球細胞在溶液中受到磁場吸引,會有一個磁引力的公式Fm=mB(dB/dX),但是細胞受到溶液中的黏滯係數影響使得細胞的黏滯力Fv=6πRcellV,與磁吸引力造成細胞形成一個等速度的移動,等速度的條件下知道兩個力的合力為零,因此可以藉由這兩個合力計算出磁標的細胞內部磁性奈米顆粒的數量,這個簡易的實驗提供了定量的方法,對之後生醫檢測上有很大的幫助。第二部分則是介紹微型磁鐵在外加磁場磁化後可以產生多少磁場值,主要是藉由Biot-Savart law這個公式來運算,將微磁鐵內部的磁矩等效成一個電流密度,每個電流密度則會產生一個微小磁場,整體在積分出總磁場,這在磁操控生物技術上有很大的幫助,因為藉由磁力可以控制磁標的後的微小生物細胞的運動與定位,因此這次讀書會探討的理論計算值,相信可以讓每個與會人員都能有所斬獲。
圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片圖片
Reference:

1. C. Liu, L. Lagae, and G. Borghs, “Manipulation of magnetic particles on chip by magnetophoretic actuation and dielectrophoretic levitation,” Appl. Phys. Lett. 90, 184109, 2007.
2. S. Anandakumar, VS. Rani, S. Oh, BL. Sinha, M. Takahashi, and C. Kim, “Translocation of bio-functionalized magnetic beads using smart magnetophoresis,” Biosens. Bioelectron. 26, 1755-1758, 2010.
3. M. Tanase, E. J. Felton, D. S. Gray, A. Hultgren, C. S. Chen and D. H. Reich, “Assembly of multicellular constructs and microarrays of cells using magnetic nanowires,” Lab Chip, 5, 598-605, 2005.

報告人:黃珍語

        本次報告主題是一篇paper利用apatamer去撿測N1H5,其檢測方式為利用portable 的SPR。apatamer是一種具有立體構型的單股DNA或RNA,其立體構型可以去結合辨識蛋白質,醣基類具有類似抗體功能因此有科學研究專門在探討改變不同序列其辨識的功能性,在藥物應用方面,科學家有建立apatamer的全基因序列庫,去打入老鼠體內篩選掉內生性抗原,剩下的去給予不具免疫性老鼠,使之逐漸具有正常免疫能力。SPR的偵測方式為利用金膜產生表面電漿共振的方式,當金膜上具有更厚的膜層產生其共振角度產生偏移。

圖片圖片圖片圖片
Reference:
1.A SPR Aptasensor for Detection of Avian Influenza Virus H5N1


Q&A:

1.伯緯問耿祥:電紡絲的詳細架構?
Ans:主要由上面的針頭將材料擠成絲狀,藉由靜電作用黏到基板上。

2.宗融問伯緯:與細胞液隔絕是指甚麼意思?
Ans:細胞液隔絕應該是指細胞液不會滲入材料。

3.宗融問伯緯:是不是有甚麼液晶操控、白色部分是指甚麼意思?
Ans:其實癌症之所以可怕是在轉移, 90%癌症的死亡來自於癌症的轉移。而CTC細胞就是所謂的循環的腫瘤細胞。CTC細胞源自於表皮,沒文章中沒有提到液晶操控,白色部分是液晶有被拉扯、改變形貌的部分。

4.宗融問珍語: 甚麼是CTC? CTC為何如此重要? CTC該如何檢測?
Ans:其實癌症之所以可怕是在轉移, 90%癌症的死亡來自於癌症的轉移。而CTC細胞就是所謂的循環的腫瘤細胞。CTC細胞源自於表皮,沒有癌症的人,末梢血液中是不會有CTC細胞的。CTC離開原來的癌症組織(primary tumor),進入血液循環,容易在其他器官組織停留後繼續生長,便是癌症轉移的主要禍首。檢測方式可以藉由coating 抗epCAM 之抗體至cold nanoparticles 上,因為CANCER CELL會過量表現epCAM,藉此當作標定來提前檢測是否有CTC存在體內。

