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免疫測序之優化與應用於探討免疫組庫在自體免疫和感染性疾病之特性

為了解決dm模板的問題，作者張哲邁 這樣論述：

T細胞受體組庫（TCR repertoire）之定義為生物體內所有T細胞受體（T-cell receptor, TCR）的集合，由T細胞群中所有T細胞受體的種類與數量所決定。在T細胞發育的過程中，每顆T細胞會經歷T細胞受體基因的V(D)J重組（V(D)J recombination），進而產生不同的T細胞受體基因序列，使得每顆T細胞具有不同的T細胞受體克隆型（clonotype）並產生T細胞的高度多樣性。據估計，這種基因重組機制能產生高達1015種的T細胞受體克隆型，使得T細胞群具有和各式各樣的非自體抗原進行高度專一性結合的能力，T細胞免疫因而得以辨認並消滅外來的病原體和體內的非正常細胞－例

如：被病毒感染的正常細胞或癌細胞。因此T細胞組庫的組成和狀態與免疫系統的活化和功能有著高度的相關。過去由於技術／方法上的侷限，大幅度限制了T細胞受體組庫在分析時能取得的通量和資訊上，因而造成分析大量的T細胞受體成為一件困難的工作。有鑒於這十年間次世代定序（next-generation sequencing, NGS）技術的發展以及在T細胞受體組庫分析上的應用，今日已能透過T細胞受體定序（TCR sequencing, TCR-seq）方法，使得完整並同時解析數百萬個不同T細胞受體的V(D)J序列成為可能。雖然目前市面上已有針對T細胞受體定序的文庫製備平台／方法，但其大部分都有價格昂貴或表現不

佳的缺點。因此本論文之第一部分藉由參考和測試先前文獻在T細胞受體文庫製備（library preparation）所需的寡核苷酸（oligonucleotides）和試劑組，讓T細胞受體定序更為經濟。從本研究的結果中可發現，基於5’端快速擴增互補DNA末端（rapid amplification of cDNA ends, RACE）技術的修改顯著地增加了T細胞受體文庫製備所需的cDNA模板產量，也大幅度地減少文庫製備所需的花費。這些初步成果顯示測試中的T細胞受體定序平台為T細胞受體定序分析提供了更低的成本以及具可比性的建庫表現。此外，本論文之目標包含建立探討T細胞受體組庫與人類疾病關聯性的分

析流程，因此本論文於第二部分透過T細胞受體定序解析類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis, RA）患者於不同生物製劑療程－包含阿達木單抗（adalimumab：腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor alpha, TNF-α）抑制劑）、利妥昔單抗（rituximab：CD20抑制劑）和塔西單抗（tocilizumab：白血球介素-6受體（interleukin-6 receptor, IL-6R）抑制劑）治療後的T細胞受體組庫特徵。我們的結果顯示類風濕性關節炎患者達到疾病緩解後，其T細胞受體多樣性、V/J基因使用程度和CDR3長度之分佈在不同生物製劑療程

的治療下沒有差異；然而，我們進一步發現這些類風濕性關節患者在經由生物製劑治療後達到疾病緩解或低疾病活性的情況下，其T細胞受體組庫多樣性的高低和疾病活性的嚴重度呈現負相關。本研究的結果顯示T細胞受體多樣性與疾病活性之間在生物製劑治療後到達疾病穩定期的類風濕性關節患者上具有關聯性。接著，本論文透過T細胞受體定序平台研究感染性疾病患者的T細胞受體組庫特性，因此本論文於第三部分探討新冠肺炎疾病2019（coronavirus disease 2019, COVID-19）患者於急性期為輕度疾病（mild disease）或肺炎（pneumonia）時其恢復期的T細胞受體組庫特徵。我們的結果顯示肺炎患者

相較於輕度疾病患者具有較低的T細胞受體多樣性以及不同的CDR3長度分佈。進一步透過T細胞受體集群（clustering）和註解（annotation）之整合分析，我們發現與嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒2型（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2）相關且為輕度疾病特異的T細胞受體集群具有較高的T細胞受體生成機率、較高的共享性以及較高的CDR3抗原結合區域位點多樣性。本研究結果顯示T細胞受體組庫與SARS-CoV-2相關T細胞受體集群之特性在輕度疾病和肺炎COVID-19患者之間具有差異。最後，本論文呈現如何透過T細胞

