可用於靶向給藥的蛋白膠囊

• 作者／ 醫療新知
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在兒童內分泌科，有許多賀爾蒙相關藥物因為藥物成分結構的特殊性質，給藥途徑常常需要透過皮下注射，讓藥物能良好吸收並穩定發揮其效果。

使用較多、也較廣為人知的幾種藥物包含「胰島素」、「生長激素」與「類升糖素胜肽－1 受體促效劑（GLP-1 receptor agonist）（俗稱減肥針、瘦瘦針）」。

皮下注射藥物給藥裝置

林口長庚醫院兒童內分泌科邱巧凡醫師指出，大多數上述藥物，近年都以「筆型針」設計為主流。傳統以空針筒抽取玻璃瓶藥劑的方式已經逐漸被筆型針取代。相較於傳統方法，筆型針有許多優勢，包含操作時間短、步驟簡單、操作方便、劑量拿捏精確等。

另外，近幾年還有「無針注射器」的產品，透過高壓噴射原理，使藥物不須透過針頭即可進入皮下組織，目前適用於胰島素注射。

注射部位

皮下注射的部位包含：腹部、臀部、上臂、大腿外側。

這些部位在藥物吸收速度上略有差異，分別如下：

• 吸收速度最快的部位： 腹部
• 吸收速度其次為： 上臂
• 吸收速度較慢： 大腿、臀部

其他會影響藥物吸收速度的因素還包含：

1. 運動：剛剛運動完的一側肢體由於血流增加，藥物吸收速度也會加快。
2. 溫度：較高的溫度，藥物吸收速度快；較低的溫度，藥物吸收速度較慢。（例如泡溫泉、熱水澡、按摩後）
3. 注射部位深淺：

• 注射太淺，未到皮下組織，容易產生疼痛感，藥物吸收速率也較差。
• 注射太深，進到肌肉層，會加速藥物吸收速率。

邱巧凡醫師表示，基於上述對於藥物吸收速率的影響因素，在需要藥物快速或稍晚發揮功效的情境下，或當觀察到藥效發揮不如往常時，這樣的因素考量就相當重要。

皮下注射藥物使用要點

1. 許多皮下注射藥物平時都是需要冷藏保存的，若剛從冷藏取出便立即注射，由於溫度較低，注射時疼痛感較明顯。建議可以提前拿出來，待溫度稍微回升，再執行注射。
2. 務必養成習慣，每次注射前都要先確認藥物名稱、有效期限、劑量，並檢查藥水是否有雜質、變色、混濁等異常。
3. 注射時避開感染、發炎、纖維化、凹陷、脂肪增生等處，以免影響藥效。
4. 務必確實做好「注射部位」及「注射筆針頭銜接處」的清潔消毒。
5. 針頭完全插入至注射部位後，再按壓注射按鈕。
6. 輸注後在原處停留 6～10 秒，再拔出針頭，確保完全輸注並避免藥水洩漏。
7. 注射部位要輪替，避免施打同一部位，造成腫塊的形成，影響藥物吸收。
8. 針頭拔出後，輕壓注射處至不再出血即可。
9. 注射部位「不要揉」，否則容易因此拉扯到皮下微血管造成出血或瘀青。
10. 不與其他人共用針頭、筆型針，針頭也不要重複使用。
11. 使用後的針頭請用「有瓶蓋」「堅硬不易被刺穿」的容器盛裝，並於容器標示清楚「內含廢棄針具」，栓緊瓶蓋，帶回原就診醫療院所或有「居家廢棄藥物檢收站」標章的社區藥局回收處理。

配合醫囑指示正確使用藥物，並掌握以上皮下注射藥物的注射要點，相信能讓藥物更加穩定且安全地發揮其最佳療效。

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在澳大利亞的兒童派對上，常出現一種繽紛奪目，胖死人不償命的點心，叫做「仙子麵包」（fairy bread）。

