科學人／應用方試比你知道的更廣泛…膠原蛋白是醫學和工程新星

研究發現，膠原蛋白不僅可支撐組織，在未來更可能發展為再生醫學與機器人肌膚的關鍵。

膠原蛋白是讓皮膚保持彈性、支撐身體多處結構的關鍵角色，但它們的應用方式可能比過往認為的更廣泛。日本研究膠原蛋白的重要學者服部俊治，在這個領域投入40餘年，並發表了超過150篇學術論文。他的研究涵蓋膠原蛋白的機能、組織的修復技術。透過這次採訪，我們看見膠原蛋白未來可應用的趨勢，涵蓋了再生醫學與機器人的肌膚。有關膠原蛋白可能的發展，仍充滿無限潛力。

林詠翔（以下稱 Vincent）：人體內已知的膠原蛋白種類超過20種，包括I型、II型等。請問你當時為何選擇投入膠原蛋白的研究？此外，可否與我們分享膠原蛋白在近年研究上的重大突破？

服部俊治：我從學生時期研究膠原蛋白至今已有40多年，最初吸引我的是它獨特的特性：膠原蛋白可以從溶液中自我重組，彷彿「知道」自己的結構應該是什麼，這個現象讓我感到好奇。後來也發現，它可以應用到許多領域。像是最近，有位朋友從俄羅斯帶回長毛象的化石，我們便合作從中提取膠原蛋白並分析其性質，再和現生大象比較，這個方法既能讓我們一窺遠古生物的生理特徵，還能了解牠們當時的生存環境。

這幾年我的研究方向著重於和膠原蛋白有關的疾病，以及膠原蛋白對人體細胞的影響。例如我們發現膠原蛋白與細胞有極強的結合力，因此想利用這個特性，以3D列印生產膠原蛋白，再與細胞結合，並依此模擬人體的器官。

Vincent：膠原蛋白因其免疫反應低、可長期穩定存於體內，以及與細胞具有良好的結合力等優勢，成為組織工程的重要材料，你是否能分享膠原蛋白在再生醫學上的應用？

服部俊治：這幾年，日本許多科學家致力於誘導性多能性幹細胞（induced pluripotent stem cell, iPSC）的研究，我們的實驗室也在探索 iPSC與膠原蛋白的結合應用。舉例來說，目前可用iPSC培養出神經、心臟等多種器官的細胞，但這些細胞植入人體後往往難以存活。這時若結合膠原蛋白，就可以建構出穩定的微環境來避免培養的細胞遭破壞，提高存活率及其表現。

近期我們也與日本慶應大學合作，研究iPSC培養的心臟細胞如何和心臟所特有的膠原蛋白結合，精確地再現心臟細胞的跳動。所以說，膠原蛋白不僅能提供支撐，其不同類型的特性對於各個器官運作也具有關鍵影響。

Vincent：許多人聽到膠原蛋白，會聯想到臉部的老化，能否請你與我們分享這方面的資訊？

服部俊治：膠原蛋白會隨著年齡增長而老化，過去已知主要的原因為氧化和糖化。氧化主要是因為紫外線的影響，加速膠原蛋白的分解；而糖化是因為糖份附著導致膠原蛋白硬化、失去彈性。最近的研究發現了第三種老化原因：胺基甲醯化（carbamylation），即尿素的累積導致膠原蛋白加速老化。當腎功能下降或年齡增長，體內的尿素濃度也會提升，對膠原蛋白造成的損害甚至可能超過糖化。

值得注意的是，膠原蛋白的老化不僅影響皮膚的彈性，也會造成身體其他器官的老化。尤其是血管，若是血管老化，養份和氧便無法順利運輸，影響到整體健康。

Vincent：膠原蛋白的應用橫跨了生物材料、醫療工程和細胞生物學等多個領域，你認為膠原蛋白還可以應用到哪些領域？

服部俊治：膠原蛋白過去廣泛應用於食品、工業與藝術領域，例如裝裱書畫時所用的黏合劑、食品中的明膠，包括糖果、果凍和膠囊外殼。此外，膠原蛋白在醫療與生物工程領域同樣扮演著關鍵角色，應用範圍涵蓋了傷口的敷料、人工皮膚到再生醫學。

近年來，機器人技術發展越來越快速，也為膠原蛋白的應用帶來新的可能性。輝達（NVIDIA）執行長黃仁勳在今年 1 月提出，未來機器人的發展將聚焦於三大方向，其中包括人形機器人。在日本，許多人投注於人形機器人的研究，這在未來可應用在人類的照護。因為照護機器人需要與人互動，所以觸感與表情呈現變得非常重要。如果能用膠原蛋白來製作機器人表皮，便能提升親切感，讓人類更願意接受人形機器人的照護，進一步促進人機共存的發展。

服部俊治

1985年 日本東京醫科齒科大學醫學研究科博士

2008年 日本生物基質（NIPPI Bio-Matrix）實驗所所長

2016年 文部科學大臣 科學技術獎

（本文出自2024.04.01《科學人》網站，未經同意禁止轉載。）