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交大生醫所的BioICT新世界─ 陳冠宇教授專訪


陳冠宇教授與學生於國際會議之合照。

走入窗明几淨的辦公室,陳冠宇教授親切地端著茶招呼我們就坐,很難想像眼前這位三十初頭、加入交大只有兩年的年輕教授,正是帶領生醫工程研究所(以下簡稱生醫所)團隊開發出低溫氧化石墨烯捕捉細胞技術,登上世界重要學術報導網站ACS Nano與MIT News的關鍵人物,這項技術大大改變了傳統的細胞分離法,讓檢驗成為一件平價且快速的事。

陳冠宇教授曾待過清大與美國MIT實驗室,這次能產出如此亮眼的成果,其中最大的優勢正在於善用交大資、通、電專長,並與國外單位密切合作。藉由這樣的成績,陳教授希望讓更多人了解新一代研究者的思維和目標,吸引有志者加入,「我發覺台灣新一代生醫人才非常厲害!」他不諱言認為大家可以對台灣生醫研究更有信心。

 

加入生醫所 發現BioICT新世界

在成為電機學院教授前,陳冠宇教授的專業領域為化學與生物,2015年從MIT實驗室回台後,他跳脫舒適圈進入剛成立不久的生醫所接受挑戰。「老實說就是趁年輕、有衝勁的時候盡量做,說不定過個幾年就累了,沒力氣衝了。」抱著這樣單純的想法,卻意外發現生醫研究的新道路。「我以前主要都是做生物材料,對電子、電機不太熟悉,來交大才發現BioICT原來那麼有趣!如果我繼續待在原生的環境,不會發現很多新奇的元素,」陳教授充滿熱忱分享他來到交大的收穫。

相較於傳統的生物研究,BioICT的發展領域相當廣,幾乎是以生物為題跨足所有電機、資訊、材料等過去的研究者意想不到的媒材,因此交大生醫所招收的學生背景非常多元,除了生物相關的本科系學生,還有許多來自電子、電機、機械、化學工程等不同領域的人才,再加上與電機學院各系所共處同一校區內,交流密切,這些都成為發展BioICT的助力。

陳教授觀察國內外大學,就算是美國MIT也很少傾一整個學校的力量發展BioICT,「我在MIT的時候,那邊是三強鼎立:腦科學、基因工程、生物材料,很少有BioICT相關的計畫,」因為擁有扎實電子基礎又願意投入生科研究的大學實在屈指可數,陳教授對於交大發展BioICT深具信心,「不是因為我進來交大才這麼說,我覺得BioICT真的是未來的趨勢,會成為交大生醫不可取代的特色。」陳教授以智慧型手機舉例,許多廠商都有技術,也知道觸控螢幕比按鍵式更方便,但唯有第一個投入開發的人才能搶得先機,越是現在看起來遙遠或不顯眼的領域,越有發光發熱的潛力,這也是他當初選擇進入年輕的交大生醫所的原因之一。

 

重視臨床應用 積極與醫院分享研究成果

低溫氧化石墨烯捕捉細胞示意圖。

交大生醫所的另一項特色則是著重臨床應用,無論發展出什麼技術最終目標都是解決臨床問題甚至翻轉過來,先觀察臨床問題再提出解決之道,不只是陳教授的團隊如此,無論專長或目標為何,所上所有老師的研究皆為臨床或產業應用導向。

這次登上ACS Nano和MIT News的細胞診斷晶片正是具有高度臨床價值的研究,低溫氧化石墨烯技術對比起傳統的磁力分離法或流失細胞台,注入血液後只需要被動等待,不需要任何仰賴任何外加裝置與能量,小小一片晶片就能取代大裝備的功能,方便醫師攜帶。晶片還運用奈米技術,將注入血液的空間壓縮到100微米,增加細胞與抓取裝置的接觸機會,「只需要抽取30微升的血液,十分鐘就能抓出特定細胞,在石墨烯製造技術日漸成熟的此刻,單一晶片的成本已經低於五美元,將來能夠大幅改善偏鄉醫療與定點照護品質。」陳教授熱切為我們解釋。

交大近幾年積極在博愛校區建造智慧醫院、生醫大樓,對生醫所來說是不可或缺的建設,「因為沒有臨床就不會有數據。」陳教授相當期待交大校內醫院的完工啟用,到時候實驗室的研究成果可以不必經由層層關卡轉手到別間醫院,就能順利進入第一線運用,還能與醫師直接交流臨床問題,取得疾病的大數據,尤其生物樣本講求活性,距離可說是成敗關鍵,智慧醫院的必要性由此可見。

