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醫療保健-《富足:解決人類生存難題的重大科技創新》

零診斷成本

一卷膠帶?真的嗎?當卡洛斯.卡馬拉(Carlos Camara)開始在美國加州大學洛杉磯分校修讀博士課程,研究高能量密度物理時,他從沒想過他很快就會發現自己在暗房內使用Scotch牌膠帶做實驗—或者說,一卷膠帶可以大大降低世界各地的醫療成本。一開始他只知道:某些材料碰撞在一起時會生出光來—這就是為什麼你咀嚼Life Saver牌的冬青糖果時,嘴裡會出現一點點閃光。這被稱為「摩擦發光」現象。卡馬拉在適度的真空狀態下進行摩擦發光實驗,他發現某些材料不單會發出可見光,也會釋放出X射線。所以現在的問題是,哪些材料?他開始廣泛試驗許多不同的材料。然後,事情發生了。卡馬拉在黑暗中拉開一卷Scotch牌膠帶。「我非常震驚,」他說:「它不僅是我測試過最光亮的材料之一,而且它也產生了X射線。」

富足-封面+書腰這可是大新聞。這發現登上《自然》期刊封面,然後在電視影集《尋骨線索》(Bones)中又被提及。影集播出後不久,卡馬拉與連環創業企業家戴爾.福克斯(Dale Fox)結盟,成立摩擦遺傳因子公司(Tribogenics),目標是製造出世界上最小、最便宜的X光機。有別於造價二十五萬美元、洗碗機大小、仰賴十八世紀技術的裝置(基本上,就是把真空管連接至電源供應器),摩擦遺傳因子版本(卡馬拉稱為「X光像素機」〔X-ray pixel〕)的主要組成部分,成本不用一美元,體積只有半個隨身碟大小,利用摩擦發光產生X射線。這些像素機可以被組合成各式各樣的大小或形狀:組合成十四乘十七英寸的大小就能用來做胸腔攝影;組成一長條就能用來進行電腦斷層掃描。而且這些像素機的用電需求非常底(不到傳統X光機的百分之一),所以光靠太陽能板或手搖動力就能支援。「想像一下:只需一個公事包便可收納整組放射線儀器,」福克斯繼續說:「它能靠電池或太陽能供電,攜帶方便,能夠診斷從手臂骨折到腹部埂阻等多種症狀。這將把醫學以及發展中世界的醫療保健帶到一個新的層次。」

福克斯在乳房X光檢查領域看到了更多可能性。「今天,乳房X光檢查需要一副昂貴、大型、固定的機組,才能拍到一個粗糙的2D畫面。但請你想像一下這樣的『胸罩』:頂部設有微小的X光射出器,底部則設有X光感應器。它能夠自行充電、供電,擁有3G或無線上網功能,而且能夠裝在聯邦快遞的盒子裡送到病人手上。病人穿上胸罩,按下按鈕,醫生便會上線並開始說:「嗨。準備好為你的乳房進行X光檢查了嗎?請保持不動。」接著X光射出,感應器收集並傳送影像,再由醫生當場讀取。病人把包裹寄回,整個手續完成,既省時又省錢。

X光像素機陣列,是達到「零診斷成本」的第一步。此概念是由前哈佛大學化學教授,現為超級企業家的喬治.懷特賽茲所提出。一如該名詞所想傳達的,懷特賽茲希望把疾病診斷的成本降至越低越好,而它在馬蓋先的領域裡的確是相當低。為了達到目標,懷特賽茲最近把注意力轉移到折磨著竄起中的十億人的疾病。要發展對抗愛滋病、瘧疾和結核病疫苗的唯一方法,是找到一種準確、價廉,且足以應付大量病人的診斷和監測技術。然而,你無法靠今天的技術做到這一點。