其做法相當簡單，就是在吐司上塗奶油，灑滿多彩糖珠（nonpareils），再切成三角形^[1]。美食與食譜網站不時會介紹它的各種華麗變體，例如：「仙子漢堡」、「仙子蛋糕」等^[2,3]。

不過，現在有個美國的創新版本，卻是抱著救世的精神，榮登科學期刊。

偽造藥品極難分辨真偽

偽造和不合格的藥品，不僅在全世界害人無數，每年還造成 2 千億美元的經濟損失。開發中國家所受的影響尤為嚴重，國際衛生組織（World Health Organisation）估計當地 1/10 的藥物都是假貨^[4]。仿冒藥品和印刷偽鈔的概念雷同，正邪雙方拼的是製造和辨識的技術。

就拿澳洲藥物管理局（Therapeutic Goods Administration）官網上的照片來說，三粒外觀神似的輝瑞（Pfizer）藥丸齊聚一堂，令人看了直呼真假難辨^[5]！就算仔細觀察它們的形狀、顏色、拼字與外包裝，又有幾個普通民眾看得出哪幾粒不能吃？

目前幾種藥物防偽技術，雖然理論上可行，但實際操作起來，多少都有缺點。比方說：

1. 在膠囊上壓印（indentation）一串編碼，再用特定的閱讀器來解碼^[4]。
2. 於每粒藥丸上印QR code，然後拿顯微鏡辨識^[4]。
3. 大幅改動原本的製藥程序，用螢光墨水或微模成型（micro-moulding）產生QR code，再透過智慧型手機的相機讀取^[4,6]。
4. 調整製藥配方，在藥物外層的膜衣（film-based formulations）印上識別^[4]。

這些方法都勞師動眾，不易普及。

業界的福音「糖果代碼」誕生了

正在業界苦無新法之際，2022 年 5 月 6 日《科學報告》（Scientific Reports）期刊，發佈了〈糖果代碼：一種簡單、普遍、獨特、可食用，且能確認藥物真實性的識別〉^[4]。該文作者美國科學家 William H. Grover，彷彿以「灑水觀音」之姿，慈悲地潑灑糖珠，祈願杜絕偽藥氾濫，並就此解救天下蒼生。

首先，他把撒糖珠的動作，輕鬆地加到現行的製藥程序裡。不管藥廠做的是藥丸、藥片或膠囊，沒有糖珠附著不了的固體。當糖珠被隨機揮灑，便會在固體表面形成獨特的圖案。就像沒有一塊「仙子麵包」長得完全相同，每粒裹上糖珠的藥丸從此也有了個人專屬的外表。儘管它們不會因此引領時尚潮流，但至少宛如 QR Code 附體，有了獨一無二的「糖果代碼」（CandyCodes）^[4]。

接著，所有換上新裝的藥丸，在離開藥廠之前，都要來張個人紀念寫真。透過攝影，單一藥丸上每顆糖珠的位置與顏色，都將被記錄在藥廠的資料庫中。若嫌圖檔不好用，也可以將糖珠的排列組合，編成字串以利存取。如此一來，當藥丸抵達消費者手中，後者只要用手機拍照上傳給藥廠，就可以比對「糖果代碼」，為藥丸驗明正身^[4]。

至少可以創造出10¹⁷ 組不會重複的糖果代碼

說到排列組合，學過「庭院深深深幾許」的讀者，是否好奇「糖果代碼」的各種可能性，夠不夠應付藥廠的龐大出貨量？科學家 William H. Grover 採用每顆 2.3 毫克，8 種不同顏色的糖珠：深藍、淺藍、紅、粉紅、綠、橙、黃和白色。每顆能編寫 3 個 2 進位（2³=8）位元的資訊，於是 1 公斤的糖珠就可乘載 130 萬位元的資訊量。此外，糖珠的售價相當便宜，1 美元能購買 2 萬 9 千顆糖珠^[4]。

