作者  林欣榮 教授
前慈濟醫學中心院長

腦組織移植動物實驗至今約有二百年，但直至十年前神經科學家投入大量心力研究，且於八年前開始人類巴金森氏症的腦移植治療。

國內，是由我們於六年前開始動物腦移植研究，成功後，獲衛生署核准，由筆者主持，進行巴金森症病患的腦組織移植治療，至今已完成十一例。

腦組織移植發展史：
早在1890年，美國紐約大學Thompson就曾嘗試把成年貓的大腦皮質組織植入狗腦上，但是這片移植的腦組織並未能存活下來。1903年，芝加哥大學的Dunn猜想成年的腦組織移植沒辦法存活，或許胚胎腦組織可以吧！因此他移植了一片十天大的老鼠胚胎腦組織，三個月後，他發現百分之十移植的腦組織仍然活著。

Dunn除了發現用胚胎腦組織移植的重要性外，他也發現移植組織最容易存活在富有豐富血管及充滿著腦脊髓液的膜絡叢上(位於腦室內的組織)。但許多學者一直對這些結果持著懷疑的態度，因此沒人跟進。

直到1971年，美國Das等人才再次證明胚胎腦神經細胞是可被移植而得以存活以及繼續分化成長。他利用標示著放射線的核酸來追蹤移植的一片取自七天大的胚胎小腦組織，二星期後，移植的神經細胞，證明仍然活著。Das等人經過一系列的實驗，提出一般性的原則。他們認為被移植的胚胎神經組織的年齡最恰當的時期是在胚胎腦組織的神經細胞正在分裂但未完全長出神經樹狀突及軸突時，此時的移植組織最容易存活下來。但是由於不同部位的腦組織，其神經細胞分化的時期亦不同，因此胚胎腦組織的移植時期也需視移植部位之不同而有所差別。

巴金森氏症的腦移植動物研究：
動物模式是研究人類疾病的重要開始。巴金森氏症動物模式的產生主要分兩大類，皆注射特種神經毒素。一種是注射6氫氧基多巴(6-OHDOPA)，另一種是注射MPTP。此兩種神經毒素皆會影響粒腺體的電子傳遞鏈，使多巴胺細胞死亡。MPTP的脂溶性相當高，很容易穿透微血管的腦血屏障進入腦組織，故只要靜脈注射就可產生雙側巴金森氏症動物模式。但由於這類動物會有吞嚥問題，很不容易照顧，以致死亡。單側頸動脈注射可製造單側巴金森氏症，如獼猴動物模式。

由於獼猴屬保育類，飼養費又高，故大部分實驗室的動物模式仍以大白鼠為主。但大白鼠對MPTP具抵抗力，但對6-OHDOPA很敏咸。故在實驗室皆用立體定位注射6-OHDOPA至medical forebrain bundle，為黑質多巴胺神經軸突之集合束，位於黑質的內側部位，如此即可造成超過百分之九十九的黑質多巴胺細胞破壞。動物在注射安非他命後的1小時內，因為安非他命可促使多巴胺神經大量分泌多巴胺，使正常側肢體一直大量活動；破壞側肢體相對的活動很遲緩，因此動物就一直轉圈圈。若每小時超過300轉，則表示單側多巴胺神經已破壞超過百分之九十九。這種單側巴金森氏症大白鼠就是我們所用的移植動物模式。

至於大白鼠第幾天的胚胎最適合移植，一些研究顯示第15天的大白鼠胚胎的中腦多巴胺神經細胞正好在發育，移植後存活率最好。一些研究也顯示塊狀的腦組織移植效果比細胞懸浮液移植更好。因此我們腦組織移植皆用第15天胚胎中腦塊狀腦組織移植。大白鼠確定單側完全破壞多巴胺神經後(每小時超過300轉以上)，便進行移植。每隻半巴金森氏症白鼠皆移植兩小塊中腦塊狀組織，每塊約1立方公釐，恰好切自兩邊的中腦腹側。由於大白鼠的尾狀核及被殼合而為一，無法分辨，故通稱為紋狀體，因此，此兩小塊腦組織就被裝入細針內，利用立體定位方式，緩緩注射種植入紋狀體內。
移植約兩個月後，大白鼠的旋轉行為約可減低50%，約三個月即可減低80%，並至少可持續到五個月。此時利用電極插入紋狀體的移植組織附近，可測量移植物的確在鉀離子的刺激下可釋放出多巴胺，若注入多巴胺至移植物附近，多巴胺也可很快的被回收。

