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來認識醫療新招式「細胞治療」及「基因治療」:在台灣的發展還需哪些政策配套?

Research Portal(科技政策觀點)_96
・2018/08/03 ・4595字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 601 ・九年級

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

  • 作者/ 陳淵銓 、 李慧芳
本圖改作自Created by qimono @pixabay。版權適用聲明: CC0 Public Domain-可以做商業用途-不要求署名

細胞治療係取自人類自體﹙autologous﹚細胞或同種異體﹙allogeneic﹚細胞,經加工或體外培養程序,再將整個細胞引進病人體內使用,以診斷、治療或預防人類之疾病;基因治療則利用分子生物學的技術將特定基因導入患者體內,以檢測標的基因組或造成標的基因組重組,從而診斷、治療或預防人類之疾病。

細胞治療起初主要用於抑制器官或骨髓移植時引起的排斥(rejection)反應。基因治療產品起初主要用於治療罕見疾病或遺傳性疾病,但近來二者已往適用於治療心血管疾病、神經退化性疾病、代謝性疾病及癌症等發展,並獲相當成果。實際臨床應用於病人,在國外被列為所謂先進醫療產品(advanced therapy medicinal product, ATMP)

國外自 1997 年起始上市的細胞及基因治療產品

細胞治療產品自 1997 年 Carticel 首先獲得美國食品藥物管理局(US FDA)核准,迄今已有許多品項在國際上核准上市(表1),並於病人身上臨床應用,有些產品仍在研發或臨床試驗中,預期會有更多產品陸續核准上市。

表2:國外核准的細胞治療產品。(點圖放大)資料來源:本研究整理。
  • 縮寫:Hemacord (HPC, Cord Blood); Mesenchymal stem cell (MSC); Matrix applied characterized autologous cultured chondrocytes (MACI)

基因治療產品則主要仍在研發或臨床試驗階段,臨床試驗大多在美國、歐洲及澳洲進行(Goncalves 2017),但也有已核准上市者,如用於治療家族性脂蛋白脂質分解酶缺乏症(familial lipoprotein lipase deficiency, LPLD)的 Glybera (alipogene tiparvovec)是歐洲藥物管理局(European Medicine Agency, EMA)核准的第一個基因治療產品(2012 年 7 月)。

美國食品藥物管理局則分別已核准 2 種使用嵌合抗原接受體 T 細胞 (chimeric antigen receptor T cells, CART) 療法的基因治療產品,包括用於治療 25 歲以下的復發性和難治性 B 細胞急性淋巴性白血病 (acute lymphoblastic leukemia) 患者的 Kymriah(tisagenlecleucel)(2017年8月)和特定型大B細胞淋巴瘤(large B-Cell lymphoma)成人患者的 Yescarta (axicabtagene ciloleucel) (2017年10月)。

細胞及基因治療在國外發展相當迅速,先進國家對這種產品的相關法規通常有暫時性或條件性的規定,審查機制則較具彈性(flexibility)或有快審制度(fast track)。儘管細胞及基因治療產品在國外已蓬勃發展,但綜觀先進國家發展的經驗,仍可發現它們曾遭遇或正在面臨一些挑戰(Goncalves 2017, Sipp 2017, Chen 2017, Kimmelman 2016, ISSCR 2016, Almasbak 2016, Das 2015)(表2)。

表2:先進國家發展細胞及基因治療產品的主要挑戰。(點圖放大)資料來源:本研究整理。

細胞及基因治療產品在國內的現況

我國雖尚未核准任何細胞或基因治療產品上市,但已制定「人類細胞治療產品臨床試驗申請作業及審查基準」、「人類細胞治療產品查驗登記審查基準」及「人體試驗管理辦法」等相關法規,分別規範細胞治療產品的臨床試驗申請程序、查驗登記審查基準及相關人體試驗研究的管理。

「細胞及基因治療產品管理法草案」則已於 2017 年 7 月 25 日公告讓社會大眾提供意見,草案內容參考美國、歐盟及日本等國內外相關立法例而擬具,考量細胞及基因治療產品之特性及實際醫療使用情形,規範經人類細胞加工之細胞及基因治療產品應符合本法之規定,並就相關產品之上市販賣審查,制定所謂「附條件期限之承認制度」。

根據「人體試驗管理辦法」的規定:

醫療機構為治療危及生命或嚴重失能之病人,在國內尚無有效之藥品、醫療器材或技術可資適用時,得就經中央主管機關核准,且累積相當安全數據之人類細胞治療人體試驗,擬訂附屬計畫,連同已核准之原人體試驗計畫影本,依規定審查通過後,向中央主管機關申請核准使用於符合相當適應症而未能符合原人體試驗受試者資格者。

因此,有關細胞治療產品的使用,國內醫療機構已可依現行法規擬訂治療計畫(treatment protocol),向衛生福利部申請核准於人體臨床應用,申請的流程和架構亦已建立(圖1)。

細胞治療產品申請流程及架構。資料來源:引用Cell therapy regulation in Taiwan. Cell Transplantation, 13 March 2017; 26(3):483-492;本研究整理。
  • 縮寫:Good Clinical Practice (GCP); Good Distribution Practice(GDP); Good Laboratory Practice(GLP); Good Tissue Practice(GTP); Pharmaceutical Inspection Convention and Pharmaceutical Inspection Co-operation Scheme/Good Manufacturing Practice (PIC/S GMP)。