由於糖珠是隨機地包覆在藥丸外層，排列組合的結構，比 1D 的條碼和 2D 的 QR code 複雜。美國科學家 William H. Grover 用 Python 語言，寫了個程式來將每張藥丸的照片，轉換成一條條二進位的代碼字串，再計算可能性的總數。經過一番努力之後，他推估這個做法，足以創造 10¹⁷ 組不會重複的「糖果代碼」。如果還是擔心數量不夠，也可以使用更多顏色，或不同形狀及尺寸的糖珠，來增加排列的組合^[4]。

當然，科學家的野心絕不侷限於製藥，否則跟只會做或吃「仙子麵包」的販夫走卒，又有何差異？William H. Grover 認為「糖果代碼」的概念，將來還可以被運用在其他產品。例如：於瓶蓋或其他包裝上，黏貼彩色的小粒子，來遏制盜版^[4]。雖然他的願景才剛被《科學報告》期刊公諸於世，但將來或許就真的被廠商採用了。到時候市面上，便會充斥著各式各樣的仙子商品。

參考資料

1. Meanings and origins of Australian words and idioms (Australian National University, 2017)
2. Fairy’s Burger at Mary’s (Gourmet Traveller, 2016)
3. Fairy bread cake (SBS)
4. CandyCodes: simple universally unique edible identifiers for confirming the authenticity of pharmaceuticals (Scientific Reports, 2022)
5. How to spot a counterfeit medicine (Therapeutic Goods Administration, 2020)
6. Drug-laden 3D biodegradable label using QR code for anti-counterfeiting of drugs (Materials Science and Engineering: C, 2016)

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

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

澳洲與法國研究人員發展出一種製作蛋白膠囊的簡單新技術，製成的膠囊不僅耐用，而且無須使用催化劑以及其他複雜的處理步驟。這種中空膠囊可望作為理想的藥物輸送媒介。

這項研究由墨爾本（Melbourne）大學的Damien Mertz與Frank Caruso以及史特拉斯堡（Strasbourg）大學的合作伙伴共同完成。他們將異丁醯胺（isobutyramide, IBAM）連接至蛋白質上，此舉在兩結構之間產生強烈的非共價鍵結，並且導致中空蛋白的形成，大小約在微米或次微米等級。此技術不同於一般方式需使用催化劑或共價連接物，而且所製作出的膠囊亦相當穩定耐用。

Mertz解釋，此組裝過程的第一步是以異丁醯胺修改二氧化矽模板，接著將蛋白質吸附至此模版上。透過與胺基的反應，蛋白質表面可用異丁醯胺進行「重新設定」（reinitiated），並且能接著覆蓋上第二層蛋白質。最後把模板溶解便形成蛋白膠囊。實驗中使用了人血清白蛋白（human serum albumin），此球狀蛋白質由585個氨基酸所構成，是人體血漿中最常見的蛋白質。

這些蛋白膠囊的直徑、厚度以及成分能加以控制，並且能以不同生物配體對蛋白膠囊進行功能化。例如，經由酵素、核酸和糖份所功能化的膠囊在靶向給藥（targeted drug delivery）的應用領域上將可望派上用場。此外，該蛋白膠囊不僅對生物細胞不具毒性更可生物降解。由於製作簡單，因此也能輕易大量生產。

此研究團隊在去年曾發表關於以異丁醯胺和各種生物分子（如蛋白質、核酸與多醣體）所構成的膠囊，並且在最近證實了類似的蛋白膠囊能載運抗癌藥物，並在生物環境下透過所謂的蛋白質降解（protease degradation）釋放藥物。他們目前則計畫更深入探討異丁醯胺與蛋白質間的交互作用。詳見ACS Nano｜DOI: 10.1021/nn302024t。

資料來源：Protein capsules for targeted drug delivery. NanoTechWeb [Sep 27, 2012]

譯者:劉家銘（逢甲大學光電學系）
責任編輯:蔡雅芝

轉載自 奈米科學網