國輻中心拍電影，把台灣之光變有趣好懂──《阿卡的冒險》觀後感

到藥局買藥或是去醫院看病，民眾多少會被問到是否對任何東西過敏。如果是初診的話，有些醫療單位還會強調要病患詳細填寫「所有已知過敏原」（All known allergies）。

一般人的反應，第一個會想到藥物過敏原，例如：盤尼西林（penicillin）；再來是食物過敏原，像是海鮮或麥麩等。這些答案的確符合原本問題設定的目的：防止療程中使用的器材和藥物，或是醫院提供的住院飲食，讓病患產生不良反應。但是，如果您對壁蝨或是倉鼠過敏，也要據實以告嗎？

對倉鼠過敏？中國倉鼠卵巢細胞又是什麼？

西方文獻中俗稱的「中國倉鼠」（Chinese hamsters），又譯為「灰倉鼠」或「灰地鼠」，學名是「Cricetulus griseus」。中國倉鼠常被人養來當寵物，再加上漢醫不會把牠們拿來入藥，一般臺灣民眾應該鮮少將牠們跟醫療做聯想。不過，有些西醫的藥物資訊和臨床試驗手冊，會在過敏注意事項中，提到中國倉鼠。乍看之下，就算不是「逢中必反」，對寵物或絨毛過敏者，也很容易產生不必要的恐慌。然而，看起來楚楚可憐的中國倉鼠是無辜的，因為真正的罪魁禍首其實是牠的卵巢細胞……

以「中國倉鼠卵巢細胞」（Chinese hamster ovary cells，簡稱「CHO 細胞」）製藥的技術，有一段相當傳奇的歷史故事：1948 年胡正祥教授^[註1]與華生醫師（Dr. Robert Watson），將原生於中國北方的倉鼠偷渡去美國。後來在冷戰的氛圍下，二人的行為被中國政府視為犯下戰爭罪，胡正祥教授還因此被判刑。根據輝瑞（Pfizer）藥廠官方網站的介紹，1950 年代美國科學家的研究發現，CHO 細胞有許多適合生化製藥的特質：

1. 容易繁殖：與其他哺乳類動物的細胞比起來，CHO 細胞比較「好育飼」（台語），可以用工業規模的生物槽（biotanks）盛裝，讓它們在製藥使用的化學溶劑中大量生長。
2. 適合人體的蛋白質：一條條的胺基酸，要摺疊才會變成蛋白質，而它們摺疊的形狀，會影響蛋白質的功能。CHO 細胞能穩定地複製這些摺疊。此外，雖然細菌、酵母、藻類等一樣能製造蛋白質，但哺乳動物細胞製造的蛋白質，構造跟人體比較相容。
3. 正確的「醣類」修飾：許多哺乳動物的蛋白質，有醣類（glycans）附著在胺基酸上，稱為「醣基化」（glycosylation）。這些醣類對蛋白質在免疫反應中的功能，有著關鍵的影響。有些微生物無法用正確的醣類修飾蛋白質，但對 CHO 細胞來說是輕而易舉。
4. 預防病原體的擴散：使用 CHO 細胞，可避免製藥過程中病原體的傳播。這對產品安全來說，十分重要。
5. 容易改造的 DNA：DNA 就像一張食譜，依照改編過的食譜，能煮出特定的菜餚。CHO 細胞的 DNA 很容易被改造，來產生製藥所需的蛋白質。

Alpha-gal 症候群會產生諸多過敏症狀

基於 CHO 細胞的眾多優點，目前市面上用它們製造出來的藥物與疫苗繁多。及至2020年為止，光是這樣做出來的治療用單株抗體（therapeutic monoclonal antibodies）就有將近70種被核准上市，接受免疫療法的病患遇到的機率頗高。此外，國產的高端（MVC-COV1901）與聯亞（UB-612）武漢肺炎疫苗，也是這樣來的。不過，沒有人是完美的，就連可愛的中國倉鼠也不是。雖然以CHO細胞培養出來的產品，許多都非常安全，但 abatacept 和 infliximab 等特例，因為含有低濃度的過敏原「Alpha-gal」，所以會使極少數的人嚴重不適。

