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人的細胞,是否能在豬的體內發育成型?──談人豬嵌合體之研究

李紀潔、羅鴻
・2017/04/05 ・2313字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

文/李紀潔、羅鴻|陽明大學基因體科學研究所畢業生

全球對於器官移植的需求一直居高不下。以台灣為例,目前有八千多名病患需要新的器官,而衛生福利部104年度統計顯示,其中只有691名接受移植,其中多數為眼角膜、腎臟和肝臟移植。所以供不應求的現象是怎麼造成的呢?

除了腎臟及肝臟外,許多的器官必須在捐贈者腦死後才能進行摘取,因此有了數量限制及保存問題這兩個原因。但更重要的是如何成功配對捐贈者和接受者,若捐贈者器官沒有帶有相似接受者的人類白血球抗原HLA,接受者的免疫系統便會啟動發炎反應清除異物,除了導致移植失敗也會引起一連串的併發症。而目前移植的方式可以分成器官移植、組織移植及異種器官移植,而這三種方式都仍必須克服免疫排斥的問題。

要避免移植過程發生免疫排斥的問題,科學家也想過用自己的細胞產生需要的器官或組織。在生物技術、幹細胞研究上的突破,讓科學家可以在裸鼠身上培養出人類耳朵,也可以讓心肌細胞覆蓋上僅剩蛋白質空殼的心臟骨架,這條路也許能通向再生醫學的巔峰,但可惜的是上述的培養方式效率很低。

不過,今(2017)年一月底發表在《細胞》(Cell)期刊的新研究,發現一種能讓其他物種長出人類器官的新可能性[1]。

大鼠心臟去細胞化(上)之後,再植入豬心臟細胞並培育(下)。圖/Science Daily

該研究團隊先針對了在小鼠、大鼠之間是否能夠進行跨物種器官培養。他們先將大鼠的全能性幹細胞植入到小鼠的囊胚當中,並將囊胚放回代理孕母的子宮內。大概有50%的小鼠能夠出生,而正常發育的小鼠中有20-35%的會有大鼠的細胞出現,這些帶有大鼠細胞的小鼠我們稱之為嵌合體。嵌合體小鼠可以正常的發育且存活到兩年大,和一般小鼠並無差別。嵌合小鼠會同時有黑色和褐色的毛髮,中間褐色的部分就是源自於大鼠的細胞。研究團隊更接著分析了嵌合小鼠體內能有多少大鼠的細胞參與在器官當中,其中包含心臟、肝臟、腎臟、大腦等等器官都可以看到有大鼠細胞的出現,而最多的是在心臟當中,大約有10 %是大鼠的細胞。

含有大鼠細胞(紅色部分)的小鼠胚胎。圖/Science News

等等,整個器官只有 10% 是大鼠細胞,這樣不是超少的嗎?

不用擔心,研究人員當然也知道這樣真的太少了,因此他們利用基因修飾的方法,讓小鼠的胚胎無法生長特定的器官,這樣一來當小鼠胚胎要長出該器官時,便只能利用大鼠的細胞了。研究人員破壞了 Pdx1 基因,使小鼠無法發育出胰臟。這時他們觀察到嵌合小鼠不但可以長出胰臟,還會有較多的大鼠細胞出現在胰臟內,而這個由大、小鼠細胞混合生長出來的胰臟具有正常的功能,可以穩定嵌合小鼠的血糖值。

既然大小鼠的跨物種器官培養可以成功,那麼換成不同物種應該也可以成功囉?

