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開發疫苗大作戰:新型冠狀病毒疫苗有解了嗎?

PanSci_96
・2020/02/01 ・3991字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 559 ・八年級
  • 文 / 彥寧、Peggy Sha

隨著 2019-nCoV(俗稱武漢肺炎)疫情爆發,冠狀病毒不只入侵了許多患者的身體,同時也風暴式襲捲網路世界,入侵各大新聞頭版、網路新聞以及社群軟體。

在許多有關防疫的電影中,科學家們總是能非常快速地研究出關鍵性的藥物或是疫苗,在緊要關頭挽救全世界的疫情。而今的現實世界,科學家們為了不讓病毒繼續肆虐,也正如火如荼地開發疫苗。CEPI 更是在 1 月 30 號宣布,將總計 1250 萬美元的資金分別用於三個機構之合作,以開發不同種類的疫苗。

  • 註:CEPI (Coalition for Epidemic Preparedness Innovations) 是於 2016 年成立的非營利組織,致力於開發新傳染病疫苗,以及提供資金。該組織執行長 Richard Hatchett 曾表示:「CEPI 試圖使疫苗的開發和測試速度比以往任何時候,任何地點都還要快。」

不過,疫苗研發真的可以這麼快速嗎?究竟疫苗該如何開發、現正開發的疫苗又有哪些呢?

  • 疫情瞬息萬變,本文資料搜集至2020年 1月30日止。

疫苗的原理是什麼?

修但幾勒!在談到這次的肺炎疫苗前,我們要先了解:所謂的「疫苗」是如何作用的?

現在的疫苗其實分為兩種:「傳統疫苗」和「新式疫苗」

傳統疫苗接種的原理,是讓體內負責抵抗外來入侵者的淋巴細胞先接觸已被殺死或削弱力量的病原體(或其製造的毒素),以形成記憶型淋巴細胞,將病原體的抗原記住。如此一來,當身體碰上真正的病原體入侵時,就能夠迅速辨認出抗原,接著製造出相對應的抗體、成功防範病原菌入侵!

傳統疫苗利用淋巴細胞先接觸已被殺死或削弱力量的病原體(或其製造的毒素),並訓練免疫系統記住病原體的抗原,以便真正的病原體入侵時,能夠迅速辨認出抗原,成功防範病原菌入侵!圖/YouTube

但「新式疫苗」的概念可就不太一樣了,而目前正在開發中的新型肺炎疫苗,其實都屬於新式疫苗的範疇喔!接下來,就讓我們來認識這些開發中的疫苗吧!

Moderna 公司打頭陣!研發 mRNA 疫苗

Moderna 是一家專門開發製作 mRNA 疫苗 (mRNA vaccine) 的公司,同時也是 mRNA 疫苗的開發先驅。

DNA 經過轉錄 (Transcription) 生成 RNA,再經過轉譯 (Translation) 生成蛋白質,便是生物學上鼎鼎大名的中心法則 (Central Dogma)。而在 mRNA 疫苗的開發中,只要找出病原體裡「產生抗原」的關鍵基因,並將其轉錄成為 mRNA,經過處理後,便可以得到所謂 mRNA 疫苗啦!

DNA 經由「轉錄作用」生成 RNA,再經「轉譯作用」生成蛋白質。圖/Giphy

嘿!聽起來很簡單,不過可別小看這些 mRNA 啊!

根據中心法則,被打入人體的 mRNA,細胞會將其轉譯成相應的蛋白質,而這些蛋白質就是抗原。接觸了抗原的細胞,就像是被病原體感染一樣,身體會開始進行免疫反應,將抗原記住,且製造相應抗體,如此一來,下次真的被入侵時就能迅速防範啦!

另一方面,mRNA 疫苗不需要進入細胞核就能作用、不會自我複製,也較少有藥物殘留問題,也都是它的好處呢!

