生活中的諾貝爾獎【診療間篇】

提到諾貝爾獎,就想到一系列複雜又艱深的研究嗎?其實諾貝爾獎從上個世紀的 1901 年開始頒發,有許多成果已經進到我們的國中國小課本,甚至原本就存在於我們的生活中,與現代的科技、醫療息息相關。

來和我們一起瞧瞧,一間小小的診療間裡藏有多少個諾貝爾獎吧!

侖琴 (Wilhelm Röntgen) 在研究陰極射線時,發現了 X-ray。並利用其可穿過皮膚器官、不能穿過骨頭的特性,在數月就後成功應用成像到醫學診斷。

1901諾貝爾物理學獎

  • 在陰極射線被發現後的數年間,陸續有科學家發現其輻射現象。直至 1895 年才有侖琴正式發表新射線,並為了彰顯其未知性而命名為 X-ray
  • 將底片放置在人體後方,經 X-ray照射便可得到影像,軟組織如皮膚器官在顯影後呈黑色,像骨頭一樣的硬組織則呈白色。
  • X-ray 的成像再加上電腦計算合成後,便是今日常見的 X射線電腦斷層掃描 (X-CT)。

透過福蘭克林 (Rosalind Franklin) 與威爾金斯 (Maurice Wilkins) 得出的 遺傳物質 DNA X-ray 繞射的資訊,華生 (James Watson) 與克里克 (Francis Crick) 破解了遺傳物質 DNA 的雙股螺旋結構,以及四種含氮鹼基與其配對 。

—1962諾貝爾生理醫學獎。

卡爾文(Melvin Calvin) 團隊的研究找出了光合作用不同階段中碳的移動途徑,由此知道了植物是如何吸收並利用二氧化碳以形成醣類,即卡爾文循環 (Calvin cycle)。

—1961 諾貝爾化學獎

  • 卡爾文在研究過程中利用了放射性同位素以及層析法,才成功探究完整路徑。
  • 此研究也讓學界了解到磷化合物對醣類形成所扮演的重要角色。

葛拉尼特(Ragnar Granit)、哈特蘭(Keffer Hartline)與沃爾德(George Wald)的研究,讓我們了解到視網膜對於光線刺激的接受特性,以及視覺的初級訊息在神經網路的加工過程。

—1967諾貝爾生理醫學獎

  • 葛拉尼特是使用了極為精細的電極才有辦法研究視網膜上的電脈衝。
  • 哈特蘭還發現:當一個細胞受到訊號刺激而興奮時,旁邊的細胞反而會因此被抑制 (lateral inhibition)。
  • 沃爾德除了發現維生素A 是視紫質(rhodopsin)的重要組成成分,還解釋了自 1930 到 1960 年代間一系列對光線影響視紫質(rhodopsin)的相關論文。
    延伸閱讀:視網膜竟然裝反了!演化留給人類的奇怪結構──《人類這個不良品》

巴佛洛夫(Ivan Pavlov)透過研究狗狗的胃與腸道,得以了解消化系統的相關運作與分泌物質,以及胃液分泌和胃黏膜對不同化學物質的敏感性。

—1904諾貝爾生理醫學獎

  • 著名的「古典制約」就是巴佛洛夫對狗狗看到食物就分泌唾液的相關研究噢。

戈登(John Gurdon)證明了成熟細胞核仍存有形成其他種類細胞所需的基因資訊,而山中伸彌(Shinya Yamanaka)則成功誘導細胞回到具有全能分化性的胚胎幹細胞,即 iPS 細胞。

—2012諾貝爾生理醫學獎

  • 我們通常認為,生命的開始是從受精卵分裂、增生後形成許多細胞,並在成熟分化後組成為個體,但成熟細胞無法再回復到有能力分化成各式功能細胞的未成熟階段,所以可見戈登與山中伸彌的研究真的帶給大家很大的驚喜。
  • 1952 年戈登的實驗將青蛙受精卵的細胞核取出,並以蝌蚪小腸細胞的細胞核替換置入受精卵,在經過培養之後成功生長成一隻新的青蛙。數十年後風靡一時的複製羊桃莉就是建立在戈登的研究基礎上。
  • 2006 年山中伸彌從小鼠的基因體中找到一些極為關鍵的基因,在成功活化基因並培養出「誘導性多能幹細胞 (iPS細胞)」後,又培養出人體的 iPS細胞,對幹細胞的研究具有突破性的貢獻。

在達姆(Henrik Dam)透過實驗發現維生素K及其凝血作用後,多伊西(Edward Doisy)研究出維生素K 的結構,使其可以用人工的方式合成,讓孩童凝血不易的症狀得以妥善治療

—1943諾貝爾生理醫學獎

  • 達姆的實驗發現,被給予含有較少量脂肪食物的雞隻,出現了不易止血的症狀,而後他發現大麻籽的攝取對出血狀況有所改善,進而在其中找到了可以協助凝血的脂溶性物質,即維生素K。
  • 在維生素K被發現後,各界便致力於研究攝取維生素K的方式,而杜西便是在 1939 年成功製成維生素K 的變體,並由此確認其結構,使得往後得以用人工方式合成。
  • 因為維生素K 不易經由胎盤傳給嬰兒、母乳哺育缺乏維生素K 與能在腸道生產維生素K 的細菌尚未進入體內等種種因素,所以新生兒可能出現維生素缺乏K 的狀況,進而造成凝血不易。

塞門薩(Gregg Semenza)、雷克里夫(Sir Peter Ratcliffe)和凱林(William Kaelin Jr.)在前人研究的奠基上,解密參與調控的蛋白質複合體HIF與蛋白質VHL,最後在HIF上找到可受氧氣調控的區塊,就此完全解構細胞偵測氧氣並引發相關調節的途徑

—2019諾貝爾生理醫學獎

艾利恩(Gertrude Elion)和希欽斯(George Hitchings)利用生物化學和疾病的知識背景,建立了系統性的製藥方法,而布萊克(James Black)則研發出降血壓與治療潰瘍的藥物

—1988諾貝爾生理醫學獎

  • 早期認為藥物僅存在於自然物質中,但艾利恩和希欽斯的製藥方法使其能夠人工合成,讓白血病、瘧疾、傳染病、痛風等其他疾病得以藥物治療
  • 布萊克研發的藥物普萘洛爾(propranolol),是透過阻斷心臟接收腎上腺素(使心搏加速、血壓升高)而使血壓降低;而西米替丁(Cimetidine)則能夠抑制胃酸分泌,治療潰瘍。

諾貝爾獎代表了當時對於人類有重大貢獻的團隊與研究,而我們今天的許多科學知識當然也奠基在這些成果之上。本篇介紹的內容主要與生理醫學獎較相關,敬請期待下篇生活中的諾貝爾吧!

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