研究團隊接著嘗試將小鼠和大鼠的全能型幹細胞移植到豬的桑椹胚當中,並將胚胎移植到代理孕母體內(假懷孕的母豬)。但是很可惜的,研究團隊發現不論是正常發育或是發育不良的胚胎,都沒有辦法觀測到老鼠的細胞。因此想要將老鼠的細胞在豬身上培養可能仍有許多的限制。

「會不會是因為老鼠和豬的胚胎大小差距太多了呢?」這個想法迴盪在研究員的腦海中。
「那我們來試試看人的細胞能不能用好了!」

研究團隊接著試著把人類的全能性幹細胞植入牛和豬的囊胚中之後進行體外培養,結果竟然可以看到人類細胞嵌入了胚胎當中!令人振奮的結果讓他們決定嘗試,是否這個嵌合胚胎可以在豬的體內發育成型。

植入人類全能性幹細胞的嵌合胚胎(四週大)。圖/The Scientist

研究人員一共將 1466 顆人-豬嵌合胚胎送入 41 隻當作代理孕母的母豬中,等到 3、4 週時,再將發育後的胚胎取出並觀察。他們一共取出了 186 個胚胎,其中有超過一半有出現發育不良或是胚胎體型較小於控制組的狀況,而一共有 67 個胚胎有出現人類細胞,其中有 17 個是發育正常的。在胚胎的組織切片中,不但能觀察到人類細胞的出現,且這些人類細胞也已成功的分化到各個組織當中。雖然一切看似如此美好,但是很可惜的是目前這些器官有成功混入人類細胞的比例仍然遠低於大小鼠嵌合的情況。

人豬嵌合胚胎中,綠色部分是人類細胞,而紅色則是已分化進組織的部分。圖/Science News

所以,轟動一時的人豬胚胎就這樣而已嗎?

是的,雖然這次研究成功將人類細胞混合其他物種的胚胎進行培養,但是距離能夠實際應用到臨床醫學上還有很大的一段路要走。這篇研究提供了最初步的成果來證實這樣的作法雖然有待加強,但是至少這個目標是有可能的!

同一時間,另一個研究團隊也在《自然》(Nature)上發表了類似的跨物種器官培養研究成果[2]。該團隊是將小鼠的全能性幹細胞打入大鼠的胚胎中,進而培養出含有小鼠細胞的器官(胰臟)。最後將胰臟中的胰島重新移植回有糖尿病的小鼠中,則能有效的將小鼠的血糖維持在正常值。對比人豬胚胎的實驗,這個研究更說明了跨物種的器官培養不只能培養出特定器官,這些器官移植之後也是能有正常功能的。

結語

不論是器官移植還是器官培養,都是依靠了多年的生物醫學經驗累積起來的,絕非一蹴可幾,因此每一次的研究和發現或許並不顯著,但是都能夠使我們朝著這些目標更進一步。


參考資料

  • [1]Wu, J. et al. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells. Cell 168, 473-486 e415, doi:10.1016/j.cell.2016.12.036 (2017).
  • [2]Yamaguchi, T. et al. Interspecies organogenesis generates autologous functional islets. Nature 542, 191-196, doi:10.1038/nature21070 (2017).]
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李紀潔、羅鴻
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來自陽明大學基科所的畢業生,喜歡神經科學、遺傳和演化的企鵝狂熱二人組。本來對科普寫作毫無興趣,在大學老師強烈遊說之下仍然無動於衷,畢業後卻意外開始在泛科學寫科普文章。興趣分別是畫畫和魔術方塊。目前兩人都在德國攻讀神經科學博士,分別專攻老化和神經再生、電生理和動物行為。

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寵物過敏原有很多種,避免飲食過敏困擾,可選擇單一/特殊肉種寵物飼料
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/06/06 ・2173字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 新萃 Nutri Source 委託,泛科學企劃執行。

你有發現家裡的狗狗經常舔自己四肢,或是身上出現不明紅疹?當心這可能是過敏反應。寵物和人類一樣,也會有過敏反應,過敏可依照「來源」分為三種:吸入性過敏、接觸性過敏和食物性過敏。

寵物的過敏源有哪些?