5.宗融問意涵:PEO既然是有生物相容性,但是為什麼這篇作者使用PEO在包磁性奈米粒子後卻造成細胞的存活率下降?
Ans:這篇作者並沒有對此多做說明,因此沒有正面的答覆。

6.宗融問伯緯:與細胞液隔絕是指甚麼意思?
Ans:不太懂內容。
珍語Ans:細胞液隔絕應該是指細胞液不會滲入材料。

7.耿祥問逸涵:甚麼是MTT assay?
Ans:MTT(3- (4,5-cimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide)是一種黃色化合物,在TCA循環中之酵素,會使其催化接受氫離子,因而打開tetrazolium環,形成藍色的結晶,其量和活細胞成正比,因此可以藉由測驗吸光值,來得知細胞粒腺體作用能力,間接得知細胞的存活度。

 


黃珍語 / 2012-12-12

奈米生醫讀書會

 時間:101年10月31日 (星期三)

              下午4:30至7:30

地點:工程一館 624 

導讀人:衛榮漢 老師 

成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語 

記錄/召集人:黃珍語

報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語

記錄人:符伯緯

 


第三次生醫讀書會


報告人:符伯緯

內容簡述及心得:

      在生物系統中,細胞功能受到空間限制、化學物質、與力學作用的影響。目前已經有很多團隊研究非常多樣控制細胞型態的工程材料。例如,藉由控制表面的化學物質、表面型態、和材料組成來改變細胞於固體材料的交互作用合成材料也常常被拿來討論細胞與環境之間的關係,例如、矽膠的皺褶可以拿來量測纖維母細胞對於矽膠表面的作用力量,並也可結合生物系統有許多組成很類似於液晶材料。例如,細胞膜就是一種液晶、而去氧核醣核酸和蛋白質也被知道有液晶的型態。     

        而此篇文章顯示了細胞在佈滿細胞外基質的液晶材料生長能夠長時間的生存並且能夠幫助觀察細胞的型態的變化,這樣的方式提供了一個新的感測細胞與細胞外基質互相作用的方法。這提供了我許多創新的靈感,也許之後能藉由此找到其他材料結合與應用在研究與感測細胞型態或化學的新方法。


參考文獻:

N. A. Lockwood, J. C. Mohr, L. Ji, C. J. Murphy, S. P. Palecek, J. J. dePablo, and N. L. Abbott, "Thermotropic Liquid Crystals as Substrates for Imaging the Reorganization of Matrigel by Human Embryonic Stem Cells," Advanced Functional Materials, vol. 16, pp. 618-624, 2006.

 
報告人:胡耿祥

內容簡述及心得:

        細胞培養成一個球狀結構時,相較於單層的細胞生長,較能夠抵抗化學藥物的治療,造成許多藥物在生物體內測試時效果不彰。本篇作者提出了一種方法,利用無支架的方式,進行細胞立體的培養。一開始將磁顆粒表面標定streptavidin,再將細胞表面蛋白做Biotinylation,在
液體中將細胞跟磁顆粒混和均勻,用液滴方式滴入凹陷處,利用streptavidin和biotin結合專一性,使細胞能夠和磁顆粒團聚一起生長,形成立體細胞球,再外加磁場將細胞球作直線排列,使其融合成更大的立體組織結構,目標能利用此方法用於藥物篩選、腫瘤研究、組織工程。

    本篇提供一種細胞立體培養的方法,利用磁的特性可以用於操縱、分離純化,大大的增進效率。


參考資料

V.H. Ho, K.H. Muller, A. Barcza, R. Chen, and N.K. Slater, "Generation and manipulation of magnetic multicellular spheroids Biomaterials", pp. 3095–3102, NOV 31 2010.



