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【錯誤】茶樹精油是最新防疫利器?效果尚未證實|武漢肺炎內容查核 #26

PanSci_96
・2020/03/15 ・908字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 550 ・八年級

新聞報導指出:「透過嗅聞精油 15 分鐘,就有抗病毒的效果。」看了這些研究,你是不是也好奇,茶樹精油對於武漢肺炎是否有防疫效果呢?

精油研究不少,但至今沒有官方單位推薦使用於防疫。目前有些證據支持茶樹精油可能可以抑制某些種類的病毒。但在實務上與科學研究可驗證的範圍內,精油是否有抗病毒的能力,還有許多無法釐清的部分

  1. 目前科學研究的結論並不一致,對於精油的有效成分為何並無定論。
  2. 科學研究均有配置一定濃度的精油,才能達到抗病毒功效。一般取得的精油種類與濃度均難以判定。
  3. 研究都是直接讓病毒與精油接觸,跟在人體的實際狀況有很大的差異。
  4. 過往研究只實驗過 A 型流感病毒、大腸桿菌嗜菌體 M13、菸草鑲嵌病毒、第一型單純皰疹病毒顯示在某些情況下有抑制效果,對於冠狀病毒尚未有研究證實

所以目前只能說,茶樹精油在紓壓方面可能確實具有療效,也有研究表明其能抑制流感病毒。從臨床醫學的角度,還沒有證據表示茶樹精油能有效對抗冠狀病毒。

延伸閱讀:茶樹精油經實驗可以防病毒?精油真的有防疫功效嗎?

參考資料:

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  1. 中時電子報—精油竟有防疫功效?研究:聞15分鐘近完全消毒
  2. Journal of Aerosol Science—Antiviral activity of tea tree and eucalyptus oil aerosol and vapour
  3. 中視新聞—精油防疫! 澳研究:聞15分清空流感病毒
  4. Journal of Essential Oil Research—Antiviral Activity of the Essential Oil of Melaleuca alternifolia (Maiden amp; Betche) Cheel (Tea Tree) Against Tobacco Mosaic Virus
  5. Current Microbiology —In Vitro Antimicrobial Activities of Commercially Available Tea Tree ( Melaleuca alternifolia ) Essential Oils
  6. HEHO—精油也能抗病毒?研究:精油中有成分能在15分鐘讓95%病毒失去活性
  7. 科學的養生保健—精油能抗武漢病毒,醫師說的?
  8. JOHNS HOPKINS MEDICINE—Coronavirus Disease 2019: Myth vs. Fact
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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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強化免疫力抵抗疫情,多攝取維生素C有用嗎?該怎麼吃比較好?
陳 曼婷
・2020/04/10 ・2286字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

  • 作者:陳曼婷 | 澳洲註冊營養師,目前服務於 Aranth 安曼營養

維生素 C 一向被認為能增強抵抗力、有效預防流行性感冒。如今 COVID-19(俗名:武漢肺炎)的疫情擴及全球,維生素 C 補充劑於是成了不少人的家中必備品。究竟這個做法有科學依據嗎?什麼樣的人需要補充維生素 C 呢?

為什麼會有維生素 C 增強抵抗力一說呢?

許多人都認為維生素 C 能增加抵抗力。圖/needpix

維生素 C 能增強皮膚和結締組織中的脂肪膜,從而保護肺等器官免受病原體侵害。而且,維生素 C 能引導免疫細胞至受感染部位,利用其抗氧化的功能減低受感染部位的細胞受到自由基的破壞。因此,普遍都認為補充維生素 C 有助對抗各種感染症狀。

事實上大多數研究顯示,在感冒期間服用 1-3 克的維生素 C 的確可以使成年人的患病時間減少 8%,兒童則減少 14%,等於縮短感冒過程 1 至 1.5 天。同時,能緩解感冒帶來的不適,例如發燒和發冷等等。

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但是,服用維生素 C 似乎在一般群體中並不能有效預防上呼吸道感染。只有在身體經常處於高壓狀況的群體,例如運動員和士兵等, 服用維生素 C 才能減低患上感冒的機率 。