不管是哪一種過敏反應,在人的身上都比較容易發現和排除。但狗狗的過敏卻很難處理,如果是接觸性或吸入性過敏,即使你把家裡打掃得很乾淨,還是無法排除帶狗出去散步時可能接觸到的環境過敏原。因此,對飼主來說,最容易控制的是食物性過敏。

食物性過敏是怎麼發生的呢?其實,「食物過敏」這個詞並不太準確。正確的臨床醫學用詞是「食物不良反應」(Adverse Food Reaction, 簡稱AFR)(Jackson, H. , 2009),指的是吃下食物後身體產生各種不良反應。並進一步分為食物過敏(Food Allergy)和食物不耐受(Food Intolerances)兩種。

如果你看過動漫作品《工作細胞》,你就會知道過敏其實只是免疫系統對特定成分產生的過度反應,因此全名為「過分敏感」;而食物不耐受則並非免疫性反應,而是消化系統無法代謝或對該生物體有毒,例如狗不能吃洋蔥或巧克力,否則會致死等等。

由於寵物沒有選擇權,只能吃飼主提供的食物,如果飼料中恰好有會造成牠 AFR 的成分,就可能產生各種症狀。除了腸胃發炎和拉肚子外,最明顯的外在症狀就是皮膚問題,包括搔癢、脫毛和紅疹等。後者容易被誤判為皮膚性疾病,讓許多飼主狂跑獸醫院的同時,獸醫也難以對症下藥。

雖然曾有研究透過讓醫師用血液或唾液是否檢測出 IgE 抗體來判斷狗是否過敏(Ermel, R et al.,1997),但最新的研究卻發現,無論使用無論血清的 IgE 抗原或是唾液裡的 IgM 或 IgA 抗原都無法有效檢測出狗狗的過敏來源(Udraite Vovk Let al., 2019 & Lam ATH et al., 2019),甚至會造成偽陽性誤判。因此,目前學界公認唯一能識別食物過敏原的方法就是「食物排除法」(Food Elimination Method)。

以食物排除法,找出毛孩的食物過敏原!

食物排除法的原理相當簡單粗暴,類似我們過去在學校做的實驗一樣,抓出「控制組與對照組」。首先,將狗狗的食物換成牠沒吃過、單一來源且易消化的高蛋白質或水解蛋白質;同時嚴格限制牠對其他食物接觸,包括其他人餵食或路上亂吃等可能性都要注意,此為「對照組」,如此持續 8~12 週,觀察皮膚是否有改善。如果確實有改善,那就證明了確實是 AFR 而非皮膚病。

下一步我們可以進行「食物挑戰」,在每餐食物中逐一嘗試可能的過敏原(例如常見的牛肉、雞蛋等),有如「控制組」,等到症狀又出現,就可以確認哪種食物成分是過敏原,未來就可以在飼料中排除,讓狗狗健康快樂地成長。

這個方法需要飼主的大力配合和耐心紀錄,不僅要在漫長的試驗期,更需要在控制期一一排除所有不可能之後,才能找到答案。而其中最困難的部分,也是實驗的基礎可能是第一步:「提供狗狗牠從未吃過,且肉品單一的蛋白質」,這點對多數飼主來說幾乎是不可能的任務,因為大部分的寵物飼料成分都很複雜。不要說狗狗了,搞不好你連自己沒吃過什麼恐怕都不知道。

飼料成分多而雜,可選單一肉種飼料降低過敏。

那該怎麼進行食物排除法呢?別擔心,沒有找不到的肉品,只有勇敢的狗狗。市面上已經有了針對過敏狗狗的低敏飼料,新萃推出了一系列低敏肉,包含單一肉種的袋鼠肉、鹿肉以及野豬等相比牛豬羊等較不容易取得的肉類,是進行食物排除法第一步測試的首選。

此外,新萃牌無論哪種飼料都有美國專利 Good 4 Life® 奧特奇專利保健元素,能促進飼料中的營養都被狗狗完整吸收。不僅過敏的狗狗能吃,有消化不良症的狗狗也適用。

