跳到主要內容區塊 :::

母胎醫學研究室簡介

 

蔡明松研究方向和能力

以一種首創之二階段培養方法將羊水間葉系幹細胞(AFMSCs)從妊娠中期羊膜穿刺所得到的羊水 中做分離及增殖培養,證實羊水中是可以培養出具分化能力的人類間葉系幹細胞(hMSC) 並將這些幹 細胞命名為人類羊水間葉系幹細胞(human amniotic fluid mesenchymal stem cells- AFMSCs) ,與其他來 源之間葉系幹細胞不同的是此培養方法具有以下的優點:(1)羊水中具有豐富的各個胚層之幹細胞 (2) 沒有胚胎幹細胞之道德爭議問題 (3)比成人間葉系幹細胞較早取得且具有多種分化作用的能力,對於 疾病的治療有較大之潛力 (4)可運用於子宮內胎兒之自體性基因及細胞治療。且發現人類羊水間葉系 幹細胞為較早具有多種分化潛力的幹細胞,因羊水間葉系幹細胞(AFMSCs)含有胚胎幹細胞之細胞核 中才有表現的Oct-4 mRNA 和Oct-4 protein expression 之反應,同時也成功的將羊水間葉系幹細胞分化 培養成中胚層的脂肪細胞與成骨細胞及外胚層的神經細胞。此研究成果曾發表在Human Reproduction 2004; 19(6): 1450-1456.,該分離方法並於2006 年取得美國專利,專利證號為7,101,710,專利名稱為 Two-stage culture protocol for isolating mesenchymal stem cells from amniotic fluid。

將人類羊水幹細胞(AF-SCs)以Limiting Dilution Method 做單一細胞族群羊水幹細胞 (Single cell-derived AF-SCs clones)的分離與培養,此細胞表面抗體之分析,結果顯示其對SH2、SH3、CD44、 CD90 呈現陽性反應,而對SH4、CD14、CD34、CD105、EMA 呈現陰性反應。同時也成功的將單一 細胞族群羊水幹細胞分化培養成中胚層的脂肪細胞及成骨細胞。且進一步的分化培養成外胚層之神經 細胞。另外也發現所得到的單一細胞族群羊水幹細胞含有多潛能性幹細胞(pluripotent stem cells)之細胞 核中才有表現的POU5F1 及Nanog mRNA 和POU5F1 及Nanog protein expression 之反應。因此除了 胚胎幹細胞之外,羊水幹細胞應該比目前其他來源之幹細胞為較早且較具有多種分化潛力的幹細胞。 單一細胞族群羊水幹細胞的培養也證實羊水中確實含有胚胎發育過程中之較早期較多潛能之幹細胞。 Tsai MS, Hwang SM, Tsai YL, Cheng FC, Lee JL, Chang YJ. Clonal amniotic fluid-derived stem cells express characteristics of both mesenchymal and neural stem cells. Biol Reprod. 2006; 74(3):545-51

利用高密度寡核酸微陣列以及功能性網路分析來測試羊水、羊膜、胎兒臍帶血及成人骨髓四種不 同來源的間葉系幹細胞,視其是否存在個別表現的特殊單一基因,再將由不同胎兒器官產生的間葉系 幹細胞株的基因表現互相做比較。結果顯示由同一種來源來的間葉系幹細胞之間的差異較從不同來源 的間葉系幹細胞間的差異來的小。特別的是:羊水間葉系幹細胞會藉由正調控oxytocin receptors 和 thrombin receptors 來和子宮交互作用。羊膜間葉系幹細胞則是藉由調控endothelin、neprilysin、bradykinin receptors 和atrial natriuretic peptide 間的網路關係來達到平衡電解質和液體的作用。胎兒臍帶血間葉系 幹細胞則是和用來抵抗最早遭遇的病原的先天免疫系統相關。成人骨髓間葉系幹細胞則不只是血球的 來源也是骨頭生成和神經幹細胞的重要來源。從另一角度來說,除去這些不同來源的間葉系幹細胞的 獨特基因表現,有一群的核心基因也同時被這四種間葉系幹細胞表現。而這些間葉系幹細胞的核心特 色是都和細胞外基質和附著、TGF-β receptor 訊息傳導和Wnt 的訊息傳導調控有關。 Tsai MS, Hwang SM, Chen KD, Lee YS, Hsu LW, Chang YJ, Wang CN, Peng HH, Chang YL, Chao AS, Chang SD, Lee KD, Wang TH, Wang HS, Soong YK. Functional network analysis of the transcriptomes of mesenchymal stem cells derived from amniotic fluid, amniotic membrane, cord blood, and bone marrow. Stem Cells. 2007; 25(10):2511-23.