有關細胞治療產品許可證的核發,參考日本醫藥品醫療機器總和機構(Pharmaceuticals and Medical Devices Agency, PMDA)的作法,設計一種暫時性許可證制度供醫療機構申請,從2016年開始,國內醫療機構在完成臨床試驗第一期後,得先核發適應性許可證(adaptive licensing),細胞治療產品即可提供病患使用,此作法在臨床試驗第二、三期使用過的病患數預計會比經正常程序核發許可證者為多(圖2)。

這種彈性的作法已於 2017 年 7 月 25 日公告之「細胞及基因治療產品管理法草案」第六條(附條件及期限之暫時性許可)中正式規定︰

細胞及基因治療產品推定具備有關申請之療效性,與確認安全性者,經中央衛生主管機關審查後,得核發附條件及給予不超過五年效期之暫時性許可證。

部分細胞及基因治療產品尚未進行療效驗證,但有足夠數據可推定其療效,為顧及國民得儘速使用細胞及基因治療產品之權利,在確保安全性之前提下,爰參照日本藥機法二十三條之二十六規定,給予附條件、期限之暫時性許可證,與第六條之許可證區隔。

依本條取得暫時性許可證之細胞及基因治療產品,應持續進行細胞及基因治療產品之使用成效試驗,並於效期內重新申請查驗登記,如符合第六條規定者,改發給產品許可證。

細胞治療產品的適應性許可證核發―治療計畫(A)正常程序核發許可證 (B)適應性許可證核發
資料來源:引用Cell therapy regulation in Taiwan. Cell Transplantation. 13 March 2017; 26(3):483-492; 本研究整理

在國內相關政策、制度及法規逐漸建立的情況下,我們預期在不久的將來,應會有細胞或基因治療產品在台灣正式核准上市,展望未來,政府須有相關政策促進其發展。

  1. 研發創新:目前新產品開發進展快速,技術逐漸成熟,臨床應用範圍日益廣泛,為促進醫藥科技的創新,與先進國家並駕齊驅,應鼓勵相關產品的研發及生產,並培養研究、經營及管理的人才,促成製藥產業的升級與進步。
  2. 產學合作:應建立產官學界合作的管道和交流的平台,促成國際合作及經驗交流,鼓勵轉譯醫學(translational medicine)的發展,使得基礎研究能與臨床應用結合。
  3. 醫療精進:因產品具有高度科學性、專一性及客製化的特徵,為符合病患個體的精準醫療(precision medicine)的需求,應創造一個生物經濟(bioeconomics)體系和建立因應個體差異的人體生物資料庫(biobank)

目前國內研究及醫療機構正在合作建置台灣人體生物資料庫(Taiwan biobank),主要是結合基因與其他醫學資訊,針對本土常見疾病進行大規模的世代研究與病例對照研究,藉此瞭解國人常見疾病之致病因子與機轉,有助於改善疾病治療方針、預防策略及降低醫療成本(台灣人體資料庫網站)。

圖/pixabay

參酌先進國家發展的經驗及前例,面對細胞及基因治療產品可能在台灣帶來的衝擊或挑戰,應有以下因應的政策規劃:

  1. 法規的制定和修訂:相關法規的制定與修訂應及時並有彈性,並建立條件式許可(conditional approval)制度,審查程序須有快審制度及溝通機制,讓有些尚未進行療效驗證,但有足夠數據可推定其療效之細胞及基因治療產品,在確保安全無虞的條件下,在民眾面臨嚴重情況(serious condition)或未被滿足的迫切醫療需求(unmet medical need)時得儘速使用之。
  2. 利益和風險的評估:細胞及基因治療產品雖能治癒病痛,帶給病患恢復健康的曙光,但異體外來基因或重組基因在人體內有引發不良反應甚至致病(癌)的風險,須建立一套科學性的風險評估機制,確保利益高於風險。
  3. 利益相關者的擴大參與:增加利益關係人(如醫師、病人、專利持有者及產品生產者等)對產品風險評估的參與,可能會增加可接受利益/風險閥值(threshold for benefit-risk ratio)制定的複雜性,須確保資訊的公開透明和建立包括所有利益相關者的溝通機制。
  4. 個人利益和公共利益的平衡:細胞及基因治療產品須長期使用,具潛在高利潤性,為避免專利的爭奪及臨床應用的商業化,應擬定相關政策制定完善的專利申請及醫療付費、保險制度。
  5. 經費及負擔的考量:細胞和基因治療產品研發經費及人力通常耗費龐大,但獲利很難預估,例如Glybera獲得核准進入歐洲市場後,目前製造廠已經因為成本回收不如預期而暫停生產了(Nicol 2017)。因此,收入及利益須高於耗費,為確保收支至少保持平衡,產業投入生產前應有先期財務評估計畫。

新興的醫療方法,將在台灣如何發展?