新萃商品選擇的是單一/特殊肉種的成分,低敏感肉品讓寵物吃了更安心。

參考資料

  1. Thus for the purpose of this discussion, although the term food allergy is used throughout, it should be recognized that this term is a presumptive clinical diagnosis and adverse food reaction is a more accurate term for these canine cases. – Consensus
  2. Jackson, H. (2009). Food allergy in dogs – clinical signs and diagnosis.. Companion Animal Practice.
  3. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease – PubMed (nih.gov)
  4. Lam ATH, Johnson LN, Heinze CR. Assessment of the clinical accuracy of serum and saliva assays for identification of adverse food reaction in dogs without clinical signs of disease. J Am Vet Med Assoc. 2019 Oct 1;255(7):812-816. doi: 10.2460/javma.255.7.812. PMID: 31517577.
  5. Direct mucosal challenge with food extracts confirmed the clinical and immunologic evidence of food allergy in these immunized dogs and suggests the usefulness of the atopic dog as a model for food allergy. – Consensus
  6. Ermel, R., Kock, M., Griffey, S., Reinhart, G., & Frick, O. (1997). The atopic dog: a model for food allergy.. Laboratory animal science.
  7. https://www.moreson.com.tw/moreson/blog-detail/furkid-knowledge/pet-knowledge/dog-food-allergen-TOP10/
  8. 狗狗因為食物過敏而搔癢不舒服,為什麼做「過敏原檢測」沒什麼用?
  9. 【獸醫診間小教室】狗狗皮膚搔癢難改善?小心食物過敏! – 汪喵星球 (dogcatstar.com)
  10. 寵物知識+/毛孩對什麼食物過敏?獸醫:驗血完全不準!診斷法只有一個 | 動物星球 | 生活 | 聯合新聞網 (udn.com)
  11. Is there a gold-standard test for adverse food reactions? – Veterinary Practice News
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充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

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猛瑪象能吃嗎?
胡中行_96
・2023/04/20 ・2921字 ・閱讀時間約 6 分鐘

飲食品味有人崇尚創新,有人偏好傳統,還有科學家喜歡走科技復古風:比利時 Paleo 公司從瑞典斯德哥爾摩的古遺傳學中心(the Center for Palaeogenetics),取得 120 萬年前的猛瑪象(mammoth,又稱長毛象)DNA,培養出肌紅素(myoglobin),當作蛋白質添加物。[1]澳洲 Vow 公司也不甘示弱,做了一粒猛瑪象肉丸,於荷蘭 NEMO 博物館亮相,[2]並由荷蘭國立博物館(Rijksmuseum)收藏。[3]

猛瑪象/長毛象。圖/Mistvan on Wikimedia Commons(CC BY-SA 4.0)

精準發酵

Paleo 公司的創辦人兼執行長向媒體表示,他們拿到的猛瑪象 DNA 支離破碎,所以比對亞洲與非洲象來重建序列,再利用酵母精準發酵(precision fermentation),產出肌紅素。他宣稱加入了猛瑪象肌紅素的植物漢堡排,不僅擁有鮮紅的色彩,還別具濃郁的肉品風味。然而,肉品科學專家懷疑這言過其實,畢竟肌紅素佔肉品成份的比重不高。比利時的 Paleo 和澳洲的 Vow 公司,兩家作法最大的差異是:前者的產品不含動物細胞;而後者則做出真的組織。[1]換句話說,就像純素主義者吃果凍的時候,容易誤食的明膠(gelatin),[4] Paleo 的產品源自動物,但不算肉。

培植肉

另一邊,澳洲 Vow 公司弄到不完整的猛瑪象肌紅素基因序列,便拿非洲象的 DNA 來填補。拼湊完成後,放到羊的肌母幹細胞(myoblast stem cells)裡,培養約 2 週。[1, 2, 5]這種在實驗室中長大的肉品,稱為培植肉(cultured meat)。[6]除了遠古動物,也能用現代家禽、家畜與海產等物種。[7]一般的生產步驟,大致如下:

  1. 細胞分離(cell isolation):[8]取得活體動物肌肉的幹細胞,揀選並培養後,儲存於細胞銀行,方便未來使用。[7, 9]
  2. 細胞擴增(cell expansion):[8]從細胞銀行提領一些出來,在無菌環境下,給予養份,令其成長並增殖。[7]
  3. 細胞分化(cell differentiation):[8]一旦增殖到足夠的數量,就加入蛋白質生長因子(protein growth factors)等物質,使其分化成肌肉、脂肪及結締組織等,各種類型的細胞。[7]
  4. 組合纖維(assembly of fibers):[8]採收成品,再以普通的食品加工程序,組合並包裝。[7, 8]
培植肉的製作過程。圖/參考資料8,Figure 1(CC BY 4.0)

吃猛瑪象的利弊

您會想嚐試猛瑪象相關食品嗎?澳洲詹姆士庫克大學(James Cook University)的科技史教授 Hallam Stevens,顯然非常猶豫,還寫了篇文章分析利弊。[6, 10]以下綜合他的幾個看法和其他資料,供讀者於冒險前參考:

  1. 生長激素[6]攝取太多生長激素,會對生長、生育造成負面影響。不過,食品法規能加以限制,而且培植肉使用的量,可以比傳統畜養少。[11]至於精準發酵,則不需要生長激素。[12]
  2. 過敏原[6]參與猛瑪象肉丸開發的澳洲昆士蘭大學(University of Queensland)Ernst Wolvetang 教授表示,不曉得人體的免疫系統,遇到從地球上消失多時的蛋白質,會做何反應。[1, 2]也就是科學家都沒膽吃了,在座的各位請自己看著辦…
  3. 微生物汙染[6]傳統方式生產的海鮮和肉品,在宰殺過程中,難免受細菌、黴菌或病毒汙染;相對地,培植肉風險較低,但仍須謹慎管理倉儲,並且注意來源動物的健康狀況。[13]如果為了避免微生物汙染,便添加抗生素,就會與傳統養殖一樣,面臨抗藥性的問題。[9]另方面,Paleo 公司的官網寫道,精準發酵無須抗生素。[12]
  4. 營養成份:培植肉的營養是否足夠,老實說科學家還不太確定。[6, 9]
  5. 生物多樣性:復刻絕種動物,聽起來好像有機會促進生物多樣性,或至少食物多元化。然而主流的培植肉商品,應該還是以普通禽畜為大宗,並且限定肌肉組織,大概不會包含內臟等其他部位。由於販售的項目完全掌握在廠商手中,最後可能重蹈基因改造食物的覆轍,令特別挑選過的品種稱霸市場,排擠失去經濟價值的物種。此外,這個發展的方向,無助保育瀕危生物。[6]
  6. 溫室效應:精準發酵和培植肉,都標榜節省或使用再生能源,還有排放的溫室氣體,較傳統畜牧業少。[2, 9, 12]最近卻有研究認為,家畜為人詬病的甲烷(CH4),暖化效果其實不如製作培植肉時,釋出的二氧化碳(CO2)持久。所以推廣培植肉,未必能明顯改善全球暖化。[9]
  7. 素食主義:養培植肉的最佳營養品,是取自往生孕牛腹中,死亡胚胎的胎牛血清(foetal bovine serum)。[9, 14]無論是基於宗教還是動保的理由,在素食主義者眼裡,這無疑是殺生。[9]關於這點,澳洲的 Vow 公司強調他們不使用胎牛血清。[2]至於精準發酵而來的猛瑪象肌紅素,或許更容易被接受。畢竟猛瑪象的滅絕,不是現代科學家的錯,而且酵母被動保組織視為純素食材。[15]
  8. 動物保育:儘管 Paleo 和 Vow 公司的猛瑪象創舉,都證明了他們不仰賴活體動物;有論文認為,就培植肉的生產而言,少數動物還是會被養來提供細胞。[9]
  9. 宗教認可:就算釐清什麼是素食了,宗教界目前尚在爭論,實驗室養出來的肉,是否符合猶太、清真等食品規範。[9]
史上第一片培植肉,於 2013 年問世。圖/World Economic Forum on Wikimedia Commons(CC BY 3.0)