 

97-99年國科會計劃有以下為研究成果

以動物模式比較羊水幹細胞及羊膜幹細胞治療帕金森氏症之研究

我們將6-OHDA(6-hydroxydopamine)注入大鼠的腦部右側黑質體,誘導其成為類帕金森氏症的大 鼠,再利用apomorphine 誘導大鼠行為,選擇平均每分鐘完整向逆時鐘方向(full turn)旋轉3~7 轉之大 鼠,作為本研究使用的帕金森氏症大鼠模式。研究結果顯示,羊膜幹細胞經移植入類帕金森氏症大鼠 腦中,確實有效改善部分大鼠的行為能力,sham 組則未呈現差異性,其中有45%的大鼠經羊膜幹細 胞治療後,改善其向逆時鐘方向偏轉的行為最佳時達50%。之後我們利用染色,發現使用羊膜幹細胞 治療之大鼠於治療部位觀察到酪胺酸羥化酶(Tyrosine hydroxylase; TH)及人類粒線體特異蛋白的表 現,證實我們所移植的羊膜幹細胞,存活並分化為多巴胺神經細胞。我們也發現經羊膜幹細胞治療後, 有一半大鼠的行為未見改善,其右側大腦紋狀體則未表現TH 及人類粒線體特異蛋白的細胞,因此治 療效果差異與所移植的細胞是否能存活與分化具有很大的關係。同樣的方法,我們利用羊水幹細胞來 做實驗,我們發現羊水幹細胞治療類帕金森氏症大鼠腦中可有效改善大部分大鼠的行為能力,降低其 向健側方向旋轉的行為,改善其向逆時鐘方向偏轉的行為達78%。在染色的部分,可發現經羊水幹細 胞治療之大鼠,右側大腦紋狀體區域可表現酪胺酸羥化酶及人類粒線體和多巴胺運送蛋白,證實羊水 幹細胞的存活。比較羊膜幹細胞及羊水幹細胞對於治療類帕金森氏症大鼠之影響,羊膜幹細胞為胚胎 外胚層細胞所沿生之組織分離所得之細胞,而羊水幹細胞為胚胎上所脫落的細胞,散落於羊水中經分 離所得,兩者同為分化階層上早期的細胞,經相同方法培養與移植治療後,羊水幹細胞治療之大鼠, 其向健側旋轉的行為下降相對於羊膜幹細胞治療的大鼠來得多,羊水幹細胞有效改善大鼠的行為達 80%,而羊膜幹細胞卻只能改善50%的大鼠行為,證實經羊水幹細胞治療更可改善其行為缺陷。且我 們所移植的羊水幹細胞在大鼠的腦中可存活長達12 週,並且部份細胞分化為多巴胺神經細胞,這些 分化的細胞與大鼠行為的改善相關。將來我們可利用羊水幹細胞可以分化成特定的神經細胞,達到修 補腦受傷的組織或提供受傷腦細胞滋養的目的,不僅是在研究技術方面的突破,更可促進醫藥科學的 發展。

Chang YJ, Ho TY, Wu ML, Hwang SM, Chiou TW, Tsai MS. Amniotic Fluid Stem Cells with Low γ-Interferon Response Showed Behavioral Improvement in Parkinsonism Rat Model. PLosOne 2013; 8(9): e76118.

 

羊水幹細胞對缺血性腦中風之研究

大鼠步態分析被認為是研究中風嚴重程度和腦缺血療效可靠的方法。我們將大鼠阻斷三血管90 分鐘成功地造成局部性腦中風的動物模式,造成一側手足癱瘓,再將羊水間葉系幹細胞注射到大鼠紋 狀體。初步發現人類羊水間葉系幹細胞可改善在中樞神經損傷的大鼠。但是其改善的結果是難以分析 量化。所以我們研究團隊運用Visual Basic for Applications (VBA) software program 的軟體設計出處理 大量由CatWalk 步態分析儀所產生的Excel 數據,包括initial contact, print area, print intensity, stride length, and swing speed,來分析羊水幹細胞是否可以有效改善缺血性腦中風之大鼠的步態與行為。我 們的研究結果顯示,腦中風的大鼠接受羊水幹細胞治療4 週後其運動功能明顯地比未治療的大鼠好, 且人類羊水細胞可存活於大鼠腦部中。所以羊水幹細胞將來對於腦中風的治療佔有相當重要的角色。 此初步研究結果已在2010/6/19 於美國舊金山ISSCR 世界幹細胞年會接受poster 發表。

 

其他研究成果且已發表論文包括:

以大鼠為動物實驗模式並注入由羊水幹細胞培養成的細胞層片來進行心肌修補。 Yeh YC, Lee WY, Yu CL, Hwang SM, Chung MF, Hsu LW, Chang Y, Lin WW, Tsai MS, Wei HJ, Sung HW. Cardiac repair with injectable cell sheet fragments of human amniotic fluid stem cells in an immune-suppressed rat model. Biomaterials. 2010; 31(25): 6444-6453.