在等待交大智慧醫院啟用的同時,陳教授的團隊自然不會甘於將成果塵封在實驗室,目前正以此項新技術參與吳妍華前校長、吳重雨前校長、電子系鄭裕庭主任、榮總邱士華醫師等人協力的視網膜晶片計劃,運用相同的石墨烯介面連接視網膜細胞與電子晶片,讓生醫所名符其實成為搭起生物與電子的橋樑。

從診斷晶片到器官晶片 應用無遠弗屆

陳冠宇教授(上排左三)與吳妍華前校長、吳重雨前校長、鐘育志院長等計畫研究人員合照。

在診斷晶片部分,陳教授的實驗室還與林口長庚醫院血液腫瘤科的謝佳訓醫師合作,試著用晶片從病人血液中分離出高活性且精確的癌細胞,藉此找出癌症轉移與發病的關鍵原因。「傳統的癌細胞檢測非常多人在做,但只要活性變低或靈敏度不夠就可能造成臨床診斷錯誤,影響後續的治療。」陳教授為我們說明,癌症年年位居世界死因榜首,如能從根本的檢測端開始改善,相信更能對症下藥,提高治癒的機率,減輕病人的負擔。

陳教授繼續解釋,這項成果不僅在於做出更快、更小、更準的診斷晶片,只要替換石墨烯介面上的抗體就能抓取不同的細胞,相同概念也可衍伸至在晶片上培養細胞,甚至於一整個器官,應用範圍是無窮無盡的!以往測試新藥都要經過數次動物實驗才能進入人體實驗階段,然而動物的器官和人類畢竟不完全相同,往往花費大把精力後卻發現人體實驗的結果和動物相差太多,必須從頭再修改,現在他們也嘗試用這個技術製作器官晶片。陳教授進一步說明,去年哈佛團隊就以這樣的器官晶片獲得創新獎,只是以細胞培養出的微小化器官活性還不夠持久,因此他們的目標就是以石墨烯介面延長晶片上的器官活性,相信在不久的未來就能真正代替新藥開發中的動物實驗。

運用類似的方法,在器官晶片成功之後石墨烯介面還有加上智慧連動,朝仿生晶片發展的潛力,這便是BioICT的領域,「身體狀態隨時在變,用死板的晶片測試,雖然現在有效但未來可能會出問題。」陳教授認為若培養出微小化器官能在晶片上按照身體狀態呈現動態仿生,會是生醫工程一項重大突破。「我們不是要追求把晶片做到多精緻,因為絕對有比我們更厲害的人,我們應該去挑戰能不能做到別人做不到的事情?所以我才想到是不是能做智慧連動?因為BioICT是交大的專長,這是我來交大後激發出的靈感。」

從校內的電子系、生科院,一直到校外的榮總、長庚,陳教授的團隊不因為獲得肯定便停下腳步,而是乘著這股浪頭更積極把技術推向更多領域,推向臨床,將研究效益最大化,真正改變未來的醫療環境。

 

感激研究路上貴人相伴 積極為台灣生醫貢獻

生醫所教師與今年應屆畢業生之合照。

相較於清大、台大等歷史悠久的生醫、生科所,交大生醫所自隸屬電機學院並成為獨立所後才4年,但陳教授認為「年輕」既是生醫所的缺點也是優點,或許名氣還不夠響亮,或許還沒有所謂的「權威教授」,但正由於年輕沒有包袱,更可以大膽嘗試各種跨界研究,與最新的國際潮流接軌。他相當感謝學校對生醫研究的挹注,讓他們能快速茁壯成為不容小覷的後起之秀。

生醫所除了主動與國內醫院、研究單位合作,也參與不少國外學校的學生交換計畫,包含美國、烏克蘭、俄羅斯、德國等地的學生都曾是所上實驗室中的一員,交流不同文化下的研究觀點,也慢慢打開生醫所的國際知名度。

從進入交大到獲得這次的榮譽,陳冠宇教授謙虛地說是因為幸運遇到了許多願意支持自己的貴人,「從以前清大的胡育誠指導教授就很拉拔我,到後來林顯豐所長對我也是一路相挺,鐘育志院長甚至邀我去做生科院的合聘教授,又因為加入吳重雨前校長的計劃我才有機會接觸到電子電機的研究人員。」他細數一路上給予自己機會的前輩,滿懷感恩地看待今天擁有的成果。

此外陳教授還特別提到研究室的學生們:「我們研究室過了暑假後就會增加到十幾位學生,因為碩二的學生們都決定留下來唸博士班,真的很感謝他們。」無論是前輩或學生,獲得了這麼多支持自己繼續投入研究、解決臨床問題的動力後,陳教授給自己的目標與期許是「站穩腳步,不斷努力。」繼續為交大生醫、台灣生醫創造出更多美好的成果。

 

陳冠宇教授小檔案