圖/pixabay

細胞及基因治療是新興的醫療方法,為人類醫療開創了新的領域,在國外有不少生技公司和藥廠研發和生產相關產品,並已獲核准供病人使用。近來,由於生物技術之快速發展,細胞培養、加工及保存等技術逐漸成熟,國內研究人員亦積極投入各種細胞及基因治療產品的開發,並計畫將相關產品實際於臨床應用,以尋求疾病治療之突破,改善病人的生活品質。

衛生福利部、科技部再生醫學科技發展計畫辦公室、生技新藥發展協會及相關醫學會、研究機構曾於 2017 年 9 月 16 日召開再生醫學與細胞治療倫理法規論壇,討論「細胞及基因治療產品管理法草案」的內容及可能面對的困難或挑戰,先期了解和溝通各界的意見,以確保病患權益,並對可能衍生的倫理問題提供解決之道,使得未來可能核准上市的細胞及基因治療產品能在國內長期良性發展。

我國雖然尚未核准任何細胞及基因治療產品在台灣上市,但相關法規已制定或正在研擬中,準備因應相關產品於臨床應用上的需求,但考量細胞及基因治療產品之新穎性、特異性及複雜性,其管理方式應與其他藥物不同,進而促進產業發展,並保障病人權利。綜觀國際潮流趨勢及國內發展現況,政府應有前瞻性的政策規劃,在兼顧醫療之品質、安全、有效及倫理的條件下,開創美好的前景並避免負面的效應。

參考文獻

  1. 人類細胞治療產品臨床試驗申請作業及審查基準(2014年9月17日公告)。
  2. 人類細胞治療產品查驗登記審查基準(2015年7月公告)。
  3. 人體試驗管理辦法(2016年4月17日修正公告)。
  4. 台灣人體資料庫網站(資料取自:https://www.twbiobank.org.tw/new_web/ )。
  5. 再生醫學與細胞治療倫理法規論壇(2017年9月16日於中央研究院人文館國際會議廳舉行)。
  6. 細胞及基因治療產品管理法草案(2017年7月25日公告於衛生福利部食品藥物管理署網站)。
  7. Almasbak H, Aarvak T, Vemuri MC. (2016). CART cell therapy: a game changer in cancer treatment. Journal of Immunology Research. 2016; 2016:5474602.
  8. Chen YC, Cheng HF, and Yeh MK (2017). Cell therapy regulation in Taiwan. Cell Transplantation. 13 Mar. 2017; 26(3):483-492.
  9. Das SK, Menezes ME, Bhatia S, Wang XY, Emdad L, Sarkar D, Fisher PB. (2015). Gene therapies for cancer: strategies, challenges and successes. Journal of Cell Physiology. Feb. 2015; 230(2):259-71.
  10. Goncalves GAR, Paiva RMA. (2017). Gene therapy: advances, challenges and perspectives. Einstein (Sao Paulo). 15 Jul-Sep 2017; 15(3):369-375.
  11. ISSCR(International Society for Stem Cell Research)2016 guidelines for stem cell research and clinical translation (12 May, 2016).
  12. Kimmelman J, Hyun I, Benvenisty N, Caulfield T, Heslop HE, Murry CE, Sipp D, Studer L, Sugarman J, Daley GQ. (2016). Policy: global standards for stem-cell research. Nature. 19 May 2016; 533(7603):311-313.
  13. Nicol D, Eckstein L, Morrison M, Sherkow JS, Otlowski M, Whitton T, Bubela T, Burdon KP, Chalmers D, Chan S, Charlesworth J, Critchley C, Crossley M, de Lacey S, Dickinson JL, Hewitt AW, Kamens J, Kato K, Kleiderman E, Kodama S, Liddicoat J, Mackey DA, Newson AJ, Nielsen J, Wagner JK, McWhirter RE. (2017). Key challenges in bringing CRISPR-mediated somatic cell therapy into the clinic. Genome Medicine. 2017; 9:85.
  14. Sipp D, Caulfield T, Kaye J, Barfoot J, Blackburn C, Chan S, De Luca M, Kent A, McCabe C, Munsie M, Sleeboom-Faulkner M, Sugarman J, van Zimmeren E, Zarzeczny A, Rasko JEJ. (2017). Marketing of unproven stem cell-based interventions: A call to action. Science Translational Medicine. 5 Jul. 2017; 9(397).
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「糖果代碼」如何幫助我們分辨藥品真偽?
胡中行_96
・2022/05/26 ・2216字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

在澳大利亞的兒童派對上,常出現一種繽紛奪目,胖死人不償命的點心,叫做「仙子麵包」(fairy bread)。

其做法相當簡單,就是在吐司上塗奶油,灑滿多彩糖珠(nonpareils),再切成三角形[1]。美食與食譜網站不時會介紹它的各種華麗變體,例如:「仙子漢堡」、「仙子蛋糕」等[2,3]

澳大利亞的兒童派對上經常出現的點心「仙子麵包」。圖/Wikipedia

不過,現在有個美國的創新版本,卻是抱著救世的精神,榮登科學期刊。

偽造藥品極難分辨真偽

偽造和不合格的藥品,不僅在全世界害人無數,每年還造成 2 千億美元的經濟損失。開發中國家所受的影響尤為嚴重,國際衛生組織(World Health Organisation)估計當地 1/10 的藥物都是假貨[4]。仿冒藥品和印刷偽鈔的概念雷同,正邪雙方拼的是製造和辨識的技術。

就拿澳洲藥物管理局(Therapeutic Goods Administration)官網上的照片來說,三粒外觀神似的輝瑞(Pfizer)藥丸齊聚一堂,令人看了直呼真假難辨[5]!就算仔細觀察它們的形狀、顏色、拼字與外包裝,又有幾個普通民眾看得出哪幾粒不能吃?