受體定序平台探討原發性高血壓（essential hypertension, EH）和醛固酮分泌腺瘤（aldosterone-producing adenoma, APA）誘發之次發性高血壓患者在T細胞受體組庫之間的差異。我們初步的結果顯示醛固酮分泌腺瘤患者相較於原發性高血壓患者具有較低的T細胞受體多樣性；此外我們進一步觀察到T細胞受體生成機率與頻率之間的關聯性強度在醛固酮分泌腺瘤患者有較高的現象。這些發現顯示高血壓患者的T細胞受體組庫狀態會受到醛固酮分泌腺瘤影響。總結來說，本論文之重要性為：以高通量定序技術鑑別T細胞受體組庫與人類疾病之間的關聯性。

高靈敏度的一維繞射感測器應用於反射雷射系統進行現場快速無標記鼠疫桿菌檢測

為了解決dm模板的問題，作者林豐平 這樣論述：

本研究對於疑似新興傳染病、生物病原恐怖攻擊或感染急症之快速檢測，所進行之技術開發與應用研究，由於高傳染病的感染診斷一般需要將病患檢體送至微生物實驗室進行培養與核酸檢測，雖然市面上有部分快篩試劑產品，檢測靈敏度不足始終是最大的問題，因此開發現場可執行之高傳染性病原快速且靈敏度高的檢測方法是相當重要且迫切需要，可即時為患者提供適切的治療，並立即採取必要的感染管控措施，避免疫情擴散。我們建置一個簡單的方法可在採樣現場直接快速檢測血液檢體當中的病原，以解決目前現行檢測方法需要將檢體送入實驗室進行微生物培養與分析的不便性，首先利用鼠疫桿菌(Yersinia pestis)作為偵測標的物以確認方法的可行

性，發現此法對於偵測鼠疫桿菌而言呈現高靈敏度，檢測極限可達100 CFU/mL，線性範圍很廣在102~107 CFU/mL之間。在此研究中我們採用自製的一維繞射感測器(one-dimensional diffraction grating sensor，簡稱ODGs)，即線型生物矽晶片，並以聚多甲基丙烯酸（PMAA）刷的頂端連接抗體，抗體可專一性地抓取目標病原體，不會抓取其他細胞或病原體，操作方式是將血液檢體滴加到一維繞射感測器上，將雷射光以45°的角度射入，並測量其反射繞射的強度，當晶片上有特定病原體存在時，反射繞射的強度會降低。我們發現當雷射光照射入晶片，且雷射光方向與溝槽平行，使雷射投影

到晶片平面上時，在這樣的配置下偵測靈敏度更高。另外，2D和3D反射繞射的特點則是繞射階數的角度和振幅表現出對稱和不對稱的特性，這取決於晶片的方向，因此，可依雷射強度的變化作為特定病原體存在的指標。使用一維繞射感測器偵測微生物病原的優勢是僅需病原的專一性抗體，無需搭配任何螢光標記，儀器可輕易攜帶到實驗室以外的場域進行分析，且整個操作反應時間小於1小時。另外，我們製作具有線陣列的一維繞射光柵晶片，透過乙基（二甲氨基丙基）碳二亞胺(EDC)和N-羥基琥珀醯亞胺(NHS)即EDC/NHS反應，將明膠(gelatin)選擇性地固定在具有2微米解析度的光刻模板溝槽陣列的醯胺基改質的基底上。已固定明膠的線陣

列經過溴化後產生可用於原子轉移自由基聚合(ATRP)的大分子起始劑，再從大分子起始劑這一層開始接枝Poly(methacrylic acid) (PMAA)形成高分子刷線陣列。在接枝PMAA的不同聚合時間中，以雷射光束系統分析晶片，沿橫向磁極化(TE)和逆向電極化(TM) 45°分析觀察繞射效應的光學特徵，我們發現PMAA線陣列矽晶片隨著時間PMAA生長而增加了線刷的高度和寬度，導致反射繞射強度出現變化。通過用胰蛋白酶(trypsin)分解明膠，將不同接枝聚合時間下的PMAA刷從晶片基質上裂解下來，並通過膠體滲透層析儀分析它們的分子量。發現當PMAA分子刷的分子量在135到1475 kDa範圍

下，PMAA刷的分子量與繞射強度的變化程度呈現線性關係，且相關係數高。使用反射繞射強度判斷聚合物刷分子量的測定方式，無需斷裂聚合物刷，提供可即時監測分子刷生長的簡單方法。