Alpha-gal 是一種會出現在非靈長類哺乳動物（例如：中國倉鼠）身上的醣類。對這種醣類過敏的情形，稱作「Alpha-gal 症候群」（Alpha-gal syndrome；簡稱 AGS），其症狀包括：蕁麻疹、呼吸困難、咳嗽、血壓遽降、噁心想吐、腹瀉、胃痛、胃食道逆流（俗稱「火燒心」）、消化不良、暈眩或昏厥，以及嘴唇、喉嚨、舌頭、眼皮腫脹。

值得注意的是，AGS 不僅出現在極少數 CHO 細胞培養出來的藥物中，由小鼠骨髓瘤細胞（SP2/0）等其他管道製造出來的也有，cetuximab 就是一例。^[註2]由於大部份的民眾不會沒事去做免疫球蛋白 E（IgE antibody）的抽血檢查，了解自己會否對 Alpha-gal 過敏，不少人其實是因為被「壁蝨」咬傷，才發現不能使用特定藥品。讀到這裡，您可能會感到無比荒謬：剛剛不是說 Alpha-gal 只存在於非靈長類哺乳動物，要怪也是怪鼠輩，怎麼現在又賴給壁蝨？

Alpha-gal 藉由壁蝨傳播

這一切的因緣業力，就像蝴蝶效應一樣扯很遠：壁蝨先去咬了某種非靈長類哺乳動物，接著跑來咬人。過程中，壁蝨把動物的alpha-gal帶到人的身上。被咬的 2 到 6 小時後，有些人就出現過敏反應。從此以後，他們不僅得成天躲著壁蝨，禁食豬、牛、羊、鹿、兔等非靈長類哺乳動物（紅肉）及其衍伸產品，還不能使用某些藥物，生活非常不便。

Alpha-gal 症候群盛行於美國、歐洲、南非、澳大利亞以及包含日本在內的部份亞洲地區。臺灣目前似乎沒有大量案例的報導，況且也不是每個被壁蝨咬的人都會出現過敏症狀，所以無須過度緊張。民眾只要於整理庭院或到郊外踏青時，穿著長袖衣褲，在身上噴灑防蟲液，並牽好隨行寵物，就能避免被壁蝨咬傷。

回到文章最開頭的問題：在醫療院所填寫「所有已知過敏原」的時候，該寫哪些？既然都說是「所有」了，當然建議全部都要寫。因為除了壁蝨、紅肉、中國倉鼠卵巢細胞和小鼠骨髓瘤細胞，可能還有其他您未必知道與治療有關的過敏原，會在奇特的巧合下，影響到療程安全。

註解

• 註 1：輝瑞藥廠和美國化學工程學會（American Institute of Chemical Engineers，簡稱 AIChE）的原文，都稱該中國學者為「Dr. C. H. Hu」，而多數介紹「中國倉鼠卵巢細胞」科技的中國網路文章，則提到北京協和醫院病理科「胡正祥」教授，因此推論是指同一人。由於上述二個英文的網頁，考證似乎都較中文的嚴謹，因此採用為本文故事的參考資料。
• 註 2：Cetuximab 向來以引發「Alpha-gal 症候群」（AGS）著稱，其藥物資訊上，也常提醒病患注意是否曾被壁蝨咬傷或對紅肉過敏。有趣的是，雖然小鼠骨髓瘤細胞（SP2/0）和CHO細胞都能培養 cetuximab，但以 CHO 細胞製造出來的 cetuximab，因為缺乏人體免疫細胞能夠辨識的物質（α-1,3-galactosyltransferase），所以不會與 AGS 患者的血清產生反應。換句話說，CHO 細胞產生的 cetuximab 比較不會過敏。

