國科會工程處113年度產學合作計畫優良成果

用科學加值臍帶血：讓生命的種子綻放希望，

一種無需分離純化即可大量增殖造血幹細胞的新突破

你知道嗎？新生命誕生時所切斷的臍帶，曾經只是被當作醫療廢棄物處理，但現在，它卻被科學家視為蘊含無限潛能的再生寶庫。臍帶血中含有一種非常珍貴的造血幹細胞，這些細胞就像身體的萬能兵工廠，能夠製造出血液中的所有細胞，包括紅血球、白血球與血小板，維持我們的免疫與造血功能。

造血幹細胞具有三大關鍵特性：自我更新、快速增殖與分化為成熟血液細胞的能力。這使它們成為血液疾病、癌症治療及再生醫療的希望。然而，這種細胞數量極為稀少；每一份臍帶血中，造血幹細胞的比例僅約1～2%。這就好比想從一整桶沙中撈出幾粒黃金，困難且成本高昂。

目前常見的保存方式，是將臍帶血中所有的有核細胞分離出來冷凍保存。但即使保存得當，這些造血幹細胞的數量仍可能不足以應付臨床需求。因此，如何在不耗費長久時間與高額成本進行細胞分離的情況下，直接從臍帶血中大量培養出功能完整的造血幹細胞，就成了科學家亟欲突破的瓶頸。

新解法：無血清、免分離，精準增殖造血幹細胞

在國立成功大學化學工程學系姚少凌教授的領導下，一支跨領域團隊攜手生技公司「超基因生技」，突破了這個限制。他們開發出一種創新的無血清培養系統，不需要先進行幹細胞分離，就能在整體有核細胞中專一性地增殖造血幹細胞。

這個系統的最大亮點在於：

• 省略傳統的分離純化步驟，節省時間與成本；
• 使用無血清配方，降低變異風險與倫理爭議；
• 培養出的造血幹細胞，仍能維持完整功能與自我更新能力。

在長達14天的體外培養實驗中，研究人員成功研發出兩款無血清培養基(SF-MNC-GMP與SF-MNC-GMP-2)，並使用臍帶血分離出的單核細胞(MNCs)進行測試。結果顯示，細胞總量在培養第6天後迅速上升，在第10天達到高峰；尤其是SF-MNC-GMP，在促進原始幹細胞增殖方面表現尤為突出。(圖一)

圖一、造血幹細胞長期培養實驗的總體存活細胞生長曲線。將臍帶血分離出的MNC接種到配置完成的SF-MNC-GMP、SF-MNC-GMP-2兩種培養基中，以5 × 10⁵ cells/ml的MNC接種密度培養在24-well plate（1 ml/well）中，培養條件為37 ℃、1 atm並含有5 % CO₂濕度飽和的空氣進行14天的增殖。

最令人驚豔的成果，是幹細胞表面標記CD34⁺ (圖二(A))與CD34⁺CD38^- (圖二(B))的比例從初始的1～2%，在第6天躍升至50%以上，幹細胞數量甚至可達到原本的30倍(圖三)，顯示這些原始幹細胞在系統中得到了大量繁殖。

圖二、造血幹細胞長期培養實驗的(A) CD34⁺與(B) CD34⁺ CD38^-比例之生長曲線。將臍帶血分離出的MNC接種到配置完成之SF-MNC-GMP、SF-MNC-GMP-2兩種培養基中，以5 × 10⁵ cells/ml的MNC接種密度培養在24-well plate（1 ml/well）中，培養條件為37 ℃、1 atm並含有5 % CO₂濕度飽和的空氣進行14天的增殖。

圖三、造血幹細胞長期培養實驗的CD34⁺與CD34⁺ CD38^-細胞數量之生長曲線。將臍帶血分離出的MNC接種到配置完成的SF-MNC-GMP、SF-MNC-GMP-2兩種培養基中，以5 × 10⁵ cells/ml的MNC接種密度培養在24-well plate（1 ml/well）中，培養條件為37 ℃、1 atm並含有5 % CO₂濕度飽和的空氣進行14天的增殖。

造血幹細胞的功能檢驗：不只是數量，更要質量

那麼，這些大量增殖的細胞是否只是數字上的膨脹泡沫？還是具備真正的功能性呢？

為了解答這個問題，研究團隊進行了「群落形成單位」(Colony-Forming Unit, CFU)實驗，以檢測幹細胞是否具有分化潛能，觀察細胞是否能形成不同類型的血液細胞群落。

結果證實，使用SF-MNC-GMP-2培養7天後，每1000個單核細胞可形成17.5個功能性群落，遠高於未培養細胞的4倍數量；代表這些幹細胞不但長得多，還保有分化力，是真正能被應用於臨床的活細胞。(圖四)

圖四、造血幹細胞長期培養實驗之群落形成單位數量分析。(A) CFU-GEMM、CFU-GM以及BFU-E2造血群落的型態。(B)將臍帶血分離出的MNC接種到配置完成的SF-MNC-GMP、SF-MNC-GMP-2兩種培養基中，以5 × 10⁵ cells/ml的MNC接種密度培養在24-well plate (1 ml/well)中，培養條件為37 ℃、1 atm並含有5 % CO₂濕度飽和的空氣進行14天增殖，同時在培養第0、7、14天使用培養方法的MNC進行群落形成單位分析。

學術與產業攜手：從實驗室走向臨床應用

這項研究的成功，並不僅是實驗室的勝利，更是一場學術與產業攜手共進的典範。在整個計畫過程中，共有一位博士與五位碩士班學生，以及來自合作廠商的兩位研究人員共同參與。

透過密切合作，學生不僅學會了幹細胞相關的操作技術，更有機會與產業界一線研發人員交流，了解實務需求與產品開發邏輯。對企業而言，也能藉此汲取學術界的創新思維與前沿技術，雙方互補，形成正向循環。

這項計畫的研發成果榮獲113年度國科會工程處民生化材領域「產學合作計畫成果發表暨績效考評會」簡報特優獎，也在技術轉移方面邁出實質步伐。超基因生技股份有限公司已進行先期技術移轉，並預計申請新一輪合作研究，以開發更完整的產品與應用策略。

臍帶血的下一步：加值應用與再生醫療的未來

在產品產出與開發規劃方面，預期可藉由本研究成果提供臍帶血保存業者推出造血幹細胞的保存方案，該方案可為臍帶血的保存加值，提供臍帶血保存的必須性與應用多樣性，預估可為企業帶來約20%保存客戶的提升。

結語：讓臍帶血不再只是回憶，而是治癒的希望

一條原本將被丟棄的臍帶，透過科學家的巧思與努力，正轉化為重啟健康的鑰匙。這不只是技術的突破，更是對未來醫療模式的預演。

從臨床的瓶頸、研究的挑戰，到產業的整合與發展，這項研究展現了「從實驗到應用」的全鏈結創新。在不久的將來，也許你身邊的某個新生兒，其臍帶血不只是被封存在冷凍槽中等待命運的安排，而是能被活用於治療自身，甚至幫助他人，成為真正的「生命備份」。

這，就是科學與生命交會的美好未來。