維生素 C 有助抵抗武漢肺炎嗎?實驗正在進行中

開始有人思考利用維生素 C 抵抗 COVID-19 的可行性。圖/pexels

至於維生素 C是否可以緩解 COVID-19 患者的症狀或改善治療結果?這個問題,武漢大學的科學家7表示正在測試當中。當地研究人員相信,由於維生素 C 是一種抗氧化劑,或可以幫助預防細胞因子誘導造成對肺部的損害。於 2 月開始了由 140 個實驗者組成的臨床試驗, 測試以靜脈注入的方式注射超高劑量的維生素 C,以研究是否對於相關感染有治療效果。在此臨床試驗中, 測試組每位患者會被注射每天兩次、每次 12 克,遠高於每日建議劑量的維生素 C 輸液,共 7 天。對於一般成年男性,維生素 C 每日建議劑量僅為 90 毫克。

雖然實驗到九月底才會正式有結果。但外國的科學家普遍表示,對維生素 C 的療效並不抱有太大希望。值得注意是,就算研究結果顯示該療法有效,只能應用於從靜脈注入體內的方式,而劑量亦非一般市面上口服補充劑能達到的。8, 9, 10除了維生素 C 外,暫時亦並沒有證據表明其他聲稱能增強免疫力的保健食品,例如鋅,綠茶或紫錐菊等能有助於預防冠狀病毒的感染。

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避免感染病毒的最有效方法仍然是勤洗手,不要觸摸眼睛、鼻子或嘴巴,戴口罩和減少不必要的外出和聚會。

什麼人會容易缺乏維生素 C 呢?

抽菸、喝酒的人特別需要維生素 C。圖/pxfuel

雖然維生素 C 缺乏的情況越來越少見,但某些人還是會需要適量補充維生素 C。攝入酒精會增加尿液中排出的維生素 C,因此經常喝酒的人很容易缺乏維生素 C。 加上維生素 C 並不能保存在體內,如果飲食習慣不佳,沒有每天蔬果攝取不足的人士,還是很容易缺乏維生素 C的。

除此以外,有吸煙習慣或會常接觸到二手煙的人亦會需要攝取更多的維生素 C。因為香煙會增加身體中的自由基,會破壞身體中組織,需要消耗更多維生素 C 去中和。有研究顯示,吸煙人士體內的維生素 C 會較平均值低 30%,每天最好額外攝取 35 毫克作為補充。

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飲食中要怎麼增加維生素 C 呢?

想要維生素 C,那就蔬菜水果吃起來。圖/pixnio

我們的身體並不能夠製造維生素 C,主要靠從食物中攝取。成人每天的建議攝取量為 75-90 毫克。常見含豐富維生素 C 的食物包括以下食物:

  • 水果類:芭樂、奇異果、木瓜、草莓、柑橘、哈密瓜
  • 蔬菜類:苦瓜、甜椒、辣椒、花椰菜、綠花椰、番茄

但維生素 C 屬於不穩定的物質,被烹飪時會受到破壞。尤其是燙青菜,維生素 C 的流失能夠高達 50%。

圖/自製

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如果飲食中極度缺乏蔬果的人士,可以選擇從補充劑攝取維他命 C,但建議單次的攝取量在 200 毫克或以下。因為人體的吸收率超過這個劑量後,會大大下降。尤其在超過 1250毫克後,吸收率更只有 40% 以下,其餘的會從尿液被排出。

服用維生素 C 補充劑有潛在危險嗎?

由於維生素 C 是水溶性,過量攝取會經尿液排出體外,每天口服不超過 2000 毫克的維生素 C 對成人、甚至孕婦或哺乳期的婦女而言都是安全的。但是,如果每天持續攝取超過 2000 毫克時,則有可能引起一系列的副作用,包括即時的噁心、腹痛或嚴重腹瀉,或長期增加患上腎結石的風險。

而對曾經患有腎結石的人士來說,每天攝取超過 1000 毫克的劑量會大大增加復發的風險。除了患有腎結石人士以外,G6PD 缺乏症(蠶豆症患者)亦不建議服用任何維生素 C 的補充劑。大量攝入維生素 C 會導致蠶豆症體內的紅血球細胞破裂,造成溶血反應。