報告人:陳逸涵


內容簡述及心得:

       磁顆粒在醫學方面的應用包括診斷(磁振造影)、藥物傳輸及疾病治療等,其中又以四氧化三鐵(Fe3O4)為最普遍使用的材料。因磁標定的藥物需施用於人體,其生物相容性及毒性需經過嚴謹的測試。

       本篇研究以不同長度(0.75, 2, 5, 15 kDa)之聚氧化乙烯(Polyethylenoxide, PEO)共聚合物包覆四氧化三鐵磁顆粒,並利用MTT assay測試其對不同細胞(HUVEC, HRPE, PC3, C4-2)之毒性。實驗結果顯示包覆0.75 kDa及2 kDa PEO之磁顆粒與細胞共培養會使細胞存活率顯著降低,表示其不具生物相容性。因此若欲更深入進行體內(in vivo)研究,包覆長度2 kDa PEO以上的磁顆粒因不具細胞毒性,為較適當的選擇。


參考文獻:

Urs O. Ha¨feli, Judy S. Riffle, Linda Harris-Shekhawat, Anita Carmichael- Baranauskas, Framin Mark, James P. Dailey, and David Bardenstein. “Cell Uptake and in Vitro Toxicity of Magnetic Nanoparticles Suitable for Drug Delivery.”Molecular Pharmaceutics, VOL. 6, NO. 5, p.p. 1417–1428, 2009


報告人:葛宗融 

       這次報告的內容分成兩個部分,第一個是介紹"磁泳實驗"來計算活體細胞標定奈米磁性顆粒的數量,由於細胞類比於圓球狀,因此標定磁性奈米顆粒後的圓球細胞在溶液中受到磁場吸引,會有一個磁引力的公式Fm=mB(dB/dX),但是細胞受到溶液中的黏滯係數影響使得細胞的黏滯力Fv=6πRcellV,與磁吸引力造成細胞形成一個等速度的移動,等速度的條件下知道兩個力的合力為零,因此可以藉由這兩個合力計算出磁標的細胞內部磁性奈米顆粒的數量,這個簡易的實驗提供了定量的方法,對之後生醫檢測上有很大的幫助。第二部分則是介紹微型磁鐵在外加磁場磁化後可以產生多少磁場值,主要是藉由Biot-Savart law這個公式來運算,將微磁鐵內部的磁矩等效成一個電流密度,每個電流密度則會產生一個微小磁場,整體在積分出總磁場,這在磁操控生物技術上有很大的幫助,因為藉由磁力可以控制磁標的後的微小生物細胞的運動與定位,因此這次讀書會探討的理論計算值,相信可以讓每個與會人員都能有所斬獲。

Reference

1. C. Liu, L. Lagae, and G. Borghs, “Manipulation of magnetic particles on chip by magnetophoretic actuation and dielectrophoretic levitation,” Appl. Phys. Lett. 90, 184109, 2007.

2. S. Anandakumar, VS. Rani, S. Oh, BL. Sinha, M. Takahashi, and C. Kim, “Translocation of bio-functionalized magnetic beads using smart magnetophoresis,” Biosens. Bioelectron. 26, 1755-1758, 2010.

3. M. Tanase, E. J. Felton, D. S. Gray, A. Hultgren, C. S. Chen and D. H. Reich, “Assembly of multicellular constructs and microarrays of cells using magnetic nanowires,” Lab Chip, 5, 598-605, 2005.



Q&A:

1.伯緯問耿祥:電紡絲的詳細架構?

Ans: 主要由上面的針頭將材料擠成絲狀,藉由靜電作用黏到基板上

 

2.宗融問伯緯:與細胞液隔絕是指甚麼意思?

Ans: 細胞液隔絕應該是指細胞液不會滲入材料

 

3.宗融問我:是不是有甚麼液晶操控、白色部分是指甚麼意思?

Ans:其實癌症之所以可怕是在轉移, 90%癌症的死亡來自於癌症的轉移。而CTC細胞就是所謂的循環的腫瘤細胞。CTC細胞源自於表皮,沒文章中沒有提到液晶操控,白色部分是液晶有被拉扯、改變形貌的部分


4.宗融問珍語: 甚麼是CTC? CTC為何如此重要? CTC該如何檢測?

