5 毫升血液樣本，為心臟病研究帶來新視角
新加坡成立首座專門研究亞洲心臟病的幹細胞研究中心，並以新加坡國家心臟中心（NHCS）逾 40 種由患者細胞培養而成的疾病模型為基礎。研究目標是了解心臟病為何對亞洲患者造成不同影響，並尋找更符合其生理特性的治療方式。
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人類細胞整合研究與轉譯中心（CIPHER）於 10 月 16 日在新加坡麗思卡爾頓美年酒店舉行的第六屆 NHCS「心連心」慈善晚宴上，由衛生部高級政務部長陳傑豪主持揭幕。研究人員只需 5 毫升血液，就能將樣本中的細胞重新編程為幹細胞，再培養成會跳動的心肌細胞供實驗室研究。
CIPHER 副主任、同時也是新加坡國家心臟研究院（NHRIS）及 NHCS 首席研究員的拉馬錢德拉（Chrishan Ramachandra）表示，亞洲患者較早罹患心臟病，病症表現也不同於西方患者，且預後往往較差。然而，許多治療方式背後的研究仍以動物及西方族群的生物特性為基礎。
中心整合了多項研究：帶有個別患者疾病特徵的模型、以人體細胞進行藥物測試，以及一種旨在重現衰竭心臟特定特徵的迷你心室模型。中心揭幕之際，另有一筆 250 萬美元捐款設立教授職位，支持心臟及胸腔手術研究，並培育未來的外科領導人才。
為何研究亞洲患者的生理特性？
新加坡的華人、馬來人及印度人社群，讓研究人員得以探討不同亞洲族群的心血管疾病。CIPHER 主任豪森洛伊（Derek Hausenloy）表示，這種多元性讓中心能研究疾病在特定族群中的表現，而非將亞洲患者視為單一的生物學類別。
研究人員希望找出造成這些差異的生理機制。疾病模型有助於他們檢視心臟細胞的行為、能量利用方式，以及對藥物的反應。這些觀察可能指向治療標的，也就是藥物可能改變的生理過程。
需求相當迫切。揭幕活動引用的數據指出，新加坡每天約有 23 人死於心臟病及中風；2025 年，心血管疾病占死亡人數的三分之一。CIPHER 的任務，是將對患者生理特性更深入的了解，轉化為有助於照護患者的實際選擇。
血液細胞如何變成會跳動的心臟細胞
研究人員利用稱為重新編程的技術，將已特化的細胞轉變為誘導性多功能幹細胞。接著可引導這些幹細胞發育成其他細胞類型，包括心肌細胞。簡單來說，科學家會重設細胞的身分，再引導它轉而執行另一種功能。
因此，血液樣本讓研究人員不必取下心臟組織，就能研究患者的心臟病。培養出的細胞保留患者的基因背景，並可在實驗室重現其病症特徵。
拉馬錢德拉說明了這種方法的價值：
「當我們用患者自己的血液培養出心肌細胞，看著它在培養皿中跳動，而且帶有患者的疾病特徵時，我們看到的是任何動物模型都無法重現的情況。」拉馬錢德拉說。
改用血液樣本也讓患者更容易提供檢體。拉馬錢德拉於 2023 年 12 月說明，團隊已不再採集皮膚樣本，因為這項程序具有侵入性，且可能留下小疤痕。患者回診檢查時則可直接採集血液。
逾 40 種模型構成研究基礎
NHCS 已建立逾 40 種源自患者的模型，構成 CIPHER 研究計畫的基礎，涵蓋心臟衰竭、致心律不整疾病及心肌病變等病症。
心臟衰竭是指心臟無法有效供應身體所需的血液。心肌病變是心肌疾病，心肌可能擴張、增厚或變硬，導致心臟更難泵血。
研究人員提到的遺傳性致心律不整疾病，是指心肌細胞無法正常黏合在一起，並逐漸被疤痕組織及脂肪取代。這些變化可能干擾維持心跳協調的電訊號。
涵蓋不同病症的模型庫，讓科學家能以多種方式研究疾病。他們可以探究細胞出了什麼問題、比較細胞對潛在療法的反應，並尋找與較佳療效相關的生物特徵。
在患者用藥前測試藥物
豪森洛伊表示，CIPHER 的細胞研究平台可用於測試藥物，並研究藥物對心臟功能及代謝的影響；代謝是細胞取得並利用能量的化學過程。研究目標是更精準地找出治療方式，包括哪些患者可能受益。
一種藥物可能對一名患者有效，對另一名患者卻效果不佳。利用患者樣本培養的細胞進行測試，或許能協助研究人員在患者使用無效藥物或承受不良反應前，先探究這種差異。
在此脈絡下，個人化治療是指讓照護方式更符合個別患者的生理特性。同一項研究也能發揮更廣泛的作用：若能找到許多患者共同的疾病機制，便可能發展出適用於更大族群的療法。
揭幕公告並未說明 CIPHER 的模型何時能用於常規處方，或何時能產生新的核准療法。目前的工作重點是了解疾病並測試潛在療法。
「罐中人類心臟」模型的額外價值