參考文獻

  1. Hemilä, H., & Chalker, E. (2013). Vitamin C for preventing and treating the common cold. Cochrane Database of Systematic Reviews, (1).
  2. Jacob, R. A. (2000). Passive smoking induces oxidant damage preventable by vitamin C. Nutrition reviews58(8), 239-241.
  3. Pasonen-Seppänen, S., Suhonen, M. T., Kirjavainen, M., Suihko, E., Urtti, A., Miettinen, M., … & Tammi, R. (2001). Vitamin C enhances differentiation of a continuous keratinocyte cell line (REK) into epidermis with normal stratum corneum ultrastructure and functional permeability barrier. Histochemistry and cell biology116(4), 287-297.
  4. Ran, L., Zhao, W., Wang, J., Wang, H., Zhao, Y., Tseng, Y., & Bu, H. (2018). Extra dose of vitamin C based on a daily supplementation shortens the common cold: A meta-analysis of 9 randomized controlled trials. BioMed research international2018.
  5. Schectman, G., Byrd, J. C., & Gruchow, H. W. (1989). The influence of smoking on vitamin C status in adults. American Journal of Public Health79(2), 158-162.
  6. Smith, J. L., & Hodges, R. E. (1987). Serum levels of vitamin C in relation to dietary and supplemental intake of vitamin C in smokers and nonsmokers. Annals of the New York Academy of Sciences498(1), 144-152.
  7. ZhiYong Peng, Zhongnan Hospital.Vitamin C Infusion for the Treatment of Severe 2019-nCoV Infected Pneumonia: a Prospective Randomized Clinical Trial.
  8. Brown, M. (2020).Fact check: Could taking vitamin C cure — or prevent — COVID-19? USA TODAY.
  9. No Evidence To Support Intravenous High-dose Vitamin C in the Management Of Covid-19
    Australian Government Department of Health –
  10. Vitamin C Deployed in Big Doses To Help Treat Coronavirus Patients
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陳 曼婷
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澳洲註冊營養師及英國私人教練證書。畢業於香港大學食品及營養科學,其後赴澳洲悉尼大學深造臨床營養學,現為安曼營養中心高級營養顧問。

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新聞報導指出:「透過嗅聞精油 15 分鐘,就有抗病毒的效果。」看了這些研究,你是不是也好奇,茶樹精油對於武漢肺炎是否有防疫效果呢?

精油研究不少,但至今沒有官方單位推薦使用於防疫。目前有些證據支持茶樹精油可能可以抑制某些種類的病毒。但在實務上與科學研究可驗證的範圍內,精油是否有抗病毒的能力,還有許多無法釐清的部分

  1. 目前科學研究的結論並不一致,對於精油的有效成分為何並無定論。
  2. 科學研究均有配置一定濃度的精油,才能達到抗病毒功效。一般取得的精油種類與濃度均難以判定。
  3. 研究都是直接讓病毒與精油接觸,跟在人體的實際狀況有很大的差異。
  4. 過往研究只實驗過 A 型流感病毒、大腸桿菌嗜菌體 M13、菸草鑲嵌病毒、第一型單純皰疹病毒顯示在某些情況下有抑制效果,對於冠狀病毒尚未有研究證實

所以目前只能說,茶樹精油在紓壓方面可能確實具有療效,也有研究表明其能抑制流感病毒。從臨床醫學的角度,還沒有證據表示茶樹精油能有效對抗冠狀病毒。

延伸閱讀:茶樹精油經實驗可以防病毒?精油真的有防疫功效嗎?

參考資料:

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  1. 中時電子報—精油竟有防疫功效?研究:聞15分鐘近完全消毒
  2. Journal of Aerosol Science—Antiviral activity of tea tree and eucalyptus oil aerosol and vapour
  3. 中視新聞—精油防疫! 澳研究:聞15分清空流感病毒
  4. Journal of Essential Oil Research—Antiviral Activity of the Essential Oil of Melaleuca alternifolia (Maiden amp; Betche) Cheel (Tea Tree) Against Tobacco Mosaic Virus
  5. Current Microbiology —In Vitro Antimicrobial Activities of Commercially Available Tea Tree ( Melaleuca alternifolia ) Essential Oils
  6. HEHO—精油也能抗病毒?研究:精油中有成分能在15分鐘讓95%病毒失去活性
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  8. JOHNS HOPKINS MEDICINE—Coronavirus Disease 2019: Myth vs. Fact
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燃燒吧,小宇宙!疫情之下,研發疫苗大絕招有哪些?
Jaffer Yang
・2020/04/09 ・4340字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 598 ・九年級

此時此刻,全球最大的頭號公敵,非COVID-19(俗名:武漢肺炎)莫屬。臨床上除了找出可治療的藥物來緊急救援,另一個真正一勞永逸的解決方案是研發疫苗。因此,各國科學機構都紛紛加緊腳步,各種疫苗研發的方法在此刻也可稱得上是百花齊放。

一大堆的研發方法是否讓你暈頭轉向呢?接下來我們就要來介紹近期各種疫苗研發的技術。而首先,就要從人體的免疫系統開始講起。

還記得《聖鬥士星矢》的故事中,有這樣的設定:同樣的招數對聖鬥士是無效的!