Ans: 其實癌症之所以可怕是在轉移, 90%癌症的死亡來自於癌症的轉移。而CTC細胞就是所謂的循環的腫瘤細胞。CTC細胞源自於表皮,沒有癌症的人,末梢血液中是不會有CTC細胞的。CTC離開原來的癌症組織(primary tumor),進入血液循環,容易在其他器官組織停留後繼續生長,便是癌症轉移的主要禍首。檢測方式可以藉由coating 抗epCAM 之抗體至cold nanoparticles 上,因為CANCER CELL會過量表現epCAM,藉此當作標定來提前檢測是否有CTC存在體內。


5.宗融問意涵:PEO既然是有生物相容性,但是為什麼這篇作者使用PEO在包磁性奈米粒子後卻造成細胞的存活率下降?

Ans:這篇作者並沒有對此多做說明,因此沒有正面的答覆。


6.宗融問伯緯:與細胞液隔絕是指甚麼意思?

伯緯:不太懂內容。

珍語回答:細胞液隔絕應該是指細胞液不會滲入材料。

 

 


黃珍語 / 2012-11-07

奈米科技生醫新趨勢

 時間:101年10月17日 (星期三)

            下午4:30至7:30

  地點:工程一館 524

導讀人:衛榮漢 老師 

 

成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語 

 

記錄/召集人:黃珍語 

 

報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語

 

記錄人:彭逸涵


報告內容簡述及心得:

報告人:彭逸涵
        奈米殼層(Nanoshell)為具有超薄金屬外殼以及介電核心
(dielectric core)的奈米顆粒,是目前相對新穎的一種奈米材料。其毒性低、具生物相容性、在近紅外線波段下同時具有散射及吸收的特性,能夠有光學斷層掃描顯影及光熱治療的效果,適合作為癌症診斷及治療等醫療用途。
        報告第一部份介紹奈米殼層搭配近紅外線雷射對癌症治療的效果,實
驗結果顯示兩者結合對於腫瘤有明顯抑制的功效,勝於單純使用近紅外線療法。第二部份為對奈米殼層的置備及特性研究,此團隊將奈米殼層包覆金奈米顆粒,觀察在不同包覆率下的吸收光譜。除此亦試著在奈米殼上包覆磁性顆粒,觀察施加磁場對此材料的影響。若能夠成功以磁力調控奈米殼層,未來將可望將其與磁振造影結合,解決原有

利用近紅外光解析度較不足的問題,更利於疾病診斷。

參考書目:

 

Methods in Bioengineering Nanoscale Bioengineering and Nanomedicine 

 

Ch.10 Biomedical Applications of Metal Nanoshells
 
 
 
 
 

參考文獻:
 

Tianhao Ji, Vladislav G. Lirtsman, Yair Avny, and Dan Davidov. “Preparation, Characterization, and Application of Au-Shell/Polystyrene Beads and Au Shell/Magnetic Beads.”
Adv. Mater., 13, vol. 16, pp.1253-1256, 2001.
 
 
 
 
 
報告人:胡耿祥
        本篇作者主要往magnetic hyperthermia發展,望能找出利用磁流體局部定位破壞癌細胞方法。magnetic hyperthermia原理是利用一個通交變電流之線圈,使磁顆粒產生熱能,以此殺死目標癌細胞。作者參考前人研究設計出一個microelectromagnet,使用三層絕緣體隔絕住三種不同金線圖形,加入易取得、強韌的紅血球細胞,加入一定量的磁流體標定,隨機放置在電磁鐵上,在最上層線圈金線,通入一定大小電流,觀察到紅血球細胞會有聚集現象;而當電流到一定大小,發現紅血細胞有溶血現象的發生,而此過程時間尺度相當小,不同以往研究看到的現象,因此作者提出假設,認為可能是磁顆粒拉細胞的力或金屬線圈溫度過高使細胞破裂,最後實驗證實認為可能是磁流體主導此現象發生。
    使用紅血球作為生物物質例子,是一個比較特別的想法,而不是直接使用癌細胞做為測試,因此發現此微小電磁鐵使標定紅血球產生溶血現象,感覺是因緣際會之下試驗到,也可再進一步的研究探討,磁顆粒是如何作用於紅血球?磁顆粒標定對紅血球膜有何影響?在未來,希望往作者可能會使用癌細胞來測試此微小電磁鐵的功能,來真正的標定癌細胞,減少對健康細胞的傷害。
  