食品法規的未來

根據調查統計,高學歷、願意減少宰殺,而且對培植肉有基本概念的年輕葷食者,對此肉品接受度較高。[9]相信泛科學的讀者,有不少屬於這個族群。目前 Vow 和 Paleo 公司雖然都積極行銷,[3, 12]但培植肉與絕種動物衍伸食品,應該不會馬上普及市場。大家仍有時間,針對食安、健康、環保和宗教等層面,仔細思考。同時,各國的立法單位,則要煩惱如何重新定義並檢驗肉品與海鮮,以確保相關法規與時俱進。[9]

澳洲 Vow 公司宣傳片:02:24 開始介紹猛瑪象肉丸;03:03 起為製作流程。影/參考資料5

  

參考資料

  1. Vlamis K, McFall-Johnsen M. (07 APR 2023) ‘A company says it added mammoth DNA to plant-based burgers and that they tasted much more ‘intense’ and ‘meatier’ than the cow version’. Business Insider.
  2. Carrington D. (28 MAR 2023) ‘Meatball from long-extinct mammoth created by food firm’. The Guardian.
  3. We Are Writing the Roles of Food with Cultured Meat’. Forged Vow. (Accessed on 09 APR 2023)
  4. What is gelatin made of?’. People for the Ethical Treatment of Animals. (Accessed on 10 APR 2023)
  5. Forged by Vow. (28 MAR 2023) ‘Introducing the Mammoth Meatball | The world’s first meat made out of the extinct Woolly Mammoth’. YouTube.
  6. Stevens H. (06 APR 2023) ‘A mammoth meatball hints at a future of exotic lab-grown meats, but the reality will be far more boring, and rife with problems’. The Conversation.
  7. Human Food Made with Cultured Animal Cells’. (21 MAR 2023) U.S. Food & Drug Administration.
  8. Bodiou V, Moutsatsou P, Post MJ. (2020) ‘Microcarriers for Upscaling Cultured Meat Production’. Frontiers in Nutrition, 7:10.
  9. Chriki S, Hocquette J-F. (2020) ‘The Myth of Cultured Meat: A Review’. Frontiers in Nutrition, 7:7.
  10. Prof Hallam Stevens’. James Cook University. (Accessed on 09 APR 2023)
  11. Ong KJ, Johnston J, Datar I, et al. (2021) ‘Food safety considerations and research priorities for the cultured meat and seafood industry’. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 20(6): 5421-5448.
  12. Our products’. Paleo. (Accessed on 11 APR 2023)
  13. Ong KJ, Johnston J, Datar I, et al. (2021) ‘Food safety considerations and research priorities for the cultured meat and seafood industry’. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 20(6):5421-5448.
  14. Introduction to Fetal Bovine Serum Collection’. Thermo Fisher Scientific. (Accessed on 11 APR 2023)
  15. Prater D. (27 JAN 2016) ‘What Is Nutritional Yeast? How Will It Change You?’. People for the Ethical Treatment of Animals.
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胡中行_96
119 篇文章 ・ 40 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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器官移植新技術───37度保存三天的肝臟
Charlotte 熊_96
・2022/06/24 ・2699字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

哪些人會需要換肝呢?