在體內與體外實驗關於人類羊水幹細胞引導成具功能性的心臟肌肉細胞研究 Yeh YC, Wei HJ, Lee WY, Yu CL, Chang Y, Hsu LW, Chung MF, Tsai MS, Hwang SM, Sung HW. Cellular Cardiomyoplasty with Human Amniotic Fluid Stem Cells: In Vitro and In Vivo Studies. Tissue Eng Part A. 2010; 16(6): 1925-1936.

羊膜間質層分離具神經分化能力之間葉系幹細胞 Chang YJ, Hwang SM, Tseng CP, Cheng FC, Huang SH, Hsu LF, Hsu LW, Tsai MS. Isolation of Mesenchymal Stem Cells with Neurogenic Potential from the Mesoderm of Amniotic Membrane. Cells Tissues Organs 2010;192:93-105

羊水小細胞族群表現多功能性幹細胞特性之一的細胞釋放Hoechst33342 現象 Tsai YL, Chang YJ, Chou CY, Cheong ML, Tsai MS. A population of small amniotic fluid cells expresses Hoechst 33342 efflux phenomenon and the common characteristics of pluripotent stem cells. Taiwanese J Obstet Gynecol 2010; 49(2): 139-144.

 

100-103 年國科會計劃-環境賀爾蒙壬基酚對羊水幹細胞基因調控及分化的影響有以下之研究成果:

胎兒於子宮內暴露壬基酚之研究-台灣世代研究

研究發現當母親體內NP 濃度高時與發生胎兒小於妊娠年齡有關,並且會於出生時降低胎兒體 長、母親體重增加較少。

Tsai MS, Chang CH, Tsai YA, Liao KW, Mao IF, Wang TH, Hwang SM, Chang YJ, Chen ML. Neonatal outcomes of intrauterine nonylphenol exposure—A longitudinal cohort study in Taiwan. Science of the total environment 2013; (1)367-373.

 

母親壬基酚暴露與胎次對胎兒之出生體重相關研究-台灣世代研究

本研究團隊初步檢測國內北部地區30 位孕婦羊膜穿刺剩餘的羊水,NP 檢出率為100%,平均濃 度為14.6 ng/ml (0.9-62.5 ng/ml),30 位孕婦懷孕期間尿液NP 平均濃度為65.6 ng/ml,最高濃度為316 ng/ml,證實羊水及臍帶血皆存在NP,胎兒子宮內的生長可能受到影響。本計畫主持人研究發現NP 與胎兒生長關係,結果發現當孕婦於第二產期尿液中NP 濃度高於中位數者,其生產時胎兒發生體長 較短(β=-0.47, p=0.04),體重較輕(β=-182.49 g, p=0.02),並且胎兒出生時發生低體重兒(<2500 公克) 之危險性也較高(OR = 7.81, p<0.05)[85, 86] 。 結論當母親體內NP 濃度會對胎兒發生低出生體重的風 險增加,胎次也是一個很重要的因子,並且提出孕婦懷孕第二妊娠期為胎兒暴露污染物影響將來出生 結果很重要的時期。

Chang CH, Chen ML, Liao KW, Tsai YA, Mao IF, Wang TH, Hwang SM, Chang YJ, Tsai MS∗. The association between maternal nonylphenol exposure and parity on neonatal birth weight: A cohort study in Taiwan. Chemosphere 2013; 93(6):1145-52.

 

羊水幹細胞研究

羊水中環境荷爾蒙暴露的濃度可代表胎兒暴露評估的重要指標,且羊水幹細胞又為最接近人類胚胎幹細胞的種類,具有豐富的各個胚層分化潛力之幹細胞,最能表現人類胚胎(胎兒)生長的情形。本計畫主持人蔡明松醫師已成功從羊水增殖培養間葉系幹細胞,將羊水幹細胞分化培養成中胚層脂肪細胞、骨細胞和軟骨細胞、內胚層心肌細胞、肝臟細胞及外胚層神經細胞等,最重要的是,環境荷爾蒙 -羊水幹細胞模式為不具有倫理道德爭議的毒性研究模式,是一項極佳且值得開發、測試多重環境荷爾 蒙包含BPA 與NP對產前暴露以及人體不同細胞健康效應的人體外研究模式。

Both concentration and time dependent effects of NP on the cell growth were demonstrated. The viability of AFSCs decreased proportional to the increasing dosage or the length of incubation. Cell growth was mostly inhibited at the concentration of 100 uM.

