這是一份以演講者口述內容為主軸、並融合簡報（Slides）內容以補充細節與數據的詳細演講講稿。所有源自簡報且演講者未直接口述的延伸說明、數據或專有名詞，均以底線標示。
利用奈米粒子平台確保微創幹細胞衍生胰島移植的安全性與成功率
(Leveraging our Nanoparticle Platform for Safety and Success with Minimally Invasive SC Islet Transplants)
講者：Katy Digovich (Minutia 共同創辦人兼執行長) 場合：第 19 屆先進糖尿病科技與治療國際會議 (ATTD), 巴塞隆納
來自病友的深刻動機
各位好。我想先從我個人的經歷開始這場演講。我本人就是第一型糖尿病（Type 1 Diabetes, T1D）的患者，而且我現在剛好處於低血糖的狀態，所以我現在有點冒汗，一邊跟各位說話會一邊喝點果汁。如果大家問我做這一切背後最深層的動力是什麼？那就是我再也不想處於這種必須帶著低血糖上台演講的窘境了。
今天我能站在這裡，不僅僅是與大家談論幹細胞衍生的類胰島小體（stem cell derived islet-like organoids）或產生胰島素的細胞（insulin producing cells），還能探討如何將金奈米粒子（gold nanoparticles）放入這些細胞中，以便更好地了解移植後發生的情況並確保其安全性，這充分反映了我們這個領域已經取得了多大的進展。三十年前我剛被診斷出糖尿病時，我的父母被告知「治癒的希望就在眼前」。但我想在座的每一位都能看到，現在確實有著真實的動能與突破性的工作正在發生，而且發展步伐正在加快。我們雖然還沒抵達終點，還有許多工作要做、許多挑戰要克服，但這一切同時也令人感到無比興奮。
幹細胞療法的四大挑戰與「黑盒子」困境
參與 Minutia 團隊的成員中，有一半的人也受到第一型糖尿病的影響。我們在進行這些研究時，總是透過一個核心視角來審視：「我們自己會安心地將這些細胞放入我們體內嗎？」 我認為這是一個我們所有人都該問自己的好問題。
對我們這家致力於製造幹細胞衍生類胰島小體的公司來說，我們正在思考哪些挑戰？稍早的講者已經很好地涵蓋了這個領域的諸多挑戰，我在此簡短總結這四大難題：首先是製造（Manufacturing），這通常是高度複雜且資本密集的；其次是移植部位（Transplant Site），面臨著在肝臟附近部位的細胞存活率與細胞分佈挑戰；再來是免疫保護（Immune Protection），涉及全身性免疫抑制、低免疫原性（hypoimmune）工程、細胞封裝（encapsulation）等策略。
然而，我今天主要想探討的是最後一個挑戰：安全性與變異性（Safety & Variability）。我們亟需強大的移植後監測系統來解決安全性的疑問。在某種程度上，如果沒有核磁共振（MRIs）以及微創的移植部位，這些細胞在移植後就如同進入了一個未知的「黑盒子」（black box）之中，無從得知其具體狀況。
Minutia 的混合型團隊與細胞製程進展
在 Minutia，我們擁有一支混合型團隊。這個團隊的凝聚力不僅來自於我們許多人患有第一型糖尿病的共同經驗，還在於我們專業的結合：團隊的一半是細胞生物學家、幹細胞生物學家以及專注於移植耐受性與免疫逃避的專家；另一半則是工程師和化學家，專門研究與我們細胞結合的金奈米粒子。
我們的細胞分化流程（differentiation protocol）目前已經縮短到 27 天。我們已經成功地在四種不同的細胞株（包含兩種研究級和兩種臨床級）上製造出這些細胞，並且已經鎖定了一種我們最想推進到臨床試驗的候選細胞株。我們專屬的分化流程來自於我們共同創辦人 **Matthias Hebrok 博士（他是慕尼黑亥姆霍茲糖尿病中心主任兼世界頂尖幹細胞衍生細胞製造專家）**的實驗室。