需要換肝的族群年齡分佈大致上呈兩大族群,一邊是剛出生帶有先天疾病的小朋友,一邊是後天罹病的成年人[1]。譬如說小兒科會見到的膽道閉鎖,這些小朋友天生膽道就發育不良,膽汁無法順利排到膽管,而淤積在肝臟。如果不處置,會在數個月後快速進展成肝衰竭而有生命危險。

天生膽道就發育不良的小朋友,膽汁無法順利排到膽管,而淤積在肝臟。如果不處置,會在數個月後快速進展成肝衰竭而有生命危險。圖/Pexels

成年人需要換肝的在在台灣以前常見的是因為 HBV 或 HCV 造成的猛爆性肝炎,現在可能就屬肝癌、酒精性肝炎、非酒精性脂肪肝炎、藥物中毒等最為大宗。依照巴賽隆納小細胞肝癌(hepatocellular carcinoma)治療指引[2],在肝功能還未受損太嚴重時,若腫瘤數目、大小、位置理想,肝癌病人是可以接受換肝手術,「治癒」肝癌的。這比起許多以延長幾個月的餘命為目標的癌症治療而言,是很難得的。

台灣其實是特例?國際肝臟移植的現況

據衛福部 2020 年統計數據,台灣 2005 至 2018 總計執行了 6211 例的肝臟移植,其中活體肝臟移植就佔了其中的 4915 例[3]。所謂的「活體」移植就是在幾乎相同的時間內,兩個開刀房、兩組醫護人馬,同時開刀,一邊把受贈者有問題的肝臟取下,一邊把捐贈者的部分肝臟擷取,最後接到受贈者體內。這也常常躍升至媒體,如「捐肝救父」、「捐肝救子」的佳話。

活體移植不僅考驗主刀者的技術、也考驗醫護團隊的默契。開刀只是其中一關,開刀前的配對、開刀後的術後照顧、抗排斥治療等等,皆是重重的考驗。不過台灣日本等國家活體移植的盛行,其實是國際移植界的特例。

台灣活體移植的盛行,其實在國際移植界是特例。 圖/envato

活體移植牽涉到的倫理議題,也讓台灣目前活體移植只限於親屬。若非親屬捐贈,則只能排隊,等意外死亡者的肝臟捐贈。所以在國際上行之有年、且更常見的其實是大體捐贈,一般上會是來自因意外或因疾病而腦死的病人。

肝臟從捐贈者體內被取出後,會在 2-5°C 的液態保存液中暫存,並且在數小時內必須移植到受贈者體內。這黃金數小時,是沒有血液灌流的,換句話說,肝臟組織無法有效率的得到生存所需的氧氣,以及排泄代謝廢物,所以一般來說會把這段黃金時間限縮在 12 小時內。如果算上捐贈肝臟組織的運輸以及兩個手術(捐贈以及受贈者)的時間,整個移植是一個跟時間賽跑的過程。如果到目前為止,這個任務還不夠艱鉅的話,我們可以看看美國的統計數字。

在美國大約有 17,000 人在等肝臟捐贈,但實際上每年只有約 6,500 個肝臟被捐贈[4]。所以肝臟捐贈目前還是非常短缺的,而需要換肝的人在等待過程中,存活機率也一點一滴的流失。

全新的方向:瑞士的跨領域研究

在大體捐贈以及活體移植各有其限制的狀況下,一組在瑞士的人馬開始了一個全新的肝臟移植方式[5]。這群人結合了工程、生物化學以及醫學專業,一起研發了一台機器,可以在體外模擬許多類似人體內的環境,讓肝臟在移植過程中,有最小的轉換過程。可能的環境衝擊包括溶血、血行動力學不穩、溫度控制、血糖控制、肝醣消耗、以及物理壓力造成的組織壞死。而在今年,他們發表了第一個使用此機器的人體肝臟移植案例。