參考資料

• Trastuzumab Injection: MedlinePlus Drug Information
• A Study of Atezolizumab Versus Placebo in Combination With Paclitaxel, Carboplatin, and Bevacizumab in Participants With Newly-Diagnosed Stage III or Stage IV Ovarian, Fallopian Tube, or Primary Peritoneal Cancer – Full Text View – ClinicalTrials.gov
• The ‘Immortalized’ Cells That Sparked an International Incident and Their Role in Producing Medicines | Pfizer
• Frontiers | Strategies and Considerations for Improving Recombinant Antibody Production and Quality in Chinese Hamster Ovary Cells | Bioengineering and Biotechnology
• Monoclonal Antibodies – National Cancer Institute
• 打了高端疫苗後，身體裡會產生哪些免疫反應？
• CpG-adjuvanted stable prefusion SARS-CoV-2 spike protein protected hamsters from SARS-CoV-2 challenge | Scientific Reports
• Frontiers | SARS-CoV-2 Vaccines Based on the Spike Glycoprotein and Implications of New Viral Variants
• Diagnosis & management of alpha-gal syndrome:lessons from 2,500 patients – PMC
• Chinese hamster ovary cells can produce galactose-α-1,3-galactose antigens on proteins – PMC
• Alpha-gal Allergy | Ticks | CDC
• Alpha-Gal-containing biologics and anaphylaxis – ScienceDirect
• Alpha-gal syndrome – Symptoms and causes – Mayo Clinic
• Recombinant Protein Therapeutics from CHO Cells – 20 Years and Counting
• Cetuximab Injection: MedlinePlus Drug Information
• 當代醫藥法規月刊第94期

《侏羅紀公園》系列電影掀起大家對恐龍的好奇，但其實科學家早就在研究遠古時代的各種生物。以恐龍為例，平均每星期會發現一種新種恐龍，每年大約會發現五十種新種恐龍。而在探討物種起源及鑑定遠古生物領域，同步輻射分析技術也展現了它的獨特價值。

例如，南非威特沃特斯蘭德大學（University of the Witwatersrand）領導的國際科學家團隊，針對一些世界上最古老的恐龍蛋胚胎頭骨，進行 3D 複製重建，發現牠們的頭骨生長順序與當今的鱷魚、雞、烏龜和蜥蜴相同，研究成果發表在《科學報導》（Scientific Reports）上。

在台灣，由加拿大多倫多大學教授賴茲（Robert Reisz）與台灣學者組成國際團隊，花費兩年時間，運用超高解析二維紅外光譜顯微術，在活躍於一億九千五百萬年前的雲南祿豐龍胚胎股骨化石中，發現殘留有機物，找到古化石內保存複雜有機物的最古老紀錄。這個破天荒的發現在 2013 年登上了《自然》（Nature）雜誌封面。

此外，在祿豐龍肋骨化石的微血管通道中，國輻中心研究員李耀昌也發現全球最古老且保存完整的膠原蛋白與赤鐵礦微粒聚晶。

「即使經過億萬年時空轉換，恐龍的軟組織經血液中鐵的氧化及碳酸鈣化包覆作用後，還是有機會被保存下來，」李耀昌表示，這將有助科學家進一步了解恐龍的生理機能與遺傳密碼。

李耀昌團隊將成果發表於《自然通訊》（Nature Communications）期刊，並獲選為《發現》（Discover）雜誌「 2017 年全球百大發現」第十二名，是近年來台灣學者主導的研究成果首度登上《發現》雜誌全球百大發現。

發現牙齒裡的避震器

恐龍胚胎裡有膠原蛋白，恐龍的嘴巴裡則是自帶「避震器」。

國輻中心團隊與台灣博物館、台灣石尚博物館、中國大陸北京自然博物館、加拿大安大略皇家博物館，以及中國大陸地質科學院地質研究所合作，蒐集十五種肉食性與植食性恐龍牙齒，利用同步輻射穿透式 X 光顯微術與現代的眼鏡凱門鱷牙齒進行研究比對，首度發現肉食恐龍牙齒具有避震結構。