作為一家公司，我們現在正準備與一位非常有經驗的製造合作夥伴進行技術轉移與放大生產（scale-up）。老實說，這是一項非常具挑戰性的任務。我們很高興能迎接這個挑戰，但我現在還無法確切告訴大家最終結果會如何。在接下來的一年裡，我們將在擴展這些細胞的製造能力上學到很多。但我能確定告訴大家的是，在 Minutia 的實驗室裡，我們已經能夠小批量地製造出極高品質的細胞，目前的產量大約是我們預期所需單一劑量的七分之一。
利用金奈米粒子進行移植後監測：機制與安全性
今天，我要與大家分享的核心重點是移植後監測（post-transplantation monitoring）移植細胞的能力。在我們的幹細胞衍生胰島小體（SC-islet）中，大家會看到與其他團隊截然不同的特徵：這些細胞群體中散佈著微小的金屬顆粒。
在 Minutia，我們將幹細胞衍生的產生胰島素細胞與金奈米粒子結合在一起。這些奈米粒子在臨床上的應用歷史已經將近 20 年。它們自 2006 年起用於藥物傳遞，自 2007 年起用於光熱療法（針對攝護腺癌、肺癌等），甚至自 2019 年起被作為治療漸凍症（ALS）、多發性硬化症與帕金森氏症的治療劑。這些臨床試驗已經證明了金奈米粒子具有良好的安全性與極少的不良事件。在過去，這些粒子通常是被注射到腫瘤部位或靜脈注射，而在我們的應用中，我們是預先將這些金奈米粒子載入幹細胞衍生的產生胰島素細胞內部。
對於我們主要的使用情境來說，這賦予了我們定位與視覺化（mapping and visualizing）移植物的能力。除此之外，這項由我們的共同創辦人 Tuan Vo-Dinh 博士發明的技術，還具備雙重用途（Dual-Use）：它們可以作為一種非基因的「安全開關」（non-genetic kill switch，一種促動/actuation 功能），作為基因安全開關外的額外防線；最後，這些粒子還可作為功能性傳感器，在整個細胞分化過程中獲取細胞的即時數據，觀察細胞中不同生物標記的變化。特別值得強調的是，目前人類臨床試驗中所使用的奈米粒子劑量，是我們在此應用中所需劑量的 100 倍。因為我們將濃度降得非常低，並將其預先載入細胞內部作為移植物的一部分，因此它們是非常、非常安全且機制明確的。
表面增強拉曼光譜 (SERS) 與訊號量化
這些金奈米粒子呈星形（star-shaped，即 Gold Nanostars），而且其形狀可以進行調整（tuned），藉由改變其高寬比來轉移表面電漿子（surface plasmon）共振的波長。這是一個非常實用的特性，使其非常適合用於監測隱藏在細胞質內、深處於組織中的粒子，並讓激發波長能精準對準組織的光學窗口（optical window）。
我們是透過**表面增強拉曼光譜（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）**來監測這些粒子。**局部表面電漿子增強了拉曼訊號，而星形尖端的曲率進一步大幅提升了電磁場強度。**藉由將這些粒子預先載入細胞中，我們獲得了針對分子結構高度特異性、像條碼（barcode）一樣的訊號，這個訊號的峰值非常尖銳。因此，與傳統螢光（fluorescence）不同，它能讓你確切看到細胞在活體內的確切位置，這對於多重活體感測（multiplexed in vivo sensing）來說非常理想。