肝臟組織是來自一個 29 歲的年輕病人,因為腹部硬纖維黏液瘤(desmoid fibromatosis),併發長期感染以及敗血症,為了要控制病情而必須切除部分肝臟組織。一般來說,這樣的肝臟組織是不會再捐出去的,不只因為有腫瘤病史,而且又有進行中的感染,如果腫瘤細胞在受贈者體內繼續生長,或是感染持續進行,那麼受贈者的預後一定也很慘淡。但是這組瑞士人馬,在經過捐贈、受贈者兩方同意後,決定利用手術後剩下的肝臟組織。於是這個被取下來的肝臟組織,在肝門靜脈、肝動脈、下大靜脈、以及總膽管都被恰當的接到機器上後,就開始了這個神奇的體外之旅

一切的變因都盡量模擬體內環境,包括溫度(37 度)、血液灌流速度、脈衝式血壓,並且持續抗生素(因為捐贈者有細菌以及真菌感染)。三天後,這個肝臟再重回人體中,是位 62 歲的受贈者。

瑞士的跨領域研究團隊研發了一台機器,可以在體外模擬許多類似人體內的環境,讓肝臟在移植過程中延長保存時間。圖/Pixabay

這個嘗試特別的地方在於,雖然肝臟在體外保存了三天,卻沒有在大體捐贈常見的組織再灌流傷害(是指經過一段缺血的時間後,血管重新被打通,血液帶來充足的氧氣,但同時也產生很多自由基),這是只有活體捐贈才比較能看到的優點。而且可能因為肝臟先天免疫功能的保留,後續的排斥反應並不明顯,病人術後的抗排斥藥用量逐步地降低。與此同時,體外保存期間還可以持續治療,譬如在這個例子中的抗生素治療,讓一些本來無法使用的組織,變成可以捐贈的祝福。

肝臟移植的一線曙光

雖然在台灣大體肝臟捐贈比較不常見,反而活體肝臟移植是比較盛行的做法,但活體移植仍存有道德辯證、危害健康捐贈者健康等等的疑慮。畢竟捐贈者一般都是健康人,而捐肝的大手術也是有一定的風險的。

在這個器官需求者眾、捐贈者匱乏的社會中,這個體外保存的技術絕對是一個令人興奮的新發明。只是就像任何新的醫學發明,臨床的資料需要長期而且大量病患的累積,才能有足夠的證據支持。這個幸運的受贈者已經持續被追蹤了一年,也許再五年、十年,再百個、千個病人,而有了世代研究,體外保存技術將會變成移植醫學的顯學。

在這個器官需求者眾、捐贈者匱乏的社會中,肝臟體外保存的技術絕對是一個令人興奮的新發明,幫助更多人。圖/Pexels

參考資料

  1. Kasper, D. L., Fauci, A. S., Hauser, S. L., Longo, D. L. 1., Jameson, J. L., & Loscalzo, J. (2015). Harrison’s principles of internal medicine (19th edition.). New York: McGraw Hill Education.
  2. Llovet, J.M., Fuster, J. and Bruix, J. (2004), The Barcelona approach: Diagnosis, staging, and treatment of hepatocellular carcinoma. Liver Transpl, 10: S115-S120. 
  3. 衛福部公布:我肝移植成功率逾八成高雄長庚雙冠王
  4. https://hospital.uillinois.edu/primary-and-specialty-care/transplantation-program/liver-transplantation/your-liver-transplant-options/cadaver-liver-transplant
  5. Clavien, PA., Dutkowski, P., Mueller, M. et al. Transplantation of a human liver following 3 days of ex situ normothermic preservation. Nat Biotechnol (2022).

Charlotte 熊_96
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著迷於世界的多彩,也希望帶給人對生命的熱愛。現任美國愛因斯坦醫學中心小兒科住院醫師,畢業於台大醫學系。目前最希望成為小兒心臟科醫師,也沒忘從高中就想去無國界醫生當臨時醫師的夢想。 https://www.instagram.com/charlottethesunbear/