Inovio 公司:製作 DNA 疫苗,讓身體自己完成免疫反應

接下來要介紹的另一家公司──「Inovio」則是專門製作 DNA 疫苗 (DNA vaccine),且致力於研究癌症及傳染病的預防及治療。

DNA 疫苗的原理與 mRNA 疫苗相似,不過又不太相同。相同的是,它們都會讓體細胞自行藉由轉譯作用產生抗原,使身體產生免疫反應;不同的是,DNA 疫苗打入人體的是 DNA,mRNA 疫苗則是打入 mRNA。

嘿!這可不是在講廢話喔!簡單來說,找到病原體中產生抗原的基因後,將其嵌入細菌的質體 (plasmid) 內,再使細菌大量複製後,將質體萃取出來,就成為了「DNA疫苗」啦!質體 DNA 進入人體後,根據中心法則,經過轉錄作用、轉譯作用,進而形成蛋白質,也就是抗原,最後完成免疫反應!

過去美國曾在人體上試驗的茲卡病毒疫苗,便屬於 DNA 疫苗。

來大量複製吧!圖/Giphy

不夠穩定?看昆士蘭大學用分子鉗做疫苗

CEPI 也和澳洲昆士蘭大學 (The University of Queensland) 的研究人員合作,以昆士蘭大學教授查普爾 (Keith Chappell) 為首的澳大利亞科學家,正在研發一種新型態的疫苗,而此疫苗藉助了俗稱為「分子鉗」(molecular clamp) 的技術。

所有具備膜的病毒,要感染細胞都得要透過膜上「膜融合蛋白」(Viral fusion proteins) 的幫忙才有辦法,而這個膜融合蛋白隨著時間,能夠分為尚未融合進宿主細胞、不穩定的「前期」(pre-fusion conformation),和融入宿主細胞後、穩定的「後期」(post-fusion conformation)。

抗體與「前期」的膜融合蛋白能夠產生更強的免疫反應,因為此時的膜融合蛋白擁有抗原表位 (epitopes),而它正是抗體辨識抗原的關鍵喔!話雖如此,前期膜融合蛋白卻較不穩定,成為疫苗研發的問題。此外,抗體也傾向於與較穩定的後期膜融合蛋白結合。

想解決這個難題,就得派出「分子鉗」啦!分子鉗實際上是一段多肽鏈,能將前期的膜融合蛋白「鉗住」,使其穩定下來。經過這麼一「鉗」,穩定下來的膜融合蛋白就相當於成熟穩定的後期蛋白,能與抗體結合,在融入進宿主細胞前對病毒發起攻擊,也能產生更強的免疫反應啦!

不只三種疫苗!大家都在努力開發

其實,除了上述三種由 CEPI 資助的合作研究開發,還有其他機構正在開發武漢肺炎的疫苗: 像是 NOVAVAX 公司,便在開發「重組蛋白奈米顆粒疫苗」(Recombinant Protein Nanoparticle Vaccine),名字聽起來有些複雜,讓我們為您解釋解釋。

首先,我們要先來認識「Sf9 昆蟲細胞」,它在1970年代被從秋行軍蟲 (Spodoptera frugiperda) 的卵巢中分離出來,而當 Sf9 被桿狀病毒 (baculovirus,BV) 感染後,會不斷地生長。所以如果我們讓桿狀病毒攜帶外源基因,就能讓 Sf9 有效地製造我們所需要的蛋白質。

研究人員會先找出具有良好免疫原性的特定表面蛋白,像是呼吸道融合病毒 (RSV),而後進行定序、將其複製進桿狀病毒中,讓 Sf9 大量製造病重組 RSV,而後再將其當作引發免疫的粒子取出,用於疫苗之中。這種方式可以縮短疫苗開發所需要的時間。

另一方面,香港微生物學系講座教授袁國勇也向《蘋果》表示,學系已研發新型冠狀病毒疫苗,接下來將開始動物測試,並有望於 1 年內進行臨床實驗。根據袁國勇的說法,這種疫苗是由流感減活疫苗研製而成,此外,該系就香港首名 2019-nCoV 病人所進行的病毒基因定序結果預計可用於動物實驗。

隨著技術不斷進步,研發疫苗的方式也越來越多。圖/wikimedia commons

疫苗太慢了,可以用現有藥物抵抗新型肺炎嗎?