 
參考文獻:
 
 
F. Gertz, R. Azimov, and A. Khitun, "Biological cell positioning and spatially selective destruction via 
magnetic nanoparticles.", Applied Physics Letters, vol.101, pp. 013701, 2012.

 
 
 
報告人:符伯緯
      這篇文章主要透過定酵素分解Polymer的方式,來控制微機械的夾取,並使用磁力來控制機械位置,並成功的夾取細胞。
      作者在這篇文章中證明可達成引發夾取藉由特定的物質與高分子的相
互作用。這些混合的金屬/聚合物工具是一步步走向創造微型化的設備,和材料的自主特定的生化反應達成疾病的標誌。例如,未來利用匹配的生物聚合物自然分泌的蛋白水解酶,夾取癌細胞將是可行的,設計一個微機械,只響應癌細胞的化學環境。它也應該能夠延遲致動並交戶作用於生物聚合物inhibitors或蛋白酶,如胰蛋白酶。此方法可以擴展到其他的生物聚合物如DNA的生物聚合物,使用核酸酶降解。根據這樣的原則,過程也可結合納米級圖案如電子
束或直接寫技術的技術,這表明了進一步小型化的可能性。
 
參考文獻:
[1] N. Bassik, A. Brafman, A. M. Zarafshar, M. Jamal, D. Luvsanjav, F. M. Selaru, and D. H. Gracias, "Enzymatically triggered actuation of miniaturized tools," J Am Chem Soc, vol. 132, pp. 16314-7, Nov 24 2010.
[2] G. Huang, Y. Mei, D. J. Thurmer, E. Coric, and O. G. Schmidt, "Rolled-up transparent microtubes as two-dimensionally confined culture scaffolds of individual yeast cells," Lab Chip, vol. 9, pp. 263-8, Jan 21 2009.
[3] S. Schulze, G. Huang, M. Krause, D. Aubyn, V. A. B. Quiñones, C. K. Schmidt, Y. Mei, and O. G. Schmidt, "Morphological Differentiation of Neurons on Microtopographic Substrates Fabricated by Rolled-Up Nanotechnology," Advanced Engineering Materials, vol. 12, pp. B558-B564, 2010.

 
報告人:葛宗融
      這次報告細胞力學量測,先從細胞骨架(cytoskeleton)開始介紹,細胞骨架包括微管(microtubule)、微絲(microfilament)、中間絲(intermediate filament),可以得知細胞在發生移動或分裂的時候,主要是藉由運動蛋白將胞器移至特定處。在量測細胞力學方面有分成要測定的力學模式,分成細胞的貼附力、細胞的黏彈性以及細胞的移動力,在細胞的貼附力方面可以藉由微流道裝置量測,黏彈性部分可以藉由輕拍式AFM來量測,而細胞的移動力則可以藉由基底的微結構來量測。因此這次宗融所介紹的重點則是放在利用微柱狀陣列的PDMS作成基底微結構,讓細胞在陣列上生長,藉由柱狀結構的彎曲變形量來計算細胞移動的力學,可以得知細胞的移動力學量值大約是數十奈米級牛頓。此外,宗融也報告另外一篇在PDMS柱狀裡頭埋入一根鈷的奈米線,之後藉由外加磁場使得微柱狀結構移動,可以刺激細胞移動,內容一樣生動有趣。如果不用奈米磁線而是用奈米磁顆粒置放於PDMS柱裡,一樣形成微磁柱,是否能節省製作的時間與成本
;或是可以將磁柱縮的更小,可以仿生出血係統裡的循環血球細胞。

參考文獻: 
[1] J. L. Tan, J. Tien, D. M. Pirone, D. S. Gray, K. Bhadriraju and C. S. Chen, “Cells lying on a bed of microneedles: An approach to isolate mechanical force,” PNAS, vol. 100, pp. 1484–1489, 2003. 
[2] N. J. Sniadecki, A. Anguelouch, M. T. Yang, C. M. Lamb, Z. Liu, S. B. Kirschner, Y. Liu, D. H. Reich and
 C. S. Chen, “Magnetic microposts as an approach to apply forces to living cells,” PNAS, vol. 104, pp. 14553–14558, 2007.