還記得《聖鬥士星矢》的故事中,有這樣的設定:同樣的招數對聖鬥士是無效的!同招式再來,看破手腳喔!圖/GIPHY

人體的免疫系統,就如同聖鬥士般,當第二次面臨相同或相似的病原體時,免疫系統能夠發揮其記憶特性,快速產生強大的免疫反應以消滅病原體,欲侵略身體的外敵則沒了可趁之機。所以,疫苗的首要作用就是讓免疫系統,在面對真正的敵人之前,可以事先預演一番。

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那麼,以疫苗作為免疫系統的假想敵,從技術層面上,可以運用很多種類型。就像是拳擊比賽之前,你可以練習跟師傅打或是跟沙袋打,學習成果當然也會隨之產生差距。

下文接著就來分別介紹,目前世界各國的生技或製藥公司,重點開發中的 COVID-19 疫苗,以及採取了什麼樣的策略或技術?又有那些優劣之處?

傳統疫苗:製備風險高,研發時程緩不濟急

疫苗最傳統的策略是使用「整個病原體 (whole-organism)」,又可分為兩大類,活的減毒疫苗 (attenuated) 與死的去活化疫苗 (inactivated),簡單來說就是將被打殘或被打死的病原體,用來作為免疫系統的假想敵。

使用傳統減毒疫苗的優點在於,可以模仿「自然感染」的免疫反應,當刺激免疫系統後,所產生的保護力較為持久。目前市面上的疫苗如流感疫苗、小兒麻痺疫苗等均是由這類傳統方法製備而來。

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然而,無論是減毒或去活化疫苗,這兩類在製備時都需要培養大量的病原體,操作人員可能因病原體去活化不完全,而被意外感染的風險較高,再加上傳統疫苗的開發時程漫長 (約 10-15 年),又需依經驗證明其療效。

所以對於需求急迫、傳染性極高的 2019 新型冠狀病毒 (2019-nCoV),各國研發團隊都未採取傳統疫苗的策略。

最受矚目的 mRNA 疫苗,研發速度最快

mRNA 意思為「訊息核糖核甘酸 (messenger Ribonucleic acid, mRNA)」,其在細胞中的功能是在基因 (DNA) 到產生蛋白質的中間過程提供所需訊息,也就是 mRNA 承接上級 DNA 的指令再引導蛋白質的合成(DNA→RNA→蛋白質)。

圖/分子生物學的中心法則﹕DNA→RNA→蛋白質 (作者自繪)

mRNA 疫苗的原理是將病毒某些遺傳物質片段製作成 mRNA 送入人體。人體細胞可以直接將其轉譯出病毒的蛋白質,這些能夠引起免疫反應的蛋白質就是疫苗很重要的抗原(Antigen,縮寫 Ag)。這些抗原進而可以引發後續的免疫反應,讓人體的免疫系統可以有效辨認出病毒。

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mRNA 疫苗的優點是能縮短開發時間,只要擁有病毒的序列,可以立即把其中的序列片段製成 mRNA 疫苗,並以人體作為直接合成病毒抗原的代工廠,而無需體外的抗原製備過程。但缺點是 mRNA 分子並不穩定且保存不易,mRNA 對熱敏感,很容易被普遍存在於環境或皮膚上的 RNA 酶 (RNase) 降解。因此,mRNA 疫苗的有效性仍待進一步證實。

  • 近期較為出名的 mRNA疫苗為「mRNA-1273」,由美國國家衛生研究所 (NIH) 轄下的國家過敏和傳染病研究所 (NIAID) 與美國的 Moderna 生物技術公司共同合作。第一期臨床試驗已於 2020 年 3 月 19 日完成招募 45 位健康受試者。這也是 COVID-19 疫苗的首個臨床試驗,將評估疫苗的安全性問題,並測試能有效刺激免疫反應的適當的劑量,預計完成日期為 2021 年 6 月 1 日,最快也需要至少一年多的時間才有初步結果。
  • 緊跟在 Moderna 公司之後,美國輝瑞藥廠 (Pfizer) 與德國公司 BioNTech 也宣布要合作開發 COVID-19 的 mRNA 疫苗,預計將於 2020 年 4 月開始臨床試驗。