動物此時作腦組織切片並用免疫化學染色法來染多巴胺神經，以了解移植物是否存活及生長。結果顯示移植的多巴胺神經的確存活得很好。這些結果顯示多巴胺腦組織移植是可存活於巴金森氏症動物紋狀體內，可分泌及再吸收多巴胺，並使不正常的旋轉行為消失。

人類神經組織移植治療巴金森氏症結果
基於良好的動物腦組織移植結果， 1984年瑞典開始世界第一個人類神經組織移植治療巴金森氏症。

由於人胚胎中腦組織不易取得，因此當時先嘗試腎上腺髓質組織的自體移植，也就是移植物是取自病人的腎上腺髓質，因為腎上腺髓質本身就是一種多巴胺神經細胞，但四個病人之移植結果並無顯著成效。
1987年一群墨西哥神經外科醫師發表三位腎上腺髓質自體移植成功的報告，他們把移植物直接用開顱手術的方式種植於尾狀核靠近腦室的地方，病患於移植後半年，就可繞著家園跑步。

這些顯著成效的報告，立即引起全世界神經科學家們的注意，神經組織移植治療巴金森氏症的基礎及臨床研究便馬上如火如荼的展開。例如美國馬上成立約二十個神經組織移植中心，進行腎上腺自體移植。經過兩、三年追蹤的結果，移植成效並不好。只約30%病人有些微進步，而且大多只有短暫性的改善，很少超過一年。因此神經科學家們還是回頭開始從事人類胚胎中腦組織的移植治療巴金森氏症，因為病人的腎上腺髓質屬成年老化的神經組織，移植後並不易存活，相反的，胚胎腦組織的動物實驗結果一再顯示效果良好。

自1989 年後，便開始人胚胎腦組織移植治療。剛開始時，對於什麼年紀的胚胎中腦移植最容易存活，以及須移植至基底核的那個部位最好，並不得而知。但經過最近十年持續追蹤的結果，胚胎腦組織移植的確有其長期療效，而且也得到下列結論：

一、適合移植的胚胎年紀
胚胎在第四週時，中腦腹側的神經組織仍未開始分化成多巴胺神經細胞，因此小於四週的中腦組織移植並不適合。胚胎在第10週以後，中腦復側的多巴胺神經細胞已完全生長至紋狀體，停止發育，因此10週後的中腦組織移植存活不佳。所以移植的最佳胚胎年齡是介於5週至10週左右。

二、腦組織移植形式
中腦組織整塊取下來後，如何作組織處理，然後再移植才能存活得最好，也是重要課題之一。腦組織移植前的處理主要分兩種，一種是塊狀移植，另一種是細胞懸浮液移植。塊狀移植則是把中腦組織剪成約1mm大小組織塊，然後吸入約1mm直徑的細針內再移入腦內。細胞懸浮液方式的移植則須利用消化酵素把腦組織分解成神經細胞個體，成為懸浮液狀，再注入腦內。由於懸浮液方式的移植，腦組織處理步驟繁複，而且存活率也較塊狀移植稍差，因此我們的腦組織移植是採用塊狀移植。

三、胚胎腦組織之保存
低溫是目前胚胎保存的最主要方式。許多實驗顯示溫度降低至20℃以下時，神經細胞之新陳代謝率便下降至最低，再加以胚胎腦組織對缺氧也極具耐受性。依據我們的研究顯示，溫度降至10℃左右，中腦組織可維持數小時後移植仍可存活良好。目前也有些研究探討是否胚胎腦組織在冷凍一段時間後，再解凍移植。結果顯示冷凍半年後再移植，的確也可移植成功，也就是移植物可存活，但存活率約為馬上移植的70%，而且冷凍移植的存活神經細胞發育較差，積體較小。因此在冷凍技術未有突破前，仍以新鮮移植為主。