報告人:黃珍語

       第一篇paper是利用一個有利於生物分解之(GelMA),methacrylated gelatin hydrogels作為材料,以UV光定義不同尺寸(包含500 μm,1 mm ,2 mm)之方形陣列,包裹magnetic nano particle (MNPs),並測試此材料於有包裹MNPs(1% 及 5%)時物理性質,以及2 U/mL collagenase存在時及老鼠纖維母細胞 3T3存在時進行此材料分解速率,最後以(ICP-AES),plasma-atomic emission spectroscopy偵測Fe含量證明此材料可逐漸釋放包裹的MNPs。此材料因分解而釋放之MNPs與時間呈現線性關係,未來可應用於藥物釋放,以及以磁場對此材料進行磁力操控部分。


參考文獻:

[1] F. Xu, F. Inci, O. Mullick, U.A. Gurkan, Y. Sung, D. Kavaz, B. Li, E. B. Denkbas, and U. Demirci "Release of Magnetic Nanoparticles from Cell-Encapsulating Biodegradable Nanobiomaterials"ACS nano., vol. 6, pp. 6640–6649, 2012.

 

Q&A:
 
 
 
1.逸涵問珍語:Hydrogel連同玻璃板一起置於培養皿中是否會對細胞產生影響。
 
Ans:玻璃材質對細胞並無毒性,此篇研究所放置的方式亦不會傷害到細胞。
2.逸涵問珍語:Hydrogel的swelling ratio在文獻中呈現數據的用意為何?
 
Ans:在本篇中並無特別提及,但此類材料可能具有其它相關用途(如丟到水相環境能吸附特              定物質等功能)。         
3.伯緯問耿祥:為什麼要使用Drag Force 算細胞的紅血球?
 
Ans:因為要確定力是否是破壞紅血球的因素。
4.伯緯問耿祥:為什麼hyperthimia可以做熱治療。
Ans:對於磁奈米顆粒施予eddy current,發熱的原分目前主要分為兩派理論, 一派為nano-   partical relaxation。relaxation又可分為brown relaxation。brown  relaxation為磁珠的磁矩與外部介質摩擦造成的發熱,neel relaxation造成的原因為microparticle內,不同的小磁區在內部擾動造成的發熱。另外一派則認為是因為變 動磁場造成的表面電流而造成發熱。
 
5.伯緯問珍語:是不是能夠在hydrogel加入抗體作為辨識體內癌症的方式
 
Ans:珍語:抗體照UV會Decay
 
6. 宗融問意涵: Nanoshell 尺寸多大?
 
Ans: 100 nm core; 2-3 nm gold thin film
7. 宗融問意涵: OCT 原理?
Ans: OCT (OpticalCoherenceTomography)光學同調性斷層攝影術。低同調干涉術為基礎作 組織的縱向斷層掃描,若搭配組織的橫向斷層掃描即可產生二維的OCT影像。主要使用波長在近紅外光區域且頻寬較寬的雷射當作光源,由於OCT的縱向解析度和光源同調長度有關,較短的同調長度其縱向解析度較好,而橫向
解析度則取決於聚焦光點的大小。
8. 宗融問意涵: Nanoshell 跟 純nanoparticle有甚麼差別?
 
Ans: 因為需要中間介電層作為核心。
9. 宗融問耿祥: 文章中加熱線圈下方兩條導線的用途為何?
 
