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拯救世界的腺病毒疫苗(嬌生、牛津、史普尼克疫苗)之原理

miss9_96
・2021/03/04 ・2878字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

用基因治療的概念,對抗新興傳染病

疫苗的最高策略之一是「模擬被自然感染」,刺激免疫系統、生成記憶型 B、T 細胞,以產生體液型 (humoral immunity) 和細胞型免疫 (cell-mediated immunity)。因此,疫苗的古老技術裡,有種方式是利用多次繼代培養,養出致病力較弱的子代,再將弱化但仍活著的病毒注入人體 [註1],讓病毒在人體細胞裡繁殖,偽裝成被野生株病毒感染的假象 [1]。麻疹、德國麻疹疫苗等皆是此類型。

利用多次繼代培養,養出致病力較弱的子代,再將弱化但仍活著的病毒注入人體,偽裝成被野生株病雞蛋是常見的繼代培養素材之一,現行的流感疫苗所用的病毒,多數從雞蛋繼代培養而來。圖/PIXNIO

然而,面對高毒性的新興病原體,如:新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)等,直接餵活病毒給人體,肯定不是件好主意。因此科學家從基因治療領域借鑑,將目光轉向「能傳遞基因的病毒載體」。

基因治療的原理是:

  1. 將人工設計、可產生目標蛋白質的 DNA 送入人體細胞
  2. 將人工設計的 DNA 轉錄成 RNA,細胞再將 RNA 轉譯成目標蛋白質
  3. 目標蛋白質取代患者的缺陷蛋白質,治癒病人

而研發疫苗的科學家,借用了基因治療的概念,將「目標蛋白」換成病毒蛋白質、讓細胞產生病毒蛋白質,創造出被感染的假象。當免疫細胞看到表面佈滿病毒蛋白質的細胞,就會認為人體正被病毒感染,因此啟動整個免疫反應,藉此模擬自然感染、訓練免疫系統。

要怎麼讓細胞產生病毒蛋白質呢?細胞就像中央廚房,遵守著 DNA 主廚的指令,主廚 (DNA) 寫出食譜 (mRNA),細胞廚房就會依照食譜烹調出料理(蛋白質)。

若科學家希望細胞作出一份病毒蛋餅,那我們就將設計過的主廚 (DNA) 安全地送到廚房,主廚就會寫出正確的食譜 (mRNA),細胞廚房便能烹調出一份我們心目中的病毒蛋餅(冠狀病毒棘蛋白)了。

設計過的 DNA 就像主廚,會寫出正確的食譜 (mRNA),讓細胞廚房製作出我們心目中的冠狀病毒棘蛋白。圖/Pexels

腺病毒載體技術的優勢和缺點

基因治療裡,眾多技術都能將基因送至細胞內。而在新型冠狀病毒瘟疫(COVID-19)威脅下,許多疫苗科學家將目光投向了「腺病毒載體」技術。

腺病毒是顆 20 面體的中型、無膜、雙股 DNA 病毒,約 70-100 奈米 (nm) [2]。科學家創造出有缺陷的腺病毒,該缺陷病毒僅能在特殊細胞內繁殖,因此確保該人工病毒不會危害人體,或流竄到自然生態圈裡。

人工腺病毒的 DNA 可乘載新型冠狀病毒的棘蛋白 (spike protein) 的 DNA;當此人工腺病毒注射至人體、感染人類細胞,進而成功地將棘蛋白 DNA 送至細胞內、再轉錄成 RNA,最終產生病毒蛋白質。被人工腺病毒感染的細胞,會在表面產生出病毒棘蛋白,而後被免疫細胞發現、刺激免疫反應 [3]。如此便能「模擬被自然感染」,以達到疫苗的效果。

病毒載體型疫苗之卡通示意圖。圖/參考文獻 3

然而,腺病毒載體有其本身的優/劣勢:

優點

  • 研發歷史悠久,腺病毒載體技術從上世紀 70 年代起研發 [4]。
  • 相較於 mRNA 疫苗需零下之保存溫度,腺病毒載體疫苗僅需維持在 2-8℃,冷鏈保存友善。
  • 相較於蛋白質次單元型或去活化型疫苗,腺病毒載體能夠引起強烈的免疫反應,無需額外添加佐劑協助 [5]

缺點

野生株的腺病毒能引起普通感冒,據估計,約有 5 % 的一般感冒是由腺病毒感染 [6]。換言之,多數人可能對眾多亞型的腺病毒帶有抗體,當疫苗注射至人體時,抗體就會破壞腺病毒,導致疫苗失效。據研究,約有 35-95%(依居住地不同而有差異)的人類帶有第 5 型腺病毒 (AdHu5) 的抗體 [5]。