DNA 疫苗:搶時效的重要策略之一

DNA 疫苗與 mRNA 疫苗的原理相似,也是只需擁有病毒序列就能製備,兩者差異在於進入體内表現病毒抗原的載體從 mRNA 變成 DNA。另一個差異則是,DNA 疫苗必須送進細胞最裡層的細胞核才能發揮作用,而 mRNA 只需進入細胞質即可。

DNA 疫苗的優點也是開發時程較短,同樣為利用人體細胞作為病毒抗原的代工廠。但缺點是需要特殊的傳輸方式才能進入細胞核,像是利用基因槍 (gene gun)、電脈衝穿孔術 (electroporation)、顯微注射 (microinjection) 等方式,此外 DNA 疫苗有可能會嵌入到人體基因組,而產生突變的風險變高,所以安全性方面有所疑慮。所以相對來說,不用進入細胞核又容易被降解的 mRNA 疫苗,其安全性高於 DNA 疫苗。

  • 美國生物製藥公司 Inovio Pharmaceuticals 發展的 DNA 疫苗名為「INO-4800」,預計 2020 年 4 月進行臨床試驗。還有義大利的 Takis Biotech 公司、印度製藥商 Zydus Cadila 是都採用 DNA 疫苗的策略。

上述的核酸疫苗 (DNA 及 mRNA疫苗),一般開發時程也還仍需 4-7 年,是否這次會因為武漢肺炎的疫情緊急而加速通過,仍屬未知之數。

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重組病毒疫苗、類病毒顆粒疫苗,運用不同「病毒替身」引發免疫反應

前面提到的核酸疫苗是利用「人體細胞」作為病毒抗原的代工廠;接下來要介紹的疫苗技術則都是在「人體外」製備病毒抗原,而不同策略的差異只在於運用的載體有所不同而已。

病毒結構簡單示意圖。圖片修改翻譯自/wikicommons

先來談談重組病毒疫苗與類病毒顆粒疫苗,重組病毒疫苗是利用活的「弱病毒」作為載體,並加入能表現出病原體抗原的基因;而類病毒顆粒疫苗則是利用不具病毒遺傳物質的「病毒空殼」作為載體,並加入病原體抗原的蛋白質。

這類體外製備病毒抗原的缺點是,技術門檻較為複雜,要耗費的時程也比較久;但好處是利用弱病毒作為疫苗,弱病毒能在被感染的人體內複製,通常可引發較佳的免疫刺激能力;而不具感染力的類病毒顆粒疫苗,其安全性較高,但免疫刺激效果稍差。

  • 美國 GeoVax 生技公司攜手中國武漢的博沃公司 (BravoVax),共同開發 COVID-19 的重組病毒疫苗,值得注意的是 GeoVax 所使用的疫苗載體,名稱為 Modified Vaccinia virus Ankara (MVA),此載體平台已保持 50 多年的安全記錄,因此有望更快地取得 COVID-19 疫苗的監管許可。
  • 此外,中國康希諾公司 (CanSino Biologics) 則是運用腺病毒 (adenovirus) 作為載體,名稱為 Ad5-nCoV,目前已快速地獲得中國的監管批准,正在進行人體試驗階段。

不僅僅是上述介紹的公司,投入 COVID-19 疫苗研發行列的,還有不少大型藥廠,例如﹕英國葛蘭素史克藥廠 (GlaxoSmithKline, GSK)、法國賽諾菲藥廠 (Sanofi) 等等,各有各的獨門疫苗技術。

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台灣拼研發 COVID-19 疫苗,多管齊下

台灣這次也不落人後,疫苗國家隊在 2020 年 2 月 7 日啟動後,國家衛生研究院宣布同時投入四種疫苗的研發,包括 DNA、重組病毒、胜肽、次單位疫苗。後兩者尚未介紹到的胜肽、次單位疫苗,其原理是以病原體部分結構作為疫苗,也屬於在「人體外」製備病毒抗原。優點為不具感染性,安全性高,但缺點是必須深入了解病毒特性後,才可找出真正有效的抗原,以利產生正確的免疫記憶力。

台灣產業界方面,高端疫苗公司已與美國國家衛生研究所 (NIH) 簽約,合作開發 COVID-19 疫苗,成為 NIH 目前唯二授權合作的公司。國光生技公司也成立了專案研發團隊,正透過基因重組等方式開發 COVID-19 疫苗。