在肉食性恐龍牙齒的琺瑯質與象牙質中間，存在一層相對柔軟且布滿微細孔洞的被覆牙本質層，可以保護牙齒，避免因撕裂骨肉造成牙齒瞬間斷裂。這項研究結果修正了過去對於原始爬蟲類牙齒結構的認知，因此登上國際知名期刊《科學報導》（Scientific Reports）與各大媒體。為了蒐集恐龍牙齒進行研究比對，國輻中心研究員王俊杰透露了一段小故事。

「當時我到桃園興仁花園夜市拜訪鱷魚攤，沒想到使用斜口鉗幫鱷魚拔牙時，斜口鉗當場應聲斷裂，只好再買一把硬度更高的老虎鉗，費了好大一番功夫才順利拔下鱷魚牙齒。」

牙齒的特殊結構，使得肉食恐龍成為頂尖獵食者，稱霸地表一億六千五百萬年。相較於人類咬合力約為 40 公斤、眼鏡凱門鱷咬合力約 1,000 公斤，以及咬合力可達 2,000 公斤、目前世上咬合力最大的動物—— 灣鱷，「暴龍的咬合力約 6,000 公斤，且拖行的獵物體重可能超過 1 公噸，但靠著微小的避震結構設計，便不致因巨大應力而造成牙齒斷裂，」王俊杰說。

遠古生物的活動型態一直是科學家亟欲解開的謎題，透過同步光源高解析度檢測技術，可以幫助我們了解古生物化石組織結構的細微差異，提供了一種嶄新的古生物分類與古生態研究檢測方法，而藉由恐龍胚胎化石中探測到的有機質殘留物，未來將可逐步解開更多遠古生物的奧祕。

——本文摘自《追光之旅：你所不知道的同步輻射》，2021 年 8 月，天下文化。

大家都知道，光線是否充足對拍照品質有決定性影響，戶外拍照比起昏暗的室內容易拍到漂亮的相片；然而，光的亮度，對科學實驗也非常重要。

同步輻射是當今世上最亮的光，它的光通量及光亮度都遠優於傳統光源。

正因如此，過去科學家因實驗光源亮度不夠而無法探測的結構，現在藉由同步輻射都能分析得一清二楚，而原本使用傳統 X 光機可能需要幾個月才能完成的實驗，如今則僅需要幾分鐘就能取得漂亮的實驗數據。

簡言之，同步輻射是在固定軌道上運行的高速電子因磁場作用而偏轉的過程中，所輻射出來的電磁波。相較於其他光源，利用偏轉磁鐵產生的同步輻射，能譜範圍更寬廣，而且擁有高亮度、高穩定度、高準直度、光束截面積小、波長連續、具有時間脈波性與偏振選擇性等特色，輻射強度和功率都可由電磁學的理論計算預測，大幅提高實驗效率和準確度。

同步加速器光源（簡稱同步光源）是指為了產生供科學實驗的同步輻射所建的設施。一般而言，同步光源會採用兩座同步加速器來產生高品質的同步輻射。第一座加速器把電子加速到接近光速，稱為「增能環」；達到特定能量的電子送進第二座加速器後，不再額外加速，僅維持電子的能量，相當於把這些電子「儲存」起來，累積到足夠的電流量，再利用所產生的光做實驗，因此稱為「儲存環」。

這段過程，電子束在每一圈的運行中，都會在偏轉磁鐵切線方向或插件磁鐵下游放出同步輻射，而儲存環中的超高真空環境，讓帶電粒子束不易被其他分子散射，並且有精準的回饋系統，因此光源穩定，容易控制實驗條件，且可聚焦在很小的實驗樣本上，成為科學研究的利器。