答案是:還不知道。

根據武漢當局的說法,他們其實正在測試現有的HIV 藥物或其他藥物是否能有效抵抗新型肺炎。其中,有種名為 Remdesivir 的藥物,便被預測將是現今對武漢肺炎最理想的藥物。 

Remdesivir 是一種蛋白酶抑制劑 (Protease inhibitor),在過去,它與干擾素 IFNb1-b 的組合,可以有效地抑制和新型冠狀病毒非常相似的中東呼吸綜合症病毒 (MERS)。

Remdesivir 對我們測試過的每種冠狀病毒都能抑制。如果它對這種冠狀病毒沒有抑制效果,我會感到驚訝。

──Mark Denison,范德比大學

最後,防疫就像是人類與病毒的一場終極競賽,賽場上有為人類努力付出、致力於研發的科學家,也有努力傳播正確資訊的媒體,而同樣身處在這個賽場上的我們能做到的事情,就是小心謹慎地做好防疫工作,戴口罩、勤洗手!

與此同時,也別過度恐懼,小心查證資訊,才不會造成無謂的恐慌喔!

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Coalition for Epidemic Preparedness Innovations
  2. Scientists are moving at record speed to create new coronavirus vaccines—but they may come too late
  3. Can an anti-HIV combination or other existing drugs outwit the new coronavirus?
  4. Inovio公司官網
  5. 疫苗接種
  6. DOIT經濟部技術處 
  7. Moderna Announces Funding Award from BARDA for $8 Million with Potential of up to $125 Million to Accelerate Development of Zika Messenger RNA (mRNA) Vaccine
  8. Molecular Clamp: a Novel Protein Vaccine for Influenza, RSV, Ebola and Other Human and Veterinary Viruses
  9. 2019新型冠狀病毒
  10. 科學月刊-對付流行性感冒的mRNA 疫苗
  11. U.S. Government Starts Test of Zika Vaccine in Humans
  12. 【武漢肺炎】港大已研發疫苗!年內臨床研究 副作用或較國產貨少
  13. NOVAVAX公司官網

到了 2021 年 6 月,已經有 6 款疫苗通過 WHO 緊急使用許可,一起來看看吧!

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發炎性腸道疾病的獵奇療法:來一杯「鉤蟲卵」吧!——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/24 ・2290字 ・閱讀時間約 4 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

上一節,我提到了犬蛔蟲,我好不容易才忍住沒有提另外一種寄生蟲:蠕蟲。這類寄生蟲成員眾多,個個都是入侵或躲避免疫系統的行家,牠們有許多花招可以幫助牠們在人體內存活下來、繁榮昌盛。牠們之所以需要這些花招,是因為作為寄生蟲,牠們的個頭太大了,免疫系統不可能看不到牠們。即使是較小的蠕蟲物種,也有幾公釐長,跟病毒或細菌比起來,可謂龐然大物。

蠕蟲感染者的腸道 X 光照片,圖中黑線都是蠕蟲。圖/WIKIPEDIA by Secretariat

在世界上許多較貧窮的地區,由於衛生條件較差,蠕蟲帶來了無盡的痛苦:據統計,世界上約四分之一的人口感染了某種類型的蠕蟲。衛生機構正在嘗試使用預防、清潔的手段和抗蟲藥物來緩解疫情。與此同時,在已開發國家,人們已經成功消滅了蠕蟲疾病。

也許有點過於成功。

免疫反應有幾種不同的形式。我們理解得最透徹的兩種是 Th1 和 Th2(Th 代表輔助 T 細胞,這是一種重要的 T 細胞)。它們的細節比較複雜,但大體畫面是這樣的:這兩種反應處理的是不同類型的感染——Th1 類型的輔助 T 細胞會向吞噬細胞和胞毒 T 細胞發出啟動訊號。聽到「集結號」之後,這些細胞會追蹤並摧毀任何被病毒或特定細菌感染的人類細胞。與此相反,Th2 反應是直接攻擊那些尚未入侵人體的病原體,Th2 細胞會啟動一種叫作嗜酸性球(eosinophils)的免疫細胞,來殺死蠕蟲。只要一種 Th 反應上調,另外一種就會下調。這種機制是合理的,因為這樣可以節約身體的資源,並降低免疫反應的副作用。

