同樣作為國內青少年科學獎得主,並取得醫學與健康科學門大會一等獎的陳禹縉同學,以《PP5-AMPK Pathway mediates Palbociclib-induced Cell Death in Lung Cancer》為題,研究新核准的標靶藥物 Palbociclib。經過多種測試後,陳禹縉同學最終發現 Palbociclib 可藉由抑制 PP5 使 AMPK 激活,進而誘發肺癌細胞凋亡(apoptosis)與自噬死亡(Autophagy),提供更多有助未來癌症標靶藥物研發方向。
來自加拿大的 Shaan Baig 以題目《Lighting Up the Brain—Development of a Novel Molecular Probe for the Early, Minimally-invasive Diagnosis and Treatment of Alzheimer’s Disease》,設計了一種新穎的奈米碳量子點(Carbon Dots)及專一性的抗體複合體,協助定量潛在患者腦中阿茲海默症的抗體,進而做到預防與診斷阿茲海默症早期的效用。目前阿茲海默症的抗體診斷方法大多都為侵入性的腰椎穿刺,且缺乏專一性,有感祖父受阿茲海默症折磨所受苦痛,Shaan Baig藉由自己的研究,為阿茲海默症的治療提供了有力的研究成果。
行為與社會科學、物理與天文學門除較正式的命題外,也出現如 Pokémon Go 風潮對社會的影響,和使用指尖陀螺為力學模型進行離心機設計改良等切入點較平易近人的研究;其中物理與天文學科、電腦科學與資訊工程學門的研究出現許多自製簡易儀器,更見國內年輕學子的實作能力提升。環境工程學科出現提出廢油回收及工廠廢水處理之解決方案等,更有因應近年塑膠吸管退場所提出之替代材料,被評審委員讚揚符合現今社會需求。
1990 年,融合蛋白 CD4 免疫黏附素(CD4 immunoadhesin)誕生。這項設計,是為了對付令人類聞風喪膽的 HIV 病毒。
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我們知道 T 細胞是人體中一種非常重要的白血球。在這些 T 細胞中,大約有六到七成表面帶有一個叫做「CD4」的輔助受體。CD4 會和另一個受體 TCR 一起合作,幫助 T 細胞辨識其他細胞表面的抗原片段,等於是 T 細胞用來辨認壞人的「探測器」。表面擁有 CD4 受體的淋巴球,就稱為 CD4 淋巴球。
麻煩的來了。 HIV 病毒反將一軍,竟然把 T 細胞的 CD4 探測器,當成了自己辨識獵物的「標記」。沒錯,對 HIV 病毒來說,免疫細胞就是它的獵物。HIV 的表面有一種叫做 gp120 的蛋白,會主動去抓住 T 細胞上的 CD4 受體。
而另一端的 Fc 區域則有兩個重要作用:一是延長融合蛋白在體內的存活時間;二是理論上能掛上「這裡有敵人!」的標籤,這種機制稱為抗體依賴性細胞毒殺(ADCC)或免疫吞噬作用(ADCP)。當免疫細胞的 Fc 受體與 Fc 區域結合,就能促使免疫細胞清除被黏住的病毒顆粒。
不過,這裡有個關鍵細節。
在實際設計中,CD4免疫黏附素的 Fc 片段通常會關閉「吸引免疫細胞」的這個技能。原因是:HIV 專門攻擊的就是免疫細胞本身,許多病毒甚至已經藏在 CD4 細胞裡。若 Fc 區域過於活躍,反而可能引發強烈的發炎反應,甚至讓免疫系統錯把帶有病毒碎片的健康細胞也一併攻擊,這樣副作用太大。因此,CD4 免疫黏附素的 Fc 區域會加入特定突變,讓它只保留延長藥物壽命的功能,而不會與淋巴球的 Fc 受體結合,以避免誘發免疫反應。
從 DNA 藍圖到生物積木:融合蛋白的設計巧思
融合蛋白雖然潛力強大,但要製造出來可一點都不簡單。它並不是用膠水把兩段蛋白質黏在一起就好。「融合」這件事,得從最根本的設計圖,也就是 DNA 序列就開始規劃。
我們體內的大部分蛋白質,都是細胞照著 DNA 上的指令一步步合成的。所以,如果科學家想把蛋白 A 和蛋白 B 接在一起,就得先把這兩段基因找出來,然後再「拼」成一段新的 DNA。