在 Minutia，我們進行了大量的臨床前研究，展示了在活體內定位移植物的能力。甚至在我們為了實驗需要移除移植物時，當我們自己都難以找到細胞確切位置，奈米粒子也能幫助我們精確尋獲。我們進行了廣泛的測試（跨越四種不同細胞株），確保將這些奈米粒子載入細胞絕對不會對我們 SC-islet 的存活率（viability）或效能產生任何負面影響。此外，我們也已經證明可以透過訊號來**精確量化（quantify）**不同數量的細胞。**在三個獨立的動物群組（cohorts）中，植入的細胞叢數量（從 3,000 到 9,000）與 SERS 整合訊號強度之間呈現出強烈且正向的線性相關（R平方值高達 0.961 至 0.997）。**我們也能在 3D 空間中繪製移植細胞的地圖，目前更已開始進入豬隻模型測試，因為豬隻的皮膚組織比起囓齒動物更接近人類。
核心應用：建立免疫排斥的活體模型
在探討 SC-islets 結合奈米粒子的諸多應用中，特別是在大家熱烈討論各種免疫逃避策略的當下，我想著重談談我們如何使用最基礎版本的奈米粒子（我們稱之為 NanoTracker）來建立免疫排斥（immune rejection）的即時模型。
NanoTracker 能讓我們對移植細胞進行造影，針對移植物的免疫排斥反應提供即時、非破壞性的反饋。我們建立了一個臨床前的檢測系統，這套系統結合了客製化的採集軟體與包含探測器、雷射及光纖探頭的硬體設備，能在小鼠身上進行 2D 區域掃描，並產出每個像素都包含完整光譜數據的熱像圖（heat map）；而組裝這個系統的零件大多都是能在 Amazon 買到的現成產品，並不需要過度厚重的工程設備。
我們將 NanoTracker 整合到 SC-islets 中，然後將這些未經任何基因修飾的野生型（wild type）細胞分別植入**免疫功能正常（immunocompetent）與免疫缺陷（immunocompromised）**的小鼠體內。結果非常顯著： 我們觀察到，在免疫功能正常的小鼠體內，免疫排斥反應發生得非常迅速。NanoTracker 的影像與常規化的時間序列圖表顯示，其 SERS 訊號在第 7 天就明顯衰退，並在第 14 到 21 天時幾乎完全消失（訊號趨近於零），這證實了群體中細胞的消亡。 相對於此，對於被植入免疫缺陷小鼠體內的細胞，我們能夠持續監測 C-胜肽（C-peptide）分泌，其熱像圖在第 1 天到第 21 天皆顯示出穩定的強訊號，我們甚至成功在地圖上追蹤這些移植細胞長達 6 個月之久。
透過 NanoTracker 觀察移植物形態隨時間的變化，為我們深入了解移植後真實發生的狀況奠定了基礎，甚至有望為未來的移植接受者提供個人化的移植監測體驗。特別是如果我們考慮將移植物放置於**前臂（forearm）**這樣一個非常易於進行微創外部監測的部位時，這項技術的潛力將更具臨床價值。
團隊願景與致謝
如同我稍早提到的，Minutia 團隊裡有一半的成員受到第一型糖尿病的影響，我們對將這些技術轉化為實際產品、為糖尿病患者帶來實質改變，懷有極深的承諾。我們當中的許多人都由衷希望，有一天能將我們研發的這套技術應用在自己的身體裡。
同時，我們也明白自己是站在巨人的肩膀上。坦白說，在這個由業界頂尖巨頭組成的研討會面板上，我感覺自己就像個新手，這些專家都是我過去閱讀文獻時深深敬佩的對象。幹細胞衍生療法的挑戰與潛力都極為複雜，這不是任何單一團隊可以獨力完成的，這需要「傾全村之力」（it takes a village）。我們真的需要攜手合作，盡快將這些成果推進至臨床應用。
當你環顧這場會議，看到各種胰島素幫浦與連續血糖監測儀（CGMs）的多元發展，我相信未來在細胞療法上也會充滿選擇的彈性：第一型糖尿病患者將能夠自主選擇不同的移植部位、不同的免疫逃避策略，或者他們也可能選擇繼續使用閉環式（closed loop）系統。總而言之，在 Minutia，我們非常有幸能與這個領域中不可思議的先驅們合作。包含了在免疫逃避與幹細胞器官領域的 Qizhi Tang 博士（UCSF）與 Kevan Herold 醫師（耶魯大學）；以及在促成前臂微創手術輔因子（cofactors）領域的 Peter Stock 醫師（UCSF）、Tom Kay 醫師（墨爾本）與 Alan Moses 醫師。