CIPHER 也與臨床階段生物製藥公司 Medera Inc. 合作研發「罐中人類心臟」（Human Heart-in-a-Jar），這是一種生物工程製造的人類心室，大小約如指尖。心室是心臟主要的泵血腔室之一。這種迷你模型旨在重現心臟病的特定特徵。
2023 年 12 月報導的早期研究由 NHCS 與幹細胞生物科技公司 Novoheart 合作進行，重點是利用患者血液培養出的細胞，為亞洲心臟衰竭患者打造迷你模型。
製作過程會在細胞周圍加入實體結構。研究人員將細胞放入含有膠原蛋白及支撐材料的凝膠，再將混合物塑造成模具形狀。細胞形成組織並移除模具後，就會留下可跳動及泵血的中空腔室。
這個腔室讓研究人員能取得超越培養皿中單個細胞跳動情況的測量數據。他們可以檢視收縮、舒張及壓力，這些特徵都與心臟將血液輸送至全身的功能直接相關。CIPHER 揭幕時，這種迷你模型被稱為亞洲首創。
聚焦難以充盈的心臟
2023 年 12 月報導的計畫，目標是射出分率保留型心臟衰竭；據稱這種病症占心臟衰竭病例的一半。射出分率是指心室每次跳動時所泵出的血液比例。
這類心臟衰竭患者的射出分率可能仍在正常範圍，但心肌太僵硬，無法適當舒張和充盈。因此，心臟即使能相當正常地收縮，輸送的血液仍可能不足以滿足身體需求。
能夠收縮及舒張的迷你腔室，提供了研究這項問題的方法。研究人員希望透過壓力測量及其他觀察，更準確地重現疾病並找出有潛力的藥物。
NHCS 獲得新加坡科技研究局提供的 500 萬新元產業協調基金－產業合作計畫獎助金，用於為亞洲心臟衰竭患者進行藥物研發。2023 年 12 月的報導也指出，心臟衰竭占公立醫院心臟科住院病例的 17%，凸顯臨床需求之大。
研究根基可追溯至 2009 年
CIPHER 的基礎研究早在新中心成立前就已展開。NHCS 在 9 月 15 日發布的2011 年研究公告中，記錄了利用患者皮膚培養出會跳動的心肌細胞；所採用的方法無須使用病毒來製造誘導性多功能幹細胞。
這項計畫自 2009 年起進行。團隊共有 15 名成員，包括 3 名臨床科學家及 5 名研究科學家，並獲新加坡國家研究基金會提供近 900 萬新元、為期五年的補助。NHCS 指出，疾病建模及個人化藥物測試都是這項研究的潛在用途。
- 2009 年：NHCS 團隊展開幹細胞計畫，後續在官方公告中介紹這項研究。
- 2011 年 9 月 15 日：NHCS 宣布成功以患者皮膚培養出會跳動的心臟細胞。
- 2023 年 12 月 4 日：迷你心臟計畫報導聚焦亞洲患者及射出分率保留型心臟衰竭。
- 10 月 16 日：CIPHER 正式成立，研究基礎包括逾 40 種源自患者的模型。
NHCS 在 2011 年的公告中估計，新加坡每年約有 5,000 起心臟衰竭住院病例，其中約 1,000 起由 NHCS 收治。這些歷史數據有助於說明研究人員為何致力於尋找研究受損心肌及個別患者藥物反應的方法。
250 萬美元捐款支持外科研究
新加坡保健集團杜克－新加坡國立大學學術醫學中心也在揭幕活動上宣布設立童明全心胸外科教授職位。這項教授職位由童明全捐贈的 250 萬美元設立，將由杜克－新加坡國立大學醫學院在心血管科學學術臨床計畫下頒授。
童明全是心胸及血管外科醫師，在伊莉莎白醫療中心私人執業，並於 NHCS 擔任客座顧問。他在 1981 至 1992 年任職新加坡中央醫院期間，參與開創多項心臟手術。他參與了新加坡 1990 年首例心臟移植，也加入 2000 年首例肺臟移植手術團隊。
這項教授職位旨在支持外科研究、臨床卓越表現及未來外科領導人才的培育。NHCS 執行長楊光慶表示，這項職位與 CIPHER 是互補的投入：前者讓科學研究立足於患者的生理特性，後者則培育能將研究成果帶入照護工作的外科醫師。
主持 CIPHER 揭幕的衛生部高級政務部長陳傑豪，將這項工作置於新加坡更重視預防、及早介入，以及協助民眾維持健康與自主生活的政策方向中。他說明了評估創新的標準：
創新有助於推動這項轉變，但價值不在於技術有多精密，而在於它為患者帶來什麼改變。
重點整理
- CIPHER 於 10 月 16 日成立，運用人體幹細胞模型研究亞洲心血管疾病。
- 研究人員可利用 5 毫升血液樣本製造幹細胞，再培養成會跳動的心肌細胞。
- NHCS 建立的逾 40 種源自患者的模型，構成中心的研究基礎。
- 迷你心臟腔室讓研究人員能研究泵血、舒張及壓力，並測試潛在療法。
- NHCS 早在 2011 年 9 月便記錄了以皮膚培養出會跳動心臟細胞的研究成果。
- 另一筆 250 萬美元捐款設立童明全心胸外科教授職位。