上面是真的輝瑞(Pfizer)出品的藥丸,下面二粒是仿冒品。圖/參考資料 5

目前幾種藥物防偽技術,雖然理論上可行,但實際操作起來,多少都有缺點。比方說:

  1. 在膠囊上壓印(indentation)一串編碼,再用特定的閱讀器來解碼[4]
  2. 於每粒藥丸上印QR code,然後拿顯微鏡辨識[4]
  3. 大幅改動原本的製藥程序,用螢光墨水或微模成型(micro-moulding)產生QR code,再透過智慧型手機的相機讀取[4,6]
  4. 調整製藥配方,在藥物外層的膜衣(film-based formulations)印上識別[4]

這些方法都勞師動眾,不易普及。

業界的福音「糖果代碼」誕生

正在業界苦無新法之際,2022 年 5 月 6 日《科學報告》(Scientific Reports)期刊,發佈了〈糖果代碼:一種簡單、普遍、獨特、可食用,且能確認藥物真實性的識別[4]。該文作者美國科學家 William H. Grover,彷彿以「灑水觀音」之姿,慈悲地潑灑糖珠,祈願杜絕偽藥氾濫,並就此解救天下蒼生。

首先,他把撒糖珠的動作,輕鬆地加到現行的製藥程序裡。不管藥廠做的是藥丸、藥片或膠囊,沒有糖珠附著不了的固體。當糖珠被隨機揮灑,便會在固體表面形成獨特的圖案。就像沒有一塊「仙子麵包」長得完全相同,每粒裹上糖珠的藥丸從此也有了個人專屬的外表。儘管它們不會因此引領時尚潮流,但至少宛如 QR Code 附體,有了獨一無二的「糖果代碼」(CandyCodes)[4]

接著,所有換上新裝的藥丸,在離開藥廠之前,都要來張個人紀念寫真。透過攝影,單一藥丸上每顆糖珠的位置與顏色,都將被記錄在藥廠的資料庫中。若嫌圖檔不好用,也可以將糖珠的排列組合,編成字串以利存取。如此一來,當藥丸抵達消費者手中,後者只要用手機拍照上傳給藥廠,就可以比對「糖果代碼」,為藥丸驗明正身[4]

糖果代碼」可以讓消費者向藥廠確認藥品的真偽。圖/參考資料 4

至少可以創造出1017 組不會重複的糖果代碼

說到排列組合,學過「庭院深深深幾許」的讀者,是否好奇「糖果代碼」的各種可能性,夠不夠應付藥廠的龐大出貨量?科學家 William H. Grover 採用每顆 2.3 毫克,8 種不同顏色的糖珠:深藍、淺藍、紅、粉紅、綠、橙、黃和白色。每顆能編寫 3 個 2 進位(23=8)位元的資訊,於是 1 公斤的糖珠就可乘載 130 萬位元的資訊量。此外,糖珠的售價相當便宜,1 美元能購買 2 萬 9 千顆糖珠[4]

由於糖珠是隨機地包覆在藥丸外層,排列組合的結構,比 1D 的條碼和 2D 的 QR code 複雜。美國科學家 William H. Grover 用 Python 語言,寫了個程式來將每張藥丸的照片,轉換成一條條二進位的代碼字串,再計算可能性的總數。經過一番努力之後,他推估這個做法,足以創造 1017 組不會重複的「糖果代碼」。如果還是擔心數量不夠,也可以使用更多顏色,或不同形狀及尺寸的糖珠,來增加排列的組合[4]

科學家William H. Grover用Python程式來將藥丸的照片,轉換成二進位的代碼字串。圖/參考資料 4

當然,科學家的野心絕不侷限於製藥,否則跟只會做或吃「仙子麵包」的販夫走卒,又有何差異?William H. Grover 認為「糖果代碼」的概念,將來還可以被運用在其他產品。例如:於瓶蓋或其他包裝上,黏貼彩色的小粒子,來遏制盜版[4]。雖然他的願景才剛被《科學報告》期刊公諸於世,但將來或許就真的被廠商採用了。到時候市面上,便會充斥著各式各樣的仙子商品。

也可將「糖果代碼」用於瓶蓋或其他包裝上,來遏制盜版。圖/參考資料 4

參考資料

  1. Meanings and origins of Australian words and idioms (Australian National University, 2017)
  2. Fairy’s Burger at Mary’s (Gourmet Traveller, 2016)
  3. Fairy bread cake (SBS)
  4. CandyCodes: simple universally unique edible identifiers for confirming the authenticity of pharmaceuticals (Scientific Reports, 2022)
  5. How to spot a counterfeit medicine (Therapeutic Goods Administration, 2020)
  6. Drug-laden 3D biodegradable label using QR code for anti-counterfeiting of drugs (Materials Science and Engineering: C, 2016)
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胡中行_96
81 篇文章 ・ 29 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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我們哪裡不一樣?為何在小鼠實驗有效的抗癌藥,常在人體試驗失靈?
羅夏_96
・2021/05/09 ・3424字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

想必你一定有在新聞媒體上看過這樣的標題:「癌症病患新曙光,XX 抗癌藥在動物實驗上表現亮麗!」。但大部分的藥物進入臨床試驗後,卻常常出現藥效不佳的結果,動物實驗和人體試驗之間,似乎有一道難以跨越的鴻溝

針對這個問題,近期發表在 Nature Communications 上的研究提出一種可能的解釋1

動物實驗和人體試驗之間,有一道難以跨越的鴻溝。圖/Pexels

動物模式?癌症動物模式?

