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2023醫療科技展登場

2023醫療科技展登場

賴宛靖、陳怡如

科技

工業技術與資訊、Shutterstock

2023-12-19 09:28

臺灣醫療器材每年有超過2,000億元的產值,高於藥品產業900億元產值一倍以上,年成長率更是超過10%,是生技醫療領域中最大、最重要的項目。2023醫療科技展上,工研院展示5展項與其亮點技術,期盼藉由產研攜手強化上中下游供應鏈,加快促進臺灣生醫產業晉身兆元產業。

創新技術引領未來

 

根據德國市調機構Statista報告,2023年全球醫療科技市場約5,707億美元,預計2028年將成長至7,192億美元,年複合增長率為4.73%,後市可期。工研院生醫與醫材研究所所長莊曜宇表示,在經濟部產業技術司支持下,工研院深耕精準健康技術研發,掌握社會趨勢提出技術解方。

 

精準消融腫瘤 降低手術風險

 

會場中工研院展出今年接連拿下愛迪生獎(Edison Awards)銅牌與全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)肯定的「智慧射頻熱消融系統」(iRFA),是全球第一個整合微創手術、超音波影像與演算法的高階醫材系統,解決醫師得靠經驗掌握腫瘤位置進行穿刺和消融完全確認等困擾。

 

iRFA具有三大特色,第一是彈性化,可調式電極針方便醫師調整消融區長度、方向,精準消融腫瘤。第二是智慧化,射頻主機即時監控消融能量數據,手術更安全精準。第三是精準化,顯示即時入針影像和安全入針範圍,演算法自動計算消融範圍,節省手術流程與時間,降低復發風險,達成臨床手術精準治療。

 

目前已技轉仁寶電腦,並於國內醫院臨床使用完成5例手術,病人術後恢復良好,更促成仁寶與臺大醫院展開合作,年底啟用「癌症微創介入訓練中心」,該產品更放眼東南亞市場,盼明年取證成功,讓臺灣醫療科技進軍國際。

 

聚焦高齡需求 新技術提升療效

 

因應運動風氣及高齡族群的醫療需求,工研院開發包含「軟硬組織編紡人工韌帶」採用陶瓷與高分子複合材製成,適合組織生長,可承受逾300公斤力道,大幅提升使用強度;「生醫高分子組織修復支撐複合網片」,運用首創技術將PET經特殊織法並添加膠原蛋白,大幅降低發炎等副作用;另外,只需打針免開刀的「體溫感應水膠」,讓藥物隨著水膠注射於患處後,緩慢釋放,無須動刀安全性更高。透過多元高分子複合植入式醫材協助,讓運動員與高齡民眾加快找回健康,並打造傳統產業轉型升級進入生醫市場的最佳典範。

 

好發在老年人的退化性神經疾病巴金森氏症是一種慢性神經退化疾病。健保署統計,臺灣巴金森氏症患者已由2017年6.9萬多人,攀升至2021年7.7萬多人,每年持續成長約2,000多人,照護成本負擔不小。針對目前主流治療方法「腦深層電刺激術」,手術耗時長,還得「聽音辨位」。工研院開發出全球首創的「微創式顱內OCT術中輔助導引技術」,應用光學同調斷層掃描(Optical Coherence Tomography;OCT)技術,採用世界最細顱內OCT掃描探針,直徑僅0.63毫米,搭配雙層鋼管設計,減少破壞組織、降低發炎機率,且探針前端避免使用電子元件,降低漏電風險更放心。探頭採特殊幾何設計,醫生更容易辨別方位與影像對位,搭配AI人工智慧判讀,提高手術成功治療效果。已取得美國、日本、臺灣專利,目標2024年成立新創,現已有多家業者洽談投資中。

 

智慧射頻熱消融系統。

智慧射頻熱消融系統。

 

軟硬組織編紡人工韌帶。

軟硬組織編紡人工韌帶。

 

打造細胞牧場 再生醫學後盾

 

再生醫學與細胞治療是未來醫療的新方向,因此細胞培養及生產技術日益重要。工研院開發從活化、轉導、擴增等生產階段都能單獨客製的「免疫細胞生產系統平台與關鍵原物料」,再搭配創新型「仿生多突狀磁珠」(iKNOBeads)和「免疫細胞無血清培養基」,將製程縮短為7天,磁珠用量減6成,細胞擴增量提升1.5倍,生產效率及產量均大幅提升。

 

此外,進行細胞治療時,細胞皆須在實驗室培養至少耗時7至14天,「細胞組織層片生醫材料整合系統」搭配工研院自建之細胞庫與生醫材料,僅需將細胞混合液放入機台,如操作膠囊咖啡機般一鍵按下,半小時內即可獲得「薄膜式」細胞層片,未來可在手術室「現做現用」,不僅製作速度快,相較於目前治療是用注射的方式打入人體,間質幹細胞(MSC)在體內會被稀釋,此產品形態為「薄膜式」,可控制細胞密度並能服貼於患處,治療效果也更好。目前已針對臺灣、日本、中國、歐洲、美國等市場進行專利布局,未來將可投入高齡、心血管、退化性及慢性疾病細胞治療領域,正積極尋求再生醫學領域廠商,或醫材廠商共同合作。

 

在2023醫療科技展上不僅看見臺灣醫療科技的充沛量能,也展現在產官學合作之下,整體產業的競爭力與實力,繼續推動臺灣進軍全球醫療科技的頂尖領域。

 

生醫高分子組織修復支撐複合網片。

生醫高分子組織修復支撐複合網片。

 

細胞組織層片生醫材料整合系統。

細胞組織層片生醫材料整合系統。

 