所以,懷特賽茲參考了普拉哈拉德的金字塔底端發展模型。他並未選擇藉由顯著降低一部十萬美元機器的成本起步,而是選擇以現有最便宜的材料做起:一張側邊約一公分、能夠吸附液體的試紙。在懷特賽茲試紙的邊緣放上一滴針眼大小的血液或一滴尿液,液體滲入後便沿著試紙纖維移動。印在紙上的疏水聚合物引導液體沿預定的渠道流向一組測試井,這些測試樣本在此處與特定試劑交互作用後,會使試紙變色。其中一個測驗室測試尿液中的葡萄糖,如果有糖分出現,試紙會變成褐色;另一個則是測試蛋白質,如果有蛋白質出現,試紙就會變成藍色。由於這樣的試紙並不昂貴,要達到懷特賽茲所謂的零診斷成本並非遙不可及。「主要的成本在於蠟印表機,」他說:「這些印表機每部約八百美元。如果你讓它們每天運作二十四小時,每年每部可生產出一千萬張試紙。因此,我們確實能夠達到零診斷成本的目標。」

馬蓋先三部曲的最後一部曲—痰樣本,甚至更有前景。它是之前介紹過的「晶片化驗所」之必需品,該技術由阿尼塔.戈埃爾博士的奈米生物系統公司所研發。將一滴唾液或血液放在戈埃爾的奈米技術平台,在你身體內的任何病原體的去氧核糖核酸以及核糖核酸標記將會無所遁形,確認種類後再上報到中央超級電腦—華生醫生。這些晶片是邁向零診斷成本的重要一步,也是幫助解決三個主要醫療保健挑戰不可或缺的元素。這三個挑戰是:遏止流行病,減少生物恐怖主義威脅,和治療如愛滋病等廣為流行的疾病。由哥倫比亞大學研發的「m晶片」技術(mChip),將HIV病毒篩檢去貨幣化及去物質化。過去一度需要長期就醫、一小瓶血液,數天或數週的焦急等待,才能完成篩檢;現在已變成無需看醫生,只需一滴血以及十五分鐘的判讀,全部過程只需花費不到一美元的成本,而且只需使用比信用卡還小的微流控光學晶片(microfluidic optical chip)。

由於我們很快就能透過行動裝置連上華生醫生,而該行動裝置又設有環球定位系統,因此電腦不僅可以同時替你做出診斷,也能偵測到某地某疾病的異常高發病率,例如奈洛比的流感疫情,從而提醒世界衛生組織可能出現的流行疫病。更棒的是,由於華生醫生的診斷成本就只包含電腦的運算費用(其實只是電力成本),所以費用便降到只有幾分錢。為了加速這一進程,二○一一年五月十日,無線供應商高通公司(Qualcomm)與X獎項基金會合作,宣布計畫發展高通手機感測器監視軟體X設計獎(Qualcomm Tricorder X PRIZE),獎項名稱是引用《星際爭霸戰》中的醫學掃描技術。此次大賽將提供一千萬美元獎金,給首先製造出優於專業醫生團隊的斷症工具的隊伍,而且該工具必須是便於消費者使用的低成本行動裝置。

然而,即使現下有眾多的馬蓋先思想,但我們仍離達到終極醫療保健目標有一段距離,因為知道病人出了什麼問題只打贏了一半的戰役。我們仍然需要治療和治癒病人。我們已經解決了許多能夠「預防」的疾病,手段是通過清潔用水、清潔能源、基礎營養、室內沖水馬桶。然而,我們還得考量到另一種分類的疾病:容易治療和/或可治癒的疾病。其中有許多是使用簡單的藥品已可控制,但有一些則需要手術才能解決。科技已經在斷症方式引發革命性的改變,如果它也能對手術產生相同的影響,又會是什麼模樣呢?