因此疫苗科學家們,紛紛改用其他亞型、物種的腺病毒為素材,試圖避開人體內原有的抗體。

  • 中國的康希諾疫苗 (CanSino):使用第 5 型腺病毒 (Adenovirus Type 5) 作載體,優勢為 1 劑。已獲中國、墨西哥等國通過使用。
  • 美國嬌生疫苗 (Johnson & Johnson):使用第 26 型腺病毒 (Adenovirus Type 26) 作載體,規避原有抗體,優勢為 1 劑。已獲美國通過使用。
  • 英國牛津疫苗 (Oxford-AstraZeneca):使用黑猩猩腺病毒 (ChAdOx 1) 作載體,規避原有抗體。須打 2 劑。已獲台灣、世界衛生組織 / WHO、歐盟、英國等國通過使用。
  • 俄羅斯史普尼克疫苗 (Sputnik V):第 1 劑使用第 26 型腺病毒 (Adenovirus Type 26),第 2 劑使用第 5 型腺病毒 (Adenovirus Type 5)。兩劑採用不同載體的設計,降低第 1 劑產生的抗體,可能會攻擊第 2 劑疫苗載體的可能性。已獲俄羅斯、墨西哥、匈牙利等國通過使用。

牛津、嬌生、史普尼克疫苗之保護力和不良反應

資料採用已公開且經同儕審核的三期臨床報告,或已公開且經政府審核通過緊急許可之三期臨床報告。

保護力

表 1/腺病毒載體疫苗之保護力。括號內為95%信心區間
圖表 1/腺病毒載體疫苗之保護力。

不良反應

表 2/腺病毒載體疫苗之不良反應比例
圖表 2/腺病毒載體疫苗之不良反應比例

新型冠狀病毒瘟疫/COVID-19 讓多項科學跨越行政障礙而落地、接受真實世界的考驗。腺病毒載體疫苗也是受惠的領域之一。在可期的未來裡,我們將可逐漸看到腺病毒疫苗挑戰 HIV、C 型肝炎等疾病,協助人類克服前所未有的頑疾。

保持冷靜,繼續前進。Keep Calm and Carry On.

註釋

註1:病毒不被視為生物,因此並沒有「活著」或「死亡」的狀態。但為求容易理解,本文將仍帶有活性、可感染細胞的病毒視為「活病毒」。

註2:牛津疫苗依兩劑間隔時間不同,保護力有所差異。大約落在 55~81% 之間。詳細數據可參考《蔣維倫 (2021) 醫護出現拒打潮?牛津疫苗的不良反應真有這麼恐怖?泛科學》

參考文獻

  1. 認識流感疫苗。行政院衛生署疾病管制局
  2. Chapter 67 Adenoviruses. Medical Microbiology. 4th edition. University of Texas Medical Branch at Galveston; 1996.
  3. Ewen Callaway (2020) The race for coronavirus vaccines: a graphical guide. Nature. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-01221-y
  4. Chao Zhang and Dongming Zhou (2016) Adenoviral vector-based strategies against infectious disease and cancer. Human Vaccines & Immunotherapeutics. https://doi.org/10.1080/21645515.2016.1165908
  5. Mangalakumari Jeyanathan, Sam Afkhami, Fiona Smaill, Matthew S. Miller, Brian D. Lichty & Zhou Xing (2020) Immunological considerations for COVID-19 vaccine strategies. Nature Reviews Immunology. DOI: https://doi.org/10.1038/s41577-020-00434-6
  6. William S.M. Wold and Karoly Toth (2013) Adenovirus Vectors for Gene Therapy, Vaccination and Cancer Gene Therapy. Current Gene Therapy. 13(6): 421–433.
  7. 蔣維倫 (2021) 今晚,你想打那支?新冠病毒疾病(COVID-19)疫苗們的保護力。泛科學
  8. Janssen Ad26.COV2.S Vaccine for the Prevention of COVID-19. Vaccines and Related Biological Products Advisory Committee Meeting. 2021/02/26. U.S. Food and Drug Administration.
  9. Information for Healthcare Professionals on COVID-19 Vaccine AstraZeneca. UK Medicines & Healthcare products Regulatory Agency. 2021/02/23

 

文章難易度
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163 篇文章 ・ 455 位粉絲
蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9


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Deepfake製作的虛假訊息氾濫,美國如何立法力挽狂瀾?