Ans: 下方兩條導線主要是利用電阻的量測來計算加熱線圈的溫度梯度。
10. 宗融問珍語: 何使用3T3來分解hydrogel?
Ans: 3T3細胞會分泌一些酵素,具有分解一些細胞外基質的功能,包括Hydrogel。
11.珍語問宗融:請問光鉗的原理?     
Ans:當一道光進入另一介質時會有折射現象產生,當把光想像成一大群的粒子時因粒子與環境       之折射率不同而產生折射,使得光子的動量產生變化,根據牛頓運動定律第三定律,作用       力等於反作用力,光子折射產生之力為橫向力,將粒子推向雷射光軸。

 






 

 


黃珍語 / 2012-10-17

奈米科技生醫新趨勢

 

地點:工程一館 209
導讀人:衛榮漢 老師
成員: 彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語
記錄/召集人:黃珍語
報告人:彭逸涵,胡耿祥,符伯緯,葛宗融,黃珍語

時間:101年09月27日 (PM 9-12)

珍語 報告 " Simple Monitoring of Cancer Cells Using Nanoparticles " Nano Lett., 2012, 12 (8), pp 4164–4171
CTC(circular cancer cell)是從primary tumor 開始經由血液進行中的cancer cell數量與血液中其他細胞相比較集為稀少(如下表),本篇paper藉由conjugate anti-epCAM抗體之cold nanoparticles去辨識過量表現epCAM之Cancer cell ,並利用另同樣抗體標定之磁顆粒去並辨識Cancer cell 後以磁性收集表現EpCAM之Cancer cell (此篇選用 Caco2 cells)希望藉此當作工具來提前檢測是否有CTC存在體內 。

圖片圖片
伯緯 這次報的是探討細胞貼附於液晶表面的影響,我們熟知施加電場於液晶可以使得灰階層度改變,在他的報告裡頭,可以略知細胞再貼附於液晶上藉由細胞下方的細胞相容性材料液晶偏折,雖然還是不知道這篇paper想說的重大發現是甚麼,但是至少提供一個想法是任何的量測方式都有可能跟生物結合成一個新的量測方式,雖然說要取代傳統的方法有點困難,但是研究就是再闖新的路,所以說如果生物分子(包括DNA或是細胞膜)運用在網路分析儀上呢,是否可以藉由生物分子上的磁顆粒使得FMR訊號造成改變,給大家參考參考,也可以請有興趣的同學找找相關領域的研究成果,下次可以分享一下。

宗融 磁標定細胞的兩種定量技術。第一項是磁泳,另一項則是FMR。兩種技術有各自的物理原理及計算公式,但由實驗數據來看都能導向同樣的結果。從圖表可得知incubation的時間與泳速呈正相關,代表incubation較久的細胞能uptake較多磁顆粒。

 

耿祥 Electrospinning 可以用來製造fiber的微絲,並且可以貼在Cell上,經過與細胞外基質的交互作用,可以穩固的在cell 上面

逸涵 報了一篇利用PEO copolymer合成之奈米顆粒愈利用於藥物釋放,並比較不同PEO長短練合成之奈米顆粒與單純長短鍊PEO對細胞之毒性,其結果發現顆粒對細胞毒性較低(作者解釋為合成顆粒後PEO濃度比單純PEO濃度低??)

 

 

 

 

 


黃珍語 / 2012-09-30
奈米生醫讀書會 2012-12-19 奈米科技生醫新趨勢 2012-12-12 奈米生物技術概念-應用其前瞻性 2012-12-12 微奈米技術應用於醫學研究及治療 2012-12-12 奈米生醫讀書會 2012-11-07 奈米科技生醫新趨勢 2012-10-17 奈米科技生醫新趨勢 2012-09-30


Copyright©2007-2009 National Tsing Hua University ALL RIGHTS RESERVED
最佳解析度為1024*768或1280*1024
聯絡我們 101, Section 2, Kuang-Fu Road, Hsinchu, Taiwan 30013, R.O.C. 30013 新竹市光復路二段101號 代表號:03-5716200 統一編號:46804804