全能的幹細胞

一九九○年代初,傑出的神經創傷外科醫生羅伯特.哈里里(Robert Hariri)對自己的領域感到越來越沮喪,特別是手術刀的限制。「我們可以做到有限度的修復,令傷者在意外發生後得以存活,」他說:「但是,手術無法令他們完全回復正常。」所以,哈里里尋找各種能恢復自然發展過程的方法,讓大腦自我再生和重建。在九○年代後期,他意識到,他或許可以像現在注射藥物般將幹細胞注入患者體內,以治療病人、戰勝病魔。哈里里認為,要掌控細胞醫學的真正潛力,必須確保未來能穩定地供應幹細胞,所以他創立了他的第一家公司,儲存取自胎盤的幹細胞和新生兒的臍帶血。四年後,市值三百億的藥業巨擘賽基公司(Celgene)因為看中這項技術再造醫學的潛力,收購了生命庫與人類創造公司(LifeBank/Anthrogenesis)。

不過,並非只有賽基公司採取行動。「我們每個人都來自一顆受精卵,然後發育成擁有十兆個細胞的複雜有機體,而這個有機體內有二百多個組織,個個都是全天候從無間斷地工作,發揮其專司的功能。」骨髓移植(幹細胞治療的形式之一)專家、奇點大學醫學部主任丹尼爾.克拉夫特(Daniel Kraft)博士說:「幹細胞驅動了令人難以置信的細胞分裂、生長,與修復過程。幹細胞所擁有的能力,能夠為醫療保健帶來許多方面的革命,是當前幾乎所有技術所無法超越的。」

哈里里同意這項技術的潛力無限。在接下來的五到十年,我們將能夠利用幹細胞來矯治慢性自體免疫性疾病,如類風濕關節炎、多發性硬化症、潰瘍性結腸炎、克隆氏症,和硬皮症。之後,我相信下一個新的大領域將是神經退化性疾病,那時我們便可逆轉帕金森氏症、阿茲海默症,甚至中風。而且,人們也將可以負擔得起醫療費用。細胞製造技術在過去十年已出現巨大的進步。舉例來說,我們已經從認為細胞療法的費用會超過十萬美元,轉而相信只要大約一萬美元就能執行。在未來十年,我認為我們可以更顯著地降低成本。所以,我們在談論的是,未來我們有希望以不多於一台筆電的價格,「治療」慢性疾病和重振主要器官。

你擔心在你的肝臟或腎臟衰竭之前,無法讓它們恢復生機嗎?別害怕,我們還有另一種解決方案。哈里里取得的專利之一,是「利用幹細胞修復或重建屍體器官與組織母體」。這是在實驗室培育全新和可移植器官的基礎,維克弗斯特大學醫學中心(Wake Forest University Medical Center)人體組織工程師先驅安東尼.阿塔拉(Anthony Atala)已成功展示這方法的可行性。

「世界各地都對器官有龐大的需求,」阿塔拉說:「在過去十年,器官移植等候名單上的病人數目增加了一倍,但最終能夠成功進行移植的人數卻依舊沒有上升。而到目前為止,我們已經能夠在實驗室裡培育出人耳、手指、尿道、心臟瓣膜,和整個膀胱。」

阿塔拉的下一個主要挑戰,是培育人類體內最複雜的器官之一:腎臟。在器官移植清單上,大約有八成的患者都是在等待腎臟。二○○八年,在美國進行的腎臟移植手術數量就超過了一萬六千次。為了完成這壯舉,他和團隊已經超越了使用屍體器官和組織母體的技術,並且確實「3D列印」出腎臟的早期版本。「開始時,我們使用的是普通的桌面噴墨印表機,每次粗略地列印一層細胞。」他解釋:「只要幾小時,我們已經能夠列印出一顆真的迷你腎臟。」儘管要做出完整的腎臟可能得再花上十年的時間,但阿塔拉卻是持謹慎樂觀的態度,因為他列印出的部分腎臟組織已經能夠排出類似尿液的物質。

「無論是因老化、創傷或疾病影響而需進行器官再生或組織修復療程,」克拉夫特博士說:「這快速發展的領域將會影響幾乎所有臨床領域。最近發明,通過重新編程患者自身皮膚而產生的誘導多能幹細胞,為我們提供了通往這種強大技術的無爭議平台。隨著幹細胞、組織工程、3D列印技術即將匯集,我們很快就會有一個無比強大的兵工廠,為我們帶來充足的醫療保健資源。」

 

摘自PanSci 2013年8月選書《富足:解決人類生存難題的重大科技創新,由商周出版。

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