動物實驗是藥物開發中非常重要環節,藥物必須先在動物實驗中確認其機制、劑量與副作用等多種資訊和安全性後,方能進入臨床試驗。當然,抗癌藥物也不例外。

所謂的動物模式,就是指「在動物身上進行生物、行為之研究成果,及在動物產生的先天或誘發性病理變化,在人類或另種動物有類似現象,以作為參考,此稱為動物模式」2

其中,當動物模式用於癌症時,我們可以稱之為癌症動物模式,用於測試癌症新藥的實驗動物中,實驗小鼠因其成本低、體積小、易操作,並且有著豐富的多樣性和生理遺傳資料等特性,是最常使用的癌症動物模式。

科學家如何將癌細胞「移植」到小鼠身上?

小鼠的癌症動物模式,根據移植方式可分為以下兩類:

(一)同種移植 (Allogeneic Model):將同種小鼠體內所產生的癌細胞,移植到同種小鼠身上。

這種方式的優點是方便、快速、成本低,且能避免小鼠免疫系統對移植的癌細胞產生排斥反應。缺點在於小鼠和人類的癌細胞在生理上並不同,未能反應藥物的真實效果。

(二)異種移植 (Xenograft Model):將非小鼠所產生的癌細胞,移植到小鼠身上。

這種方式的好處在於,將人體產生的癌細胞移植到小鼠身上,可以更好還原人體癌細胞的生理反應,更清楚藥物對癌細胞的作用。但壞處就是正常小鼠的免疫系統會對移植的癌細胞產生排斥反應,因此需要使用免疫功能缺乏的小鼠來進行,成本較高。

而異種移植,依據移植細胞的來源,又可分為兩類模型:

  1. 細胞株異種移植 (Cell line-derived xenograft, CDX):將已建立的腫瘤細胞株註1移植到小鼠身上。因移植的細胞株已在體外培養多代,所以細胞的來源和特性一致,可快速建立模型,但細胞株在體外培養的過程中,其生理特性會與原始腫瘤組織逐漸不同。
  2. 人源性腫瘤細胞異種移殖 (Patient-derived xenograft, PDX):將病患身上的腫瘤組織直接移植到小鼠身上。此方法能保存腫瘤組織的原始樣貌(例如腫瘤微環境),更能反應腫瘤的真實生理特性,不過建立此模型的成本較高。

PDX 是直接將病患的腫瘤組織移植到小鼠體內,更好的保留了腫瘤組織的生理特性,因此在藥物測試上比 CDX 更具臨床意義,這讓 PDX 模型成為越來越多抗癌藥物在動物實驗上的首選。

雖然 PDX 能更準確地重現人類腫瘤,但令人不解的是:

為何許多在 PDX 中能有效對抗腫瘤的新藥,在臨床試驗卻常以失敗告終?

近日,美國德克薩斯大學休斯頓健康科學中心和麥戈文醫學院的研究團隊,針對這個問題提出一個可能的解釋:病毒感染

實驗不準可能是病毒惹的禍?

引起他們注意的是 2018 年的一份報告3,該報告指出:

大腸癌 PDX 模型中的大腸癌組織,可偵測到鼠白血病病毒 (Murine leukemia virus, MLV)註2的 DNA,但病患的大腸癌組織並沒有鼠白血病病毒的 DNA。

因此該報告推測,這些小鼠身上的人類腫瘤組織可能被鼠白血病病毒感染了,也就是說鼠白血病病毒極有可能會感染 PDX 中的人類腫瘤組織。

為了驗證這個可能,首先研究團隊分析了 PDX 資料庫中 184 個 PDX 模型的基因數據,結果顯示,腫瘤組織內有鼠白血病病毒DNA 數據的 PDX 模型,多達 170 個。

PDX 腫瘤細胞可以檢測到 MLV。圖/參考資料 1

鼠白血病病毒從哪裡來?

為了排除鼠白血病病毒是來自 PDX 模型內小鼠細胞的可能,他們分離出 PDX 內的單一個腫瘤細胞,並和病患的腫瘤細胞一同進行定序分析。

結果顯示,科學家無法在病患的腫瘤細胞偵測到鼠白血病病毒的 DNA,但卻在 PDX 模型內的腫瘤細胞找到了,這證實了,小鼠體內的鼠白血病病毒會感染人類的腫瘤組織

PDX 單個腫瘤細胞與病患腫瘤細胞的定序示意。圖/ 參考資料 1

你可能會問,鼠白血病病毒感染對腫瘤組織有甚麼影響?影響可大了!

