對慢性疾病患者而言，為了要控制疾病，每日需要多次的注射藥物。例如：糖尿病患者每日需注射胰島素。

 

然而，這些藥物中所含的蛋白質對於人體的消化道管壁特別敏感，通常在藥物進入人體血液作用前便已被消化。唯有使用針頭進行皮下注射，胰島素以及其他需注射之治療方能達到效用。

 

但若是這些蛋白質組成的藥物，例如：胰島素，能夠以口服取代注射，效果將如何？糖尿病患者不再需要接受惱人的注射過程，相反地，患者們只需以口服方式達成治療的目的。

 

 

挑戰

馬來西亞的 TAITIUC (Terengganu Advanced Technical University College) 大學講師兼研究員 Hajaratul Najwa Mohamed 博士進行臨床研究實驗，將蛋白質植入膠囊配方內，以抵抗其在人體胃腸道之衰敗，並後續在病患的血液中產生療效。Mohamed 博士使用 Minitab 統計軟體，追蹤配送給病患的控制組口服藥物，以最佳化蛋白質膠囊配方。

 

近期研究顯示，可生物分解與生物相容的聚合物可以成功地

用於蛋白質膠囊，因其受到特殊的作用後，會變為圓珠狀組成。然而，何種珠狀聚合物類型與程度，才能使蛋白質釋放到人體血液中有最佳的效果？

 

 

Minitab如何協助客戶

Mohamed 博士研究兩種生物可分解的聚合物─藻酸鹽 (alginate) 與葡甘露聚糖 (konjac glucomannan, KGM)。此兩種聚合物皆為自然生成，且難以消化。因此，其珠狀組成為蛋白質的最佳載具，能通過人體胃腸的考驗。

 

應用統計方法實驗設計 (DOE)，Mohamed 博士利用 Minitab 來規劃與執行實驗，於不同量之藻酸鹽與 KGM 的珠狀組成中，分析三個反應變數─總蛋白質膠囊化效率 (protein encapsulation efficiency, PEE)、攝取兩小時後蛋白質釋放比率，以及所攝取的蛋白質完全被釋放所需時間。這項實驗本身乃是在生物體外進行，亦即，在模擬環境中模仿膠囊化藥物在被攝取後的反應狀況。以牛血清白蛋白 (bovine serum albumin, BSA) 作為示範蛋白質，乃因牛血清白蛋白是常見蛋白質植入膠囊中的代表。

 

Mohamed 博士選擇一個中央合成的實驗設計 (central composite design, CCD)，此法通常用於反應曲面設計。Mohamed 博士說道「利用諸如 Minitab 的統計軟體，並選擇採用中央合成設計，對製藥研究十分有益。因為 Minitab 幫助我們研究各別獨立變數的效應，以及當它們同時改變時，如何影響反應結果。」Mohamed 博士並指出「這方法使我們能用較少的實驗次數，提供可靠的統計結果。」

 

利用二因子反應曲面設計，於三水準的藻酸鹽與 KGM 的量之下，進行十一次試驗。

 

Mohamed 博士接著使用 Minitab 建立實驗數據的 3D 反應曲面圖，視覺化檢視藻酸鹽與 KGM 對於總蛋白質膠囊化效率、攝取兩小時後蛋白質釋放比率，以及所攝取蛋白質完全被釋放至人體血液中所需時間的效用。

 

反應曲面圖，如下所示，協助 Mohamed 博士理解不同因子對於每個反應的效用。她發現蛋白質膠囊化效率的比率，隨著藻酸鹽與 KGM 的增加而上升。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

同時，Minitab 亦幫助 Mohamed 博士繪製 2D 等高線圖，提供反應值的視覺化圖解，並幫助她進一步分析因子不同數量的變化如何影響反應變數。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

結果

最後，Mohamed 博士使用 Minitab 的反應最佳化功能 (Response Optimizer) 來確立所有三個反應結果中，藻酸鹽與 KGM 最理想的設定程度。「當我們達到 4% 藻酸鹽與 0.6% KGM，我們便能取得最理想的反應結果。」她並表示「此項配方能有效地提升膠囊化蛋白在強酸環境中的穩定度，而強酸環境模擬人體的腸胃道，並顯示出蛋白質逐步適當的釋放。」

 

但由於此項研究無法完全模擬膠囊化蛋白質被人體攝取的真實情況，因此，此項研究結果可供未來研究在此課題更深入的探討。

 

「此項研究發現指出最理想的藻酸鹽與 KGM 的水準組合，具有作為蛋白質藥物載具的潛力，因此，病患能避免如今日所面臨的頻繁且痛苦的注射過程。」Mohamed 博士表示，「接下來，我的研究將會專注於膠囊化胰島素，而於此項研究中，我使用 Minitab 來達到最佳化的技術，這將對未來的研究有莫大的助益！」

 

 

此研究發表於 International Journal of Current Pharmaceutical and Clinical Research  Volume 5, Issue 2。

 

 

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