至於什麼樣的溶液對胚胎中腦組織具保護作用。這個問題也是重要的研究主題，但仍未有太大的突破。目前常用的溶液包括，腦脊髓生理溶液、高鉀溶液、加抗氧化劑溶液等。我們是採用1%葡萄糖的Lactate Ringer溶液。

四、移植手術
墨西哥醫師的移植是採全身麻醉的開顱方式進行，也有其他國家醫師是置放腦室引流管於紋狀體內，然後等過了一段時間後再移植。目前絕大多數的移植方式皆採用局部麻醉的立體定位方式進行，主要原因是立體定位細針移植對病患腦組織傷害極小，移植物也較容易存活，我們也是採用此一方式。

所謂的立體定位手術即是把一個刻有標記的架子先套在病人頭頂上，然後作磁振攝影，即可定位出移植目標點的三度立體空間位置。然後在病人冠狀縫附近的顱骨，在局部注射麻醉藥後，鑽一個約0.5公分的小洞，然後把裝有中腦組織的細針，朝向目標點緩緩插入組織內，抵達目標點後，便把腦組織慢慢的注入目標區。

腦組織植入完成後，便把頭皮傷口縫合。一般移植手術約六十分鐘內就可完成。病患在移植手術中，一直保持清醒，也可交談。移植前後皆不需特別禁食或禁藥，手術後也可馬上到處走動並與親人交談等。 

五、移植部位
尾狀核及被殼合稱紋狀體，皆有大量的多巴胺神經分佈。巴金森氏症病患一旦黑質組織內的多巴胺神經細胞退化，紋狀體內的多巴胺神經也就消失。但紋狀體是一個相當大的腦組織，長達5公分以上。胚胎組織才約0.6毫升，移植體積很小。因此便產生紋狀體的那一個部位是最佳移植部位的問題。

經過幾年來個案的追蹤分析結果，發現以移植被殼區的後半部為較佳的移植目標區。因為巴金森氏症病人多巴胺神經的退化也是由後向前進行，而且後方的被殼區與肢體的運動協調也較相關。我們的移植目標區也是以被殼後半段為主。雖然以被殼後半段為目標區，但此一結構仍相當大，約233公分。因此我們再把此區分成三至四個小分區，每個小分區內各種植一針的腦組織，由最深處開始種植，然後一面往回拉針，一面種植；目的是讓胚胎中腦組織充滿整個被殼後半部的被殼組織內，就如同正常人的多巴胺神經佈滿整個紋狀體內。

六、單側或雙側移植
早期的腦移植大多作單側移植，有些報告是可造成雙側肢體動作的改善，但改善程度皆不如雙側移植效果好。左側被殼移植，主要是影響右側肢體，右側移植則會影響左側的動作。目前我們皆採雙側移植。先左側，兩週後再移植右側。然後每三個月評估一次效果。

七、移植量與療效
移植腦組織的多巴胺神經細胞存活率約5%至15%。因此若到達100%的正常人神經細胞數就需6至8個胚胎，也就是每側須移植3至4個胚胎中腦組織。但巴金森氏症的臨床表現須有50%以上多巴胺神經的退化才會顯現出來。換而言之，只要補充50%左右的神經，症狀即會減緩。因此移植每側超過(含)兩個胚胎以上即會有明顯療效。若能提高移植胚胎的存活率一倍，如一起植入分泌生長激素的細胞，則只需移植一個胚胎細胞就會有很好療效，目前我們利用此種治療方法。

八、抗排斥藥物之使用
胚胎腦組織移植至大腦紋狀體內是否須用抗排斥藥物，仍無定論。
一派的說法是大腦組織具腦血屏障，血液內的抗體及白血球細胞不易進入腦組織內的移植物區，產生嚴重的抗排斥結果。而且胚胎腦組織正在發育，其細胞表面的抗原性也較成人低。因此病患於移植前後皆不須服用任何抗排斥藥物，結果這類病患經氟18多巴陽電子電腦斷層攝影(l8F-DOPA PET)追蹤也顯示移植物的確可長期存活而不被排斥。