除此之外,台灣中央研究院還有兩項極具潛力的疫苗技術,可以應用於開發 COVID-19 疫苗,也都屬於在「人體外」製備病毒抗原。其一是「奈米疫苗」,原理是以生物材料製成中空的奈米粒子來模仿病毒結構,在表面附著病毒抗原,內部裝有可加強免疫反應的佐劑 (adjuvant)。其二是「醣蛋白疫苗」,原理是將病毒蛋白質表面的醣分子修飾並保留重要的核心結構來引發免疫反應,由於被醣分子蓋住的蛋白質序列不太會改變,因此醣蛋白疫苗具備應付病毒變異,並有成為廣效性疫苗的優勢。

  • 講了這麼多種疫苗技術,簡易統整於下表(全球研發中的不只這些)
病毒抗原 疫苗技術 研發團隊 優缺點
體內製備 mRNA 疫苗 美國 NIAID 與美國 Moderna 合作

 

美國 Pfizer 與德國 BioNTech 合作

優點﹕有病毒序列即可開發,開發時程短,無需體外抗原製備過程。

 

缺點﹕mRNA 分子不穩定,很容易降解,有效性仍待證實。

DNA 疫苗 美國 Inovio Pharmaceuticals

 

義大利 Takis Biotech

印度 Zydus Cadila

台灣國衛院

優點﹕有病毒序列即可開發,開發時程短,無需體外抗原製備過程。

 

缺點﹕需特殊方式送進細胞核,可能嵌入到人體基因組而產生突變。

體外製備 重組病毒疫苗

 

類病毒顆粒疫苗

美國 GeoVax 與中國 BravoVax 合作

 

中國 CanSino Biologics

台灣國衛院

優點﹕弱病毒作為疫苗,可引發較佳的免疫刺激能力。

 

缺點﹕技術門檻複雜,耗時久。

胜肽疫苗

 

次單位疫苗

台灣國衛院 優點﹕不具感染性,安全性高。

 

缺點﹕須深入了解病毒特性,找出真正有效的抗原,才能產生正確的免疫記憶力。

奈米疫苗 台灣中研院 優點﹕不具感染性,安全性高。

 

缺點﹕須深入了解病毒特性,找出真正有效的抗原,才能產生正確的免疫記憶力。

醣蛋白疫苗 台灣中研院 優點﹕不具感染性,安全性高,有機會應付病毒變異,成為廣效性疫苗。

 

缺點﹕須深入了解病毒特性,找出真正有效的抗原,才能產生正確的免疫記憶力。

不管是哪種疫苗技術,重點是在疫情的陰影底下, COVID-19 疫苗盡早核准上市才是最要緊的關鍵,千萬別像當年 SARS 疫苗研發那般無果而終!衷心期盼安全有效的 COVID-19 疫苗能夠即時問世,讓全球疫情得以緩解。

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註解

  • 抗原 (Antigen,縮寫 Ag):任何可以引起免疫反應的物質即為抗原,在疫苗製備時希望提供人體近似於目標病原體的抗原,如此免疫系統實際上遇到該病原體時,就能出現免疫反應將其消滅。

參考資料

  1. 中央研究院生物醫學研究所,林宜玲副研究員,人體疫苗之發展
  2. 新冠病毒 (COVID-19) 疫苗開發公共研發投資組合評估:以CEPI為例
  3. 報導者,【全球疫苗競速關鍵】8種疫苗比一比,台灣競爭潛力在哪裡?
  4. 生技中心產業技術評析,賴瓊雅分析師,讓身體自己變藥物製造工廠-從創史上最大生技 IPO 紀錄看 mRNA 療法之潛力
  5. 硅谷洞察,新冠肺炎疫苗生死時速!中、美、歐疫苗研發五大賽道盤點
  6. Jeff Craven, Regulatory Affairs Professionals Society (RAPS). COVID-19 Vaccine Tracker.
  7. 中央社,台灣生技抗疫國家隊成軍 檢測及疫苗成焦點
  8. BBC 中文,武漢肺炎:新冠疫苗會像非典疫苗一樣無果而終嗎

截至目前為止,通過 WHO 緊急許可的疫苗已有六款,一起來看看吧!

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Jaffer Yang
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畢業於成大微免所,現職醫學寫作。出於對醫學領域的興趣及工作經驗實務接觸,樂於將自己喜愛的科普知識,以淺白的文字讓更多人了解,曾著有《圖解醫療》一書。