糖化血色素適體在糖尿病檢測的應用

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在科技部的經費支持下,由清華大學動力機械工程學系李國賓教授與成功大學醫學檢驗生物技術學系謝淑珠教授及清華大學光電工程研究所李明昌教授共同執行,糖化血色素適體在糖尿病檢測的應用研究計畫,為結合清華大學尖端微流體生醫晶片技術開發以及成功大學醫院臨床試驗的研究成果。

 

糖尿病是目前世界上十分常見的一種慢性疾病,一旦疏忽血糖控制,嚴重時會導致視網膜疾病以及相關的其他眼部疾病、腎衰竭引起的尿毒症、血管與神經病變以及非創傷性的手足截肢。根據衛福部資料顯示,近年來糖尿病已高居國人十大死因第五名,估計台灣糖尿病病患人口已超過百萬人。血漿內血糖為常見的糖尿病檢測指標,但隨著進食多寡與時間和個體生理差異,容易導致結果的誤判與差異。相對地,糖化血色素(HbA1c)是指當血糖進入紅血球內與血紅素結合後,就形成糖化血色素,可以反映過去三個月以來的血糖及相關參數的平均值,因此,可更恆定作為檢測控制和風險評測糖尿病的重要指標。一般人糖化血色素的正常值約為4-6%, 8%以上則代表發生糖尿病的風險極高,糖尿病人宜控制在7%以下。因此,2009年美國糖尿病學會提出以糖化血色素在所有血色素的比例為6.5%作為糖尿病診斷標準。傳統以抽血方式及大型糖化血色素分析儀(高效能液相層析儀)檢測糖化血色素,需耗時至少120 分鐘,並且病人必須至大型醫院進行檢測。

 

適體(aptamer)又稱為人工抗體,是指可與特定目標分子進行結合的寡核酸序列。與目前常用的抗體相較,適體與具有可快速化學合成、高穩定性、高親和力與價格低的優勢。目前已有許多生技公司紛紛開發特定適體以取代抗體進行疾病的檢測。本研究團隊應用兩條適體取代傳統三明治式抗體方法,可更快速辨識糖化血色素,將方便糖尿病患者隨時隨地進行自我檢測與照護管理,並減少個體誤差的優勢,將大大減少檢測的時間和經濟成本。目前市場上亦有桌上型的糖化血色素檢測儀,但均使用抗體進行反應及檢測,試劑保存及運送上相對困難 (需低溫全程保存及運送),抗體價格亦相對昂貴,如果能以適體取代,配合自動化之微流體晶片檢測平台,將更具有市場競爭力。

 

研究成果:

此研究首先在微流體晶片上進行自動化快速篩選分別對糖化血色素及血色素(Hb)具有高專一性與高親和力的核酸適體。再應用此已篩選出的兩組適體取代傳統抗體,成功地在微流體晶片上進行自動化糖化血色素檢測。微流體晶片尺寸僅為 5.3公分x 4.3公分(約一張名片大小),可自動化利用調控內部液體的傳導而進行高專一性適體分別抓取血漿中糖化血色素與血色素,再經由微型混合與清洗過程以減少干擾,最終,再利用有螢光物質標定的高專一性適體與反應物結合多寡,測量其螢光強度,藉由螢光數值換算出血漿中糖化血色素在血色素中所佔的比例,進而評估糖尿病發生的風險大小以利自我管理照護與臨床醫師用藥依據。

與傳統利用適體進行糖化血色素臨床檢驗方法比較,本研究所開發的微流體晶片偵測系統具有以下優勢:

(1) 所需的臨床檢體與適體數量均較傳統方法大幅減少試劑使用量約70 %,更具有經濟效益。

(2) 整個糖化血色素分析過程僅需30分鐘,較傳統方法更為快速。

(3) 本晶片可藉由外部驅動系統進行全自動化檢測,將可避免人為誤差的干擾。

 

因此,這種同時具有操作簡易、檢測快捷、高穩定度與符合經濟效益的整合型晶片檢測系統極具產業開發價值,有望成為未來糖尿病患者居家自我檢測的工具。

此研發團隊所介紹的研發成果具幾項重大突破:

(1) 開發具有快速檢測糖化血色素功能的自動化整合型微流體晶片,可以利用兩條與糖化血色素具有高度親和力的適體進行對糖尿病的快速檢測。

(2) 新型系統具有快速、高靈敏度特性,且更具有經濟效益。

(3) 具醫療器材產業開發價值。

(4) 研究成果已發表於 Biosensors & Bioelectronics, Lab on a Chip 等一流國際期刊。

(5) 已獲得國內外專利。

更新日期 : 2017/01/17