研究團隊發現,被感染的腫瘤組織其基因表現模式和原始腫瘤組織不同。

當腫瘤感染越多的鼠白血病病毒,腫瘤組織內與免疫反應、藥物代謝的相關基因群,其表現模式會顯著改變,這讓 PDX 腫瘤組織對藥物的反應,很可能不同於原始腫瘤組織

鼠白血病病毒可以活化 T 細胞!

文章中提出一個免疫療法的例子:PD-1 和 PD-L1。

正常 T 細胞會去攻擊腫瘤細胞,但 T 細胞表面上有一個名叫 PD-1 (Programmed cell death protein 1) 的蛋白質,當蛋白質活化時,它會抑制 T 細胞的活性。

而腫瘤細胞為了避免 T 細胞的攻擊,會在細胞表面上產生 PD-L1 (Programmed cell death 1 ligand 1) 這個蛋白質,當 PD-L1 與 T 細胞表面上的 PD-1 蛋白質結合後,就會抑制 T 細胞的活性,讓腫瘤細胞躲避 T 細胞的攻擊。

針對這個機制,目前常用的免疫療法就是阻斷 PD-1 和 PD-L1 的結合(加入 PD-1 或 PD-L1 抑制劑),讓 T 細胞的活性不會被腫瘤細胞抑制。

PD-1 和 PD-L1 的作用與其抑制劑 (Anti PD-1/PD-L1) 的應用。圖/免疫療法:Anti PD-1 和 Anti PD-L1

研究團隊發現感染越多鼠白血病病毒的腫瘤組織,PD-L1 的表現會越少,這讓腫瘤細胞抑制 T 細胞的能力降低,此時,若科學家再加入 PD-L1 的抑制劑,就會讓小鼠的 T 細胞大舉活化,讓腫瘤細胞大量死亡

如此一來,在動物實驗的階段中,科學家可能就會高估了 PD-L1 抑制劑的效果!在 PDX 模型中,雖然 PD-L1 抑制劑看似有效,但進入人體試驗後效果可能會大打折扣。

在人體的臨床試驗中,因為人體腫瘤組織並沒有被鼠白血病病毒感染,PD-L1 的表現量比 PDX 模型更多,抑制 T 細胞的能力更強,如果 PD-L1 抑制劑的效果不夠強或者劑量太少,很難產生效果。

別擔心,PDX 模型並未被全盤否定!

過去科學家們都認為,由於 PDX 模型是直接將未經處理的病患腫瘤組織移植到小鼠體內,在各方面保留大部分腫瘤的生理特點,因此具有較好的臨床療效預測性,但也許事實並非如此。

這篇研究的結果顯示,某些抗癌藥物雖然在 PDX 模型中療效顯著,但由於藥物殺死的是被鼠白血病病毒感染的腫瘤細胞,和原始人類腫瘤的生理特性已不同,因此藥物在人體試驗中可能無效。

當然這個研究並非否定 PDX 模型,而是提出改進方向,PDX 仍是目前最能反應真實人類腫瘤特性的動物模型,只是,未來科學家在使用 PDX 模型時,需定期對實驗動物進行病毒感染測試,從而減少病毒對腫瘤組織的影響。

另外病毒感染也只提供一部份解釋,相信隨著更多研究的投入,能讓我們更了解動物實驗和人體試驗間的鴻溝。進而讓我們設計出更好的動物模型,提升藥物開發的效用與安全性。

註釋

  1. 細胞株:細胞株是指原始細胞(可能來自組織、器官或細胞)經過篩選後,可重複培養的細胞群。細胞株培養出的每個細胞狀態都極為相似,因此是研究細胞生物學的重要材料。
  2. 鼠白血病病毒 (Murine leukemia virus):是一種能導致鼠類產生腫瘤的反轉錄病毒,目前發現也會感染其他脊椎動物。

參考資料

  1. Yuan, Z., Fan, X., Zhu, JJ. et al. Presence of complete murine viral genome sequences in patient-derived xenografts. Nat Commun 12, 2031 (2021).
  2. 梁善居/國防醫學院動物中心主任:第九章-人類疾病之動物模式(Animal Models for Human Diseases)
  3. Bock, S., Mullins, C. S., Klar, E., Pérot, P., Maletzki, C., & Linnebacher, M. (2018). Murine Endogenous Retroviruses Are Detectable in Patient-Derived Xenografts but Not in Patient-Individual Cell Lines of Human Colorectal Cancer. Frontiers in microbiology, 9, 789. 
  4. Why some cancer drugs may be ineffective
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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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瑞德西韋治療 COVID-19 有效嗎?來看看兩個初步研究結果
miss9_96
・2020/04/29 ・3173字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 575 ・九年級

最受矚目的瑞德西韋,臨床試驗如何進行?