在二十一世紀的現代，同步光源的重要已毋庸置疑，然而它並非一開始就受到科學家青睞，甚至還曾遭到嫌棄。

從附屬品到建置專用設施

從五○年代至今，同步光源的角色，歷經幾個不同世代的演進。

第一代的同步光源，是與高能物理研究的同步加速器共用，但兩者的研究需求並不相同，甚至背道而馳。

產生同步輻射的過程會損失能量，但在高能物理研究中，並不希望粒子碰撞前產生非必要的能量損失，否則電子束的軌道與功率都會因而改變，所以當時的科學家其實十分討厭「成事不足、敗事有餘」的同步輻射。

不過，在隨後的十年裡，一些科學家逐漸發現，高能物理實驗不用的電磁波其實可以當成頗有價值的光源，運用於光學及探測、生物醫學、材料科學、地球科學、環境科學等基礎和應用研究，從此改變了同步輻射「寄生」在高能物理實驗之下的命運。

到了七○年代，科學家逐漸體認到同步輻射有其優異性，開始想要開發專用的光源設施，獲得更亮、更聚焦的光束，於是先進國家紛紛開始興建專門為產生同步輻射的第二代同步加速器。

第二代同步光源將增能環與儲存環分開，出光品質較佳，使同步輻射的應用更廣泛、更多樣化；隨著帶電粒子的速度愈接近光速，輻射就愈集中，發出的電磁波涵蓋整個電磁波頻譜，從紅外光、可見光、紫外光、低能量的軟 X 光到高能量的硬 X 光及伽瑪射線。

八○年代之後，科學家開始意識到儲存環的長直段更重要，可以加入插件磁鐵，讓電子由偏轉一次變成多次偏轉，並且壓低束散度，產生更強、更亮的光束，這就是第三代同步光源。

近代科研最具影響力的光源

半個多世紀過去，目前全世界供實驗用的同步光源設施已經超過七十座，其中第三代加速器多於 1990 年後陸續建造完成，各國在同步光源設施的建造能力及研究成果，也成為國家高科技研發實力的重要指標之一。

到了 2015 年，同步光源的發展達到物理極限，進入第四階段，成為採用多重轉彎磁格 2 的同步加速器，可以將電子束的束散度減少百倍，直到觸及繞射物理極限。

束散度減少百倍，意謂光點更集中，光亮度可以提高百倍，從事奈米級光點研究；同時，光的準直性與同調性也大幅提高，可以發展許多新的科學實驗技術。

同步輻射插件磁鐵運作示意

受惠於同步光源的快速發展，研究人員得以擴展許多新的研究領域，包括：材料、生物、醫藥、物理、化學、化工、地質、考古、環保、能源、電子、微機械、奈米元件等最尖端的基礎與應用科學研究，所獲得的成果對人類科技創新與生活便利帶來諸多貢獻。

隨著愈來愈多科學家使用同步輻射獲頒科學界最高榮耀的諾貝爾獎，有人稱它為現代的「科學神燈」，也是二十世紀以來科技研究最重要的光源之一。

同步光源主要設備介紹

1. 注射器（包括電子槍、直線加速器與增能環）

電子束由電子槍產生後，經過直線加速器加速至能量為 1 億 5 千萬電子伏特，電子束進入周長為 496.8 公尺的增能環後，繼續增加能量至 30 億電子伏特，速度非常接近光速（0.999999986 倍）。

2. 儲存環

電子束從注射器經由傳輸線進入二十四邊形設計、周長為 518.4 公尺的儲存環後，環內一系列磁鐵導引電子束偏轉並維持在軌道上，如此一來，電子束便能於每一圈的運行中，在偏轉磁鐵切線方向或插件磁鐵下游產生光束。由於電子會因產生光而損失能量，因此環內裝置超導高頻共振腔系統，用來補充電子的能量。

3. 光束線

光束線是同步加速器與實驗站之間的一座橋梁。理論上，在每一處電子偏轉處或插件磁鐵的直線下游，都可以打開一個窗口，利用光束線將同步輻射引導出來，進入實驗站。

4. 實驗站

科學家依據實驗需求設計各種儀器，使用同步輻射進行各類科學研究。

——本文摘自《追光之旅：你所不知道的同步輻射》，2021 年 8 月，天下文化。