我今天和大家分享了許多關於奈米粒子用於**影像定位（mapping）**的應用，至於光熱療法元素以及非基因安全開關的功能，今天就不深入展開了。要將所有這些工作匯聚在一起，不僅需要領域內的專家，也需要更多人的加入與合作。能從事這份工作讓我深感謙卑，感謝我們的資金合作夥伴：加州幹細胞機構（CIRM）、Breakthrough T1D（前 JDRF）以及美國國家衛生院（NIH）。最後，這張照片是我們在實驗室裡總是帶著熱情與樂趣在工作的出色團隊。謝謝大家。
問答環節 (Q&A)
提問者 1 (Sanja)： Katie，非常棒的演講！我有兩個可能很簡單的問題。第一，你們的技術能夠感測氧合作用（oxygenation）嗎？因為這是移植物能否成功植入的必要條件。第二個相關的問題是，你們能測量移植物的整體存活率，但如果細胞還留在那裡，卻已經不再製造胰島素（或者已經死亡）了，你們能區分並測量得出來嗎？
Katy Digovich： 關於你的第一個問題，我們開發中最早期版本的奈米粒子中，確實包含了一種感測器元件，能夠檢測與缺氧（hypoxia）相關的微小 RNA（microRNAs）。所以是的，我們在產品線上的確有這樣的技術，只是目前我們還沒有進入活體（in vivo）測試階段。 關於你的第二個問題，我們觀察到在細胞死亡後的 24 到 48 小時內，這些奈米粒子就會被清除掉。它們的清除速度非常、非常快，所以我們能反映細胞真實的存活狀態。
提問者 1 (Sanja) 追問： 抱歉，再問一個問題。這項監測技術對於更深層的內部移植部位（例如腹部或其他非前臂的部位）適用性如何？
Katy Digovich： 到目前為止，我們進行過最深的探測紀錄是在豬隻組織中達到 7 公分（這是在離體組織而非活著的豬隻上進行的）。我認為在穿透人體組織深度上絕對還有提升的空間，也許可以達到 10 公分......不過，關於實際移植需要探測多深才能發揮臨床作用，我其實會想請教在場的移植外科醫師。你有具體的深度數字需求嗎？
（台下外科醫師/Holger 補充）： 我們實際上是將細胞放置在非常淺表（superficially）的位置，所以不需要放得更深。
Katy Digovich： 噢，好的！那看來我們已經為各位達標並克服了深度的指標限制，這真是太棒了。
提問者 2： 感謝您的精彩演講。你們有計畫將奈米粒子標記技術應用在人類已故捐贈者的胰島（human deceased donor islets）上嗎？因為這將能幫助我們臨床醫師診斷免疫排斥反應。目前當我們需要進行切片檢查（biopsy）時，通常只能盲目地進行。如果能有追蹤技術，將能引導我們確切知道該在哪裡進行切片。
Katy Digovich： 謝謝你的提問，你是問應用於已故捐贈者的胰島對嗎？好的。在我們早期的研究中，確實曾將奈米粒子應用於已故捐贈者的胰島上。當時我們的重點是證明這項技術不會對捐贈者胰島的功能產生負面影響。但是，當我們嘗試將奈米粒子整合進去時，發生了顯著的細胞流失（cell loss），而我們當時並沒有花費太多精力去優化這個整合過程。 相反地，當我們將奈米粒子整合到幹細胞衍生的胰島小體（SC-islets）時，我們反而看到了加入奈米粒子能改善整體細胞效能的趨勢。因此，我會說若要將其應用於已故捐贈者的胰島上，可能需要進行更多的製程優化。這並非不可能，但我個人的期望是，隨著這麼多幹細胞衍生的類胰島小體療法即將問世（也包含我們自家的細胞產品），幹細胞衍生的 SC-islets 才會是我們首要推進到臨床的願景。非常感謝大家。