另一派的說法則認為腦組織內有microglia，可被移植物激發成吞噬細胞，破壞移植物，並加速引導血液中的B及T細胞進入移植區，使移植物被排斥。因此抗排斥藥是必須的，尤其在細針植入移植物時，可能會造成局部性及短暫性的腦血屏障的破壞。再者，抗排斥藥也具防止移植物老化死亡的作用，因此目前大多數移植中心皆採短暫、低劑量的使用抗排斥藥，病例報告也顯示此種方式也可使移植腦組織長期存活。目前我們於病患移植前一週開始服用ciclosporin，劑量是每日每公斤體重服藥6mg。於兩邊手術完成後再繼續服用三個月。

巴金森氏症之診斷
巴金森氏症之診斷除了依據臨床症狀包括顫抖、肢體僵直或行動遲緩外，最重要的檢查是氟18多巴正電子腦斷層攝影。此種檢查的原理是由靜脈注射放射藥物氟18多巴，此藥物會被多巴胺神經吸收。神經愈多，吸收量愈高。相反的，巴金森氏症病患之多巴胺神經皆已退化超過百分之七十以上，因此多巴胺神經已大量減少，吸收氟18多巴的量較少。

利用正電子電腦斷層攝影，就可正確的測量出吸收量，也就可知曉多巴胺神經存活多少，而得以診斷巴金森是否為巴金森氏症，並與其他疾病作鑑別診斷。
由於氟18多巴合成不易，國內一天只能作一位病患之檢查，對國內超過五萬名巴金森氏症病患作此檢查，無非是緣木求魚。因此經過兩年之努力，我們已完成一種新的診斷方法。我們合成一種新的藥物稱trodate 1，再與Tc99M放射物混合標記後，由靜脈注射，再利用單光子電腦斷層攝影（SPECT），即可估算出trodate 1被多巴胺神經吸收的量，藉由巴金森氏症病患吸收量減少，便可作出診斷，效率增加10倍，甚至百倍以上。

18F多巴陽電子電腦斷層攝影(18F-DOPA PET)
移植的中腦黑質組織是否存活並發揮功能是評估移植療效的一項重要依據。18F-DOPA PET的攝影檢查也就在評估此一功能。18F-DOPA是一種行之有年的核醫檢查，但合成18F-DOPA相當不容易，須花盡四至五個小時，而且其半衰期只有100分鐘，因此藥物合成後，必須於兩小時內使用完畢，因此無法自國外進口成品。

我們前四位腦組織移植病人皆遠赴加拿大溫哥華的英屬哥倫比亞大學PET中心作檢查。目前國內聯合了核能研究所、陽明大學、台北榮民總醫院、國防醫學院以及三軍總醫院之專家，經過四個月的努力，終於完成18F-DOPA之合成及品管檢查，並於正常及巴金森氏症迷你豬測試成功。因此以後就可在國內施行18F-DOPA PET攝影。

至於18F-DOPA為何能診斷巴金森氏症以及測試移植物是否存活，主要是因DOPA為一種胺基酸，會被多巴胺神經所吸收利用，多巴胺神經愈多，DOPA吸收就愈多。因此DOPA標定上18F後，我們就可追蹤及定量18F-DOPA被多巴胺神經吸收量。巴金森氏症病患的多巴胺神經退化多少，也可量化出來。

我們前四位移植病患的多巴胺神經平均已退化94%，也就是只剩6%的多巴胺神經。病患手術後移植物是否存活並吸收多巴胺，也是用18F-DOPA PET來追蹤。只要移植物存活並漸漸發育及分化成多巴胺神經，就會吸收18F-DOPA，存活愈多，發育愈大，吸收量也就愈多。

18F-DOPA PET攝影也可早期診斷一些具家族史病患是否會得巴金森氏症。依據英屬哥倫比亞大學的報告，發現祖父有巴金森氏症，其孫子的多巴胺神經也比同年齡小孩減少了約20%。當然其孫子仍未出現任何巴金森氏症，因為臨床病狀的出現須在退化超過50%以上才會有。

人類腦組織移植治療巴金森氏症之手術成功
1995年美國南佛州大學一群神經移植科學家們共同於新英格蘭雜誌報告了首例成功的胚胎中腦移植的巴金森氏症病患的病理解剖變化。此一巴金森氏症病患服用L-DOPA藥物已八年，服用劑量年年增加，而且藥效愈來愈短，更不好的是藥效愈來愈差，以致於大部分時間皆臥床或坐輪椅。