串起生醫、材化與紡纖的跨界產業鏈

軟硬組織整合之編紡人工韌帶

 

在身體關節中,藏著一個重要結構,當人們活動時,維持關節的強度和穩定度,這個重要角色就是「韌帶」。以最常受傷的十字韌帶為例,有些人在從事球類運動受傷瞬間,會聽到「啪」的一聲,接著感覺膝關節劇痛與血腫,無法繼續活動,此時便需要透過手術重建韌帶。

 

傳統的人工韌帶大多採用聚丙烯(PP)或對苯二甲酸酯乙二酯(PET)等高分子材料,支撐強度雖高,但生物相容性卻不夠,大約使用5到10年,人工韌帶可能就會發生磨損,並衍生局部發炎、關節積水,甚至斷裂或脫落,嚴重者甚至要重新手術更換韌帶。因此,現行主流的治療方式,大多採用自體韌帶移植,這樣做雖然避免了排斥問題,但等於也犧牲了另一個部位的韌帶。

 

工研院在與台大醫院、中國醫大、雙和醫院骨科醫生團隊,探討第一線的臨床痛點,一致認為,「現行的人工韌帶醫生都不太敢用,想要改良卻充滿挑戰!」工研院生醫與醫材研究所副所長沈欣欣說,團隊因而決定改良傳統的人工韌帶,耗費4年時間,集結生物醫學、材料化工、紡織三方專業,挑戰植入式醫療器材之組織整合瓶頸,最終開發出具備專利智財利基的「軟硬組織整合之編紡人工韌帶」。

 

混合生物陶瓷 找出黃金配方

 

首先,在材質端,為了提高軟硬組織整合效能,團隊採用與人體相容性高的生物陶瓷,與PET混合成高分子複合材料,取代現有的純PET。沈欣欣指出,生物陶瓷原就是人體骨骼組織的主要成分,約占骨質量的65%至70%,具有良好的生物相容性與骨傳導性,但最大的挑戰在於,「生物陶瓷是無機材,高分子是有機材,兩者要混合、拉成細絲,還要具備高強度力學,難度非常高。」

 

因此有了生醫與材化專業的跨域合作,由材化領域進行前端的材料混合,不斷試驗混合配方與參數,讓2種完全不同性質的材料,可以融合在一個溶液裡。每當提出一個新的材料配方時,都要再做一次細胞的毒性測試,以及觀察骨細胞的分化狀況,如此來來回回反覆試驗,整整花了1年時間,才找出混合配方的「黃金比例」。

 

有了配方,接著進入後續的抽絲和編織環節,假設前端材料沒有融合好,抽絲時就會不停斷絲。工研院先用小型機台試著拉絲,接著由紡織所專家接手,進到量產機台,當生產條件放大後,有時還是會有變化,這時就要回頭再微調配方。此外,原先既有的纖維斷面是圓形,工研院與紡織所也不斷測試不同的纖維斷面,哪個更適合骨細胞生長。

 

高強度編織結構 可承受超過300公斤力道

 

為了提升人工韌帶的受力強度,團隊在編織上也不馬虎。沈欣欣指出,編織有所謂的經緯線,在受力端的經線,使用原有高強度的PET;兩端的緯線則為了讓骨頭和人工韌帶整合的更好,使用生物陶瓷複合材;編織完還要做強度、拉力和扭力的測試,「我們希望它強度高,可是孔隙又不能太密,否則細胞就會長不進去。」

 

如此一再測試,透過整合不同的纖維斷面和結構設計,打造適合組織生長的孔隙結構與強化支撐強度,最終讓人工韌帶可承受300公斤以上的力道,足以應付平日的運動強度。

 

不只在配方和編織上下功夫,為了讓細胞可以更加貼附生長於人工韌帶,進而提升韌帶修復的功效與速度,團隊還加上表面改質技術,在人工韌帶上塗佈膠原蛋白。沈欣欣透露,其實人體韌帶的主要成分,就是高強度的膠原蛋白,有了表面改質後,就能創造細胞更喜歡生長的環境。

 

沈欣欣有感而發,「人工韌帶是團隊首次嘗試跨領域、跨法人單位合作,從原料配方、抽絲、編織,再到結構設計和最後的表面處理,幾乎每個步驟,大家都扣合的非常緊密,而且都經過嚴謹檢驗才能完成。」

 

 

助攻傳產大步轉型 跨足高階醫材

 

相比目前國外的學研單位,大多以表面改質技術加強生物相容性,多數停留在動物試驗、發表研究而已,並沒有真正到臨床可用階段,「但我們每一個步驟和材料,都考慮到是要長期放在體內,朝真正要上市的目標邁進。」

 

團隊預計明年申請臨床試驗,除了膝關節外,未來也瞄準肩關節市場。由於生物陶瓷復合材難度較高,鮮少人投入,若工研院成功上市,可望成為在市售人工韌帶外的第一選擇。

 

目前團隊也積極推行產業落地,整合臺灣醫療器材與化纖編紡產業的優勢,攜手紡織大廠新光合纖、黏扣帶大廠台灣百和,以及生醫業者合碩生技、睿邑生技等廠商,串聯臺灣第一條紡纖跨界高值醫材的產業鏈,提升醫療器材研發競爭力,促成紡品高值化。

 

改良傳統的人工韌帶

 

改良傳統的人工韌帶

工研院團隊改良傳統的人工韌帶,耗時4年,集結生物醫學、材料化工、紡織三方專業背景,挑戰植入式醫療器材之組織整合瓶頸,開發出具備專利智財利基的「軟硬組織整合之編紡人工韌帶」。
 
 

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