多國研究團隊於 4 月 10 日發佈了對於瑞德西韋(Remdesivir)初步療效的結果。初步顯示,使用瑞德西韋(Remdesivir)治療 53 名罹患新型冠狀病毒之疾病(COVID-19)的重症病人,有 36 例(約 68%)好轉。 1

瑞德西韋的臨床試驗設計:觀察疾病的變化,藉此判斷瑞德西韋的療效。

  1. 研究限制:僅有實驗組(即提供 Remdesivir),缺少對照組(不給藥)。
  2. 研究人數:53 名重症患者
  3. 療效判定:以供應氧氣的狀態,區分疾病嚴重程度。
  4. 嚴重程度分為 6 種等級
    • 等級1:不須住院/出院(discharged)
    • 等級2:住院,無須給氧(not requiring supplemental oxygen)
    • 等級3:住院,低流量給氧(low-flow oxygen)
    • 等級4:住院,非侵入式給氧(noninvasive mechanical ventilation)
    • 等級5:住院,侵入式給氧(invasive mechanical ventilation, ECMO)
    • 等級6:死亡(Death)

治療前患者的狀態

狀態/級別 等級 1 等級 2 等級 3 等級 4 等級 5 等級 6
住院與否 住院 住院 住院 住院 死亡
治療措施 無須給氧 低流量給氧 非侵入式給氧 侵入式給氧
人數(人) 0 2 10 7 34 0

瑞德西韋(Remdesivir)的臨床試驗結果

本研究中的 53 人、治療 18 天,有 36 人好轉(68%),若拉長觀察至 28 天,則好轉比例提升至 84 %。

而 7 例(13%)給藥後仍然死亡。32 位患者(60%)出現副作用,為肝酶升高(暗示肝臟損傷),腹瀉,皮膚出疹,腎功能不全和低血壓。

治療後患者的狀態(追蹤 18 天)

狀態 嚴重程度級別/人數 治療前
等級 5 等級 4 等級 3 等級 2
34 人 7 人 10 人 2 人
死亡 治療後 等級 6 6 人(18%) 1 人(14%) 0 0
侵入式給氧 等級 5 9 人(26%) 1 人(14%) 0 0
非侵入式給氧 等級 4 3 人( 9%) 0 0 0
低流量給氧 等級 3 0 0 0 0
未額外給氧 等級 2 8 人(24%) 0 0 0
出院 等級 1 8 人(24%) 5 人(71%) 10 人(100%) 2 人(100%)
改善比例 19 人(56%) 5 人(71%) 10 人(100%) 2 人(100%)

由上表知,34 例嚴重等級 5 的患者(使用葉克膜,或侵入式給氧),總共有 19 人改善(8人出院、8人移除給氧裝置、3人改以非侵入式給氧)。無改善計 9 人,死亡 6 人。

與過往的紀錄比較,如:武漢市住院且接受侵入式給氧的 67 例患者,其死亡率為 66%(44 例死亡)。相較於本研究的瑞德西韋治療,約 13% 的死亡率而言,瑞德西韋似乎展現了治療潛力。

療效比較:越年輕、症狀越輕微越有效

再以「侵入式給氧」和「非侵入式給氧」分組,發現「非侵入式給氧」組好轉速度較快。而以年齡分組,可發現越年輕、好轉的更快。因此可知,即使給予瑞德西韋,年長患者仍有較高的風險。

初步結果中,有 84% 重症患者好轉,似乎瑞德西韋就是人類期待的真.勇者。但再次說明,此非最終結果,我們仍須保持冷靜。

上圖:以給氧的支持程度分組,觀察患者好轉的速度。From: 參考文獻1

以年齡分組,觀察患者好轉的程度。From: 參考文獻1

使用瑞德西韋在受感染的猴子上,有療效嗎?

美國國家衛生院在 4/17 發佈新聞,說明讓猴子感染新型冠狀病毒後,用瑞德西韋治療,展現了療效2,3

瑞德西韋的猴子試驗設計:觀察猴子肺部病毒量、X 光、犧牲後肺臟狀況,發現瑞德西韋對治療新型冠狀病毒疾病有幫助

  • 研究限制:尚未通過同儕審核,為預先公佈
  • 研究數量:12 隻猴子,6 隻給藥(實驗組)、6隻不給藥(對照組)
  • 實驗設計:猴子感染新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),感染 12 小時後開始給藥。靜脈注射瑞德西韋,每日給藥。觀察七天後犧牲動物。
實驗組(給藥) 對照組(不給藥) 總計
數量 6 6 12

瑞德西韋的猴子試驗結果

在首次治療 12 小時(感染後第 1 天)後,兩組病猴的支氣管沖洗液裡,其病毒RNA 量無差異。但瑞德西韋組的支氣管沖洗液,檢體的病毒感染力降低了約 100 倍,且第 3 天時,用藥組就再也沒有活病毒了(6 隻對照組病猴,仍有 4 隻驗出活病毒)。兩組的病毒 RNA 量沒有差異,但給藥組的病毒感染力較弱,顯示瑞德西韋可能阻礙了病毒的繁殖,讓它們無法產出活的下一代 註1

另一個值得注意的是,儘管下呼吸道的活病毒減少,但用藥組的上呼吸道或直腸的病毒 RNA 量、感染力均未降低。研究團隊認為,此現象可能是藥物在體內組織分佈濃度的差異,可考慮設計其他給藥途徑,提高藥物在上呼吸道的濃度,從而減少患者透過鼻水、口水傳播活病毒的風險。

感染後,兩組病猴的支氣管沖洗液裡的病毒量,和感染力檢測。
橫軸皆為感染後時間 (天),縱軸皆為病毒 RNA 量 (對數尺度) (copies/mL);紅圓圈為實驗組,藍方塊為對照組。圖/參考文獻3