TH2 細胞(左)正在被 B 細胞(右)活化。圖/WIKIPEDIA

蠕蟲激發的正是 Th2 反應。有人因此認為,此消彼長,在那些蠕蟲病發病率較高的國家,過敏反應( Th1)的概率恰恰因此更低。(在過去幾十年裡,已開發國家裡出現過敏反應的人越來越多)。流行病調查顯示:蠕蟲越是肆虐,過敏反應就越少。

蠕蟲採取的各種躲避和反擊策略,以及牠們的存在本身,都會對免疫系統產生影響。一個效果就是牠們會抑制發炎反應——要知道,世界上有許多人巴不得他們的發炎反應受到一點抑制呢。

因此,許多患有慢性自體免疫疾病(比如,發炎性腸道疾病)的人現在正在接受蠕蟲療法(用的是鉤蟲),針對其他發炎疾病的臨床治療也正在測試。

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鉤蟲, 被用在慢性自體免疫疾病的蠕蟲療法 。圖/WIKIPEDIA

這聽起來有點怪誕:有人竟希望——不,堅持要——被寄生蟲感染。他們向醫生求助,醫生給他們的藥是一小杯鉤蟲卵,然後他們就喝下去了。在他們的胃裡,這些卵會孵化,幼蟲會爬出來。然後,不知怎的,患者就感覺好多了。當然,鉤蟲不會存活很久(醫生選擇的物種並不會在人體腸道內存活很久,否則就會有新的麻煩了),因此,過一段時間,患者又要接受新一輪的感染,以維持免疫系統的平衡。

當然,如果我們可以不用蟲子(比如使用其中的有效成分,類似某種「鉤蟲萃取物」的藥物)就可以治療疾病,那就更好了。但是,目前還沒人知道到底哪些成分重要——而且似乎要見效,必須要用活的蠕蟲。

為了解釋關於蠕蟲的這個情況,研究人員提出了「老朋友假說」(old-friends hypothesis),這是「衛生假說」的一個改良版。你也許聽說過「衛生假說」,它已經流傳了很長一段時間,但直到一九八九年才由大衛.斯特拉昌(David Strachan)正式提出。他進行的流行病學調查顯示,那些在農場裡或田野邊上長大的孩子要比那些在城市裡長大的同齡人更少患上過敏。從此之後,「衛生假說」就被用於描述許多不同的觀念,其中一些得到了研究支持,而另一些則沒有。

總的來說,老朋友假說的大意是,人類的免疫系統是在一個充滿微生物的世界裡發育的,我們經常要跟許許多多的微生物打交道。我們已經看到了免疫系統跟腸道微生物的密切聯繫,但是這樣的親密關係也可能會擴展到病原體。免疫系統已經對一定程度的接觸和較量習以為常了。現代西方社會,是人類有史以來最愛清潔、刷洗、消毒的階段,我們受感染的機會大大減少——但這破壞了免疫系統的平衡。我們的免疫系統習慣了跟某些病原體對抗,一旦沒有了對手,它就會工作失常。因此,嬰兒和小朋友也許最好要接觸一點髒東西。

現代社會,是人類有史以來最愛清潔及消毒的階段,我們受感染的機會大大減少,但這破壞了免疫系統的平衡。圖/Pixabay

顯然,你不希望你的孩子臉上有霍亂弧菌,雖然研究人員在二○○○年發現結核病對預防氣喘有幫助,但這並不意味著你要讓孩子染上結核。但是「髒東西」裡含有許多常見病原菌的減毒突變株(不再那麼有害),這可能對孩子的身體有益。沒有它們,孩子日後也許更容易患上免疫疾病——比如過敏和自體免疫病。

問題是,要多乾淨才算乾淨,要多髒才算髒呢?抱歉,我真的不知道答案。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田

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麥田出版_96
156 篇文章 ・ 375 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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