病人經過評估後，便接受中腦胚胎腹側組織塊狀移植。移植前兩週就開始服用低劑量抗排斥藥(ciclosporin 6mg/kg/day)。病患先接受左側大腦立體定位移植手術，共植入了三個五至八週人工流產胚胎中腦腹側組織，植入的部位是在被殼(putamen)後半部。兩週後再植入三個中腦組織於右側被殼。病患於移植後繼續服用抗排斥藥半年，但劑量於術後兩個月便減至2mg/kg/day。

病人於術後半年，便漸漸有神經功能上的進步，於一年後便能騎車、游泳及跳舞。L-DOPA劑量則由1000 mg以上減至300mg。由於病患手術前曾有腳踝的舊傷，術後因活動量增加，病患常覺得腳踝疼痛，請了骨科醫師作腳踝手術，但不幸於術後突發靜脈血栓，阻塞了肺動脈，以致病患突發死亡。

徵得家屬同意後，於死亡後四小時便作腦部解剖及病理切片檢查，發現移植的腦組織的確在被殼內生長良好，神經細胞並長出神經突髑及神經軸，並於附近2mm內與被殼神經組織形成聯會。此病例報告顯示胚胎中腦組織移植的確可長期存活及生長於巴金森氏症病人的被殼內，且具治療病人顫抖、肢體僵直及行動遲緩的功效。

我們於七年前開始動物實驗，包括大白鼠、豬、猴等，於三年前經衛生署核准人體試驗，目前已完成九位病患移植，每例基底核內皆植入1至3個黑質組織。每位病患皆順利完成移植，並無手術併發症產生。移植後6個月，每位病人也皆有症狀改善。目前最長的追蹤時間已達三年。最好的改善程度可達80%，病患不但藥量減低，而且可回到田園工作。其他病患改善程度則不一，有兩位病患一年後症狀加重，藥量也加重，推測其原因可能與病患本身的多巴胺神經仍然繼續退化有關。

至於移植的黑質多巴胺神經細胞有無存活，我們可用18F多巴作影像追蹤，經追蹤也證實移植的胚胎神經細胞在兩年後仍然存活，且可吸收18F多巴，發揮其功能，進步甚至可達100%以上。我們將繼續完成其他六位病患之移植。

腦移植之其他應用
目前我們也大致完成胚胎基底核組織移植治療舞蹈症，動物療效頗佳，也即將提出申請舞蹈症之臨床移植治療。對腦梗塞及脊髓損傷之移植修復，也正在進行動物實驗，若實驗結果良好，也將會提出臨床試驗，以期恢復病患之神經功能。

腦組織移植之努力方向
1、移植組織之存活量
目前移植的腦組織存活量約只10%至15%，主要的是腦組織移植至新環境後大部分的細胞皆於數週內產生老化死亡。因此如何改善腦組織移植之存活量是科學家們正在努力的方向。神經生長激素(GDNF)的應用以提高存活量是正在嘗試的方法之一。

2、移植組織的來源
國內已有法律規範在何種狀況下可請婦產科醫師作流產手術。二十週以內的流產胚胎組織很小，多數當醫療廢棄物處理。由於胚胎腦組織移植的臨床應用於近幾年內才開始發展，這些原本被廢棄的組織對巴金森氏症病患而言就相當有用。
衛生署也於民國84年頒定了胚胎腦組織移植使用的六大原則，除了合於現行法律規範外，也要避免買賣行為。目前我們也依據這些規則施行，也本著器官捐贈的理念，使原本廢棄的腦組織在捐贈移植後，能使巴金森氏症病患重生，繼續貢獻社會。

3、腦組織移植之應用
腦組織移植研究是近十年才投入大量的人力、物力，也因此才有所突破。目前除了巴金森氏症病患有腦移植手術外，也開始了漢汀頓氏舞蹈症(Huntington’s chorea)之腦組織移植治療。目前我們也在動物研究此一疾病之移植。其他的疾病如腦中風或創傷，以及脊髓損傷造成之神經組織退化壞死，我們也正嘗試用神經組織或神經幹細胞的動物移植治療，希望腦組織移植手術能治療更多的中樞神經系統疾病。