而從 X 光判斷肺部浸潤或病變,也發現用藥組的肺部病變較少。

兩組實驗動物的 X 光影像,紅圈處為肺部病變處,R 處為猴子的右側。
上圖為實驗組,下圖為對照組。圖/參考文獻3

治療第 7 天,犧牲動物。發現給藥組的「肺臟重量/體重比值」較低,顯示瑞德西韋改善了肺臟發炎(肺部發炎、充斥體液的現象越嚴重,肺臟重量越大)。

兩組實驗動物的肺臟重量/體重比值。圖/參考文獻3

而肺臟外觀和組織學裡,6 隻給藥組的病猴,有 1 隻觀察到肺部病變;未給藥組則是 6 隻病猴全都發現肺部病變。在定性和定量層面,都暗示了瑞德西韋似乎有減輕病毒攻擊肺臟的潛力。

兩組實驗動物的肺臟外觀、組織學影像。
右上圖中的白色圓圈處是肺臟出現異樣的外觀。右中圖可觀察到肺組織間的空隙,因水腫和充斥發炎細胞而擴大。圖/參考文獻3

綜合兩篇研究,筆者觀點

  • 兩篇研究皆有設計限制,因此瑞德西韋究竟是否有療效,或僅對感染初期有效?仍有待討論。
  • 以人體試驗結果而言,瑞德西韋對重症患者可能有效。但並非靈丹妙藥,對年長者、呼吸能力非常衰弱的患者,仍有治療的極限。
  • 以恆河猴的研究而言,筆者認為,關注的重點是「接觸病毒 12 小時後,立即給藥」,因此「即早投藥,避免發展重症」,可能是使用瑞德西韋的關鍵。
  • 綜合兩篇研究,使用瑞德西韋治療最好的族群,可能是「感染初期的輕症患者」。而重症患者的治療,可能仍待科學界努力。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

註釋

  1. 感染力的實驗,是將檢體和活細胞(Vero E6 cell)共同培養,觀察活細胞被殺死的程度。RNA量未降低,但病毒感染力降低的現象,推測的原因可參考〈出現症狀就有高病毒量?新型冠狀病毒感染者體內的病毒量如何變化?〉一文。

參考資料

  1. Jonathan Grein, M.D., Norio Ohmagari, M.D., Ph.D., Daniel Shin, M.D., George Diaz, M.D., Erika Asperges, M.D., Antonella Castagna, M.D., Torsten Feldt, M.D., Gary Green, M.D., Margaret L. Green, M.D., M.P.H., François-Xavier Lescure, M.D., Ph.D., Emanuele Nicastri, M.D., Rentaro Oda, M.D., Kikuo Yo, M.D., D.M.Sc., Eugenia Quiros-Roldan, M.D., Alex Studemeister, M.D., John Redinski, D.O., Seema Ahmed, M.D., Jorge Bernett, M.D., Daniel Chelliah, M.D., Danny Chen, M.D., Shingo Chihara, M.D., Stuart H. Cohen, M.D., Jennifer Cunningham, M.D., Antonella D’Arminio Monforte, M.D., Saad Ismail, M.D., Hideaki Kato, M.D., Giuseppe Lapadula, M.D., Erwan L’Her, M.D., Ph.D., Toshitaka Maeno, M.D., Sumit Majumder, M.D., Marco Massari, M.D., Marta Mora-Rillo, M.D., Yoshikazu Mutoh, M.D., Duc Nguyen, M.D., Pharm.D., Ewa Verweij, M.D., Alexander Zoufaly, M.D., Anu O. Osinusi, M.D., Adam DeZure, M.D., Yang Zhao, Ph.D., Lijie Zhong, Ph.D., Anand Chokkalingam, Ph.D., Emon Elboudwarej, Ph.D., Laura Telep, M.P.H., Leighann Timbs, B.A., Ilana Henne, M.S., Scott Sellers, Ph.D., Huyen Cao, M.D., Susanna K. Tan, M.D., Lucinda Winterbourne, B.A., Polly Desai, M.P.H., Robertino Mera, M.D., Ph.D., Anuj Gaggar, M.D., Ph.D., Robert P. Myers, M.D., Diana M. Brainard, M.D., Richard Childs, M.D., and Timothy Flanigan, M.D. (2020) Compassionate Use of Remdesivir for Patients with Severe Covid-19. New England Journal of Medicine. DOI: 10.1056/NEJMoa2007016
  2. Antiviral remdesivir prevents disease progression in monkeys with COVID-19. 2020/04/17. National Institutes of Health
  3. Brandi N. Williamson, Friederike Feldmann, Benjamin Schwarz, Kimberly Meade-White, Danielle P. Porter, Jonathan Schulz, Neeltje van Doremalen, Ian Leighton, Claude Kwe Yinda, Lizzette Pérez-Pérez, Atsushi Okumura, Jamie Lovaglio, Patrick W. Hanley, Greg Saturday, Catharine M. Bosio, Sarah Anzick, Kent Barbian, Tomas Cihlar, Craig Martens, Dana P. Scott, View ORCID ProfileVincent J. Munster, Emmie de Wit (2020) Clinical benefit of remdesivir in rhesus macaques infected with SARS-CoV-2. BioRxiv. DOI: https://doi.org/10.1101/2020.04.15.043166
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9