Figure 1 Concentration and time dependent effects of NP on the cell growth of NSCs.

羊水幹細胞研究
羊水幹細胞研究長條圖

The higher dosage of NP and the longer exposure of NP, the stronger Oct4, Nanog, and Sox2 gene expressions were found. When treating AFSCs at 72 hours, all the levels of Oct4, Nanog, and Sox2 gene expressions elevated, even at low NP concentration of 10 ␣M. The level of Oct4, Nanog, and Sox2 was up-regulated by 1.5, 2.6, and 3.2 fold, respectively compared to those of AFSCs treated with vehicle (Figure 2). These results indicated that NP might influence the process of cellular differentiation or organgenesis during fetal development

Figure 2 Effects of NP on the Pluripotent Status of AFSCs.

羊水幹細胞研究英文說明圖

Ms. No.: ER-14-717R2 Title: The critical fetal stage for maternal manganese exposure Authors: Ming-Song Tsai, M.D.; Kai-Wei Liao; Chia-Huang Chang, Ph.D.; Ling-Chu Chien, Ph.D.; I-Fang Mao, Ph.D.; Yen-An Tsai;

Dear Professor & Director Chen, We are pleased to inform you that your manuscript referenced above has been accepted for publication in Environmental Research. (SCI Impact Factor 3.951, Ranking <10%)

Prenatal exposure and the health effects of that exposure have been intensively studied for a variety of environmental pollutants and trace elements. However, few studies have compared susceptibilities among the three trimesters of gestation. Manganese (Mn) is a naturally occurring and abundant trace element in the environment. Although the effects of Mn on animals are well documented, knowledge of the effects of Mn exposure on pregnant women and fetuses remains limited. A longitudinal study was conducted by collecting blood samples during all three trimesters, and Mn exposure was completely characterized during gestation. The aims of this study were to examine the effects of maternal Mn exposure on neonatal birth outcomes and to explore the critical stage of these effects.

In total, 38, 76 and 76 samples were obtained from singleton pregnant women in their first, second and third trimesters, respectively. The cohort of pregnant women was selected at a medical center in northern Taiwan. Erythrocyte samples were collected during the first, second and third trimesters of gestation. Erythrocyte Mn concentrations were measured by inductively coupled plasma mass spectrometry. Neonatal birth outcomes were evaluated immediately after delivery. A multivariate regression model was used to determine the associations between maternal Mn levels in erythrocytes in each trimester and neonatal birth outcomes.

The geometric mean concentrations of Mn were 3.07 μg/dL, 3.96 μg/dL and 4.41 μg/dL in the first, second and third trimesters, respectively. After adjusting for potential confounders, a consistently negative association was found between maternal Mn levels throughout the three trimesters and birth outcomes. Log-transformed Mn levels in maternal erythrocytes in the second trimester were significantly associated with neonatal birth weight, head and chest circumferences, respectively (β=-556.98 g, p=0.038; β=-1.87 cm, p=0.045; β=-2.74 cm, p=0.024). Despite the limited sample size in the first trimester, negative effects of maternal Mn levels on birth weight (β=-1108.95 g, p<0.01) and chest circumference (β=-4.40 cm, p=0.019) were also observed.

 

妊娠前期以複合免疫測定法預測子癇前症(妊娠毒血症)之發生率

妊娠毒血症好發於懷孕20週後,孕婦出現高血壓及高尿蛋白的病徵,是懷孕期間最嚴重的併發症並極 有可能引致早產。據統計,全球每年約有50000個孕婦死於妊娠毒血症。本研究中,我們將使用博錸 公司提供的Intelliplex™之條碼磁珠懸浮陣列分析技術平台,來發展一個妊娠毒血症預檢及診斷之多 元檢測系統。此分析將測定病患血清樣本中的六個生物標幟物:Pregnancy-associated Protein A (PAPP-A),alpha fetoprotein (AFP),Placental growth factor (PLGF),Placental Protein 13 (PP13),Soluble fms-like tyrosine kinase (sFlt-1),and soluble endoglin (sENG)。許多研究 顯示,這些生物標的在個別的或各種組合下,能有效的預檢及檢測妊娠毒血症。透過對這些標的物的 組合分析,我們能夠提供一個高靈敏性和低偽陽性的妊娠毒血症檢測套組。


更新時間:2020/3/2