法律白話文運動_96
・2022/01/28 ・2745字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 作者黃伊平,執業律師,台北大學法學碩士。

編按:在出現Deepfake之後,網路世界進入了「眼見不為憑」的年代。本次泛科學和法律白話文合作策畫「Deepfake 專題」,從Deepfake 技術與辨偽技術、到法律如何因應。科技在走,社會和法律該如何跟上、甚至超前部署呢?一起來全方位解析 Deepfake 吧!

有一部美國前前任總統歐巴馬咒罵前任總統川普的影片,在網路上廣為流傳。但是,只要看到片尾就會發現拍攝者並不是歐巴馬本人,而是透過編輯技術製作的。在這個使用深度造假 deepfake 技術完成的影片中,演員皮爾的聲音和嘴巴被換成歐巴馬的聲音和臉,顯示此類技術的危險和力量──這類影片足以讓任何人、說出任何話

歐巴馬被 deepfake 的示範影片。

「深度造假」一詞廣為流傳,起源於美國社交網站 Reddit 的用戶「deepfakes」。該名用戶 deepfakes 的興趣,是和其他用戶分享其所製作的影片──尤其是把色情影片的女主角的臉替換成名人的面孔,包括影星蓋兒加朵(Gal Gadot-Varsano)、麥茜威廉姆斯 (Margaret Constance “Maisie” Williams) 和泰勒斯 (Taylor Alison Swift) 等。另一位用戶「deepfakeapp」甚至創建專門設計的應用程序「FakeApp」,讓沒有技術背景的用戶,只要下載 App 就可以製作假色情影片。而製作這些影片所需的種種工具都是免費的,並附有指導手冊,協助新手完成整個過程。

Deepfake的相關技術在網路的傳播下越來越普遍,除了色情影片,利用造假技術來誹謗、冒充和傳播虛假信息的現象,在美國也越來越氾濫。

遏止虛假信息立法處罰詐欺視聽製作

為了管制這樣的現象,美國參議院先在 2018 年提出《禁止惡意深度造假法案》(Malicious Deep Fake Prohibition Act)草案,處罰製造詐欺視聽紀錄的犯罪行為,包括深度造假任何視聽影音媒體的電子紀錄、照片或電子影像等。

而且,不管是否發生在美國境內,只要從事這些行為的人都會被罰款,或同時處以 2 年以下的有期徒刑;而若犯罪行為影響聯邦、州等政府機關的任何程序(無論行政、立法或司法程序),像是選舉辦理、甚或導致暴力行為發生的話,則會被處 10 年以下的有期徒刑。

美國參議院在 2018 年提出《禁止惡意深度造假法案》圖/envato elements

此外,美國眾議院更在 2019 年,提出限制深度造假影片篡改技術的《深度造假問責法》(DEEP FAKES Accountability Act)草案,要求使用深度造假技術製作影片的人負起責任。例如,影片若內含虛假人物的視覺元素,製作者應嵌入數字水印,讓閱聽者能清楚識別這份影音包含更改後的音檔或視覺元素,或要求提出更改聲明,以及對更改程度的簡單描述。

而若影片含有羞辱性虛假信息,足以製造暴力或人身傷害、煽動武裝或外交衝突、干涉包括選舉在內的官方程序、或與詐欺有關,違者將處罰款或可併處 5 年以下的有期徒刑。被侵害的個人,也可以向行為人請求最高 15 萬美元的民事賠償、或其他適當的救濟措施。

造假影片若干涉到選舉官方程序,製作者就有可能被判刑。圖/envato elements

由國家情報總監介入,防範 Deepfake 危害國家安全

前面的管制,都是攸關私人之間的侵害;面對深度造假對國家安全的干擾,前美國總統川普在 2019 年簽署了美國第一部處理「Deepfake 深度造假」的聯邦法律,並成為 《2020 財政年度國防授權法案》(National Defense Authorization Act for Fiscal Year 2020NDAA)的部分內容。

換句話說,即針對深度造假,要求國家情報總監(Director of National Intelligence,簡稱 DNI)完成以下任務

  1. 做出深度造假對國家安全的潛在影響評估報告,報告內容應評估外國政府的深度造假技術能力,以及外國政府或外國人如何使用深度造假來損害國家安全利益。
  2. 當未來發現有明確來自國外,針對美國選舉或國內政治的深度造假信息,DNI 應立即通知國會。
  3. 舉辦深度造假競賽,提供一名或多名獲獎者高達 500 萬美元的獎金獎勵,以刺激深度造假技術的研究、開發或商業化。

時間來到 2021 年,美國參議院國土安全和政府事務委員會(The U.S. Senate Committee on Homeland Security and Governmental Affairs)通過《深度造假專案小組法案》(Deepfake Task Force Act),旨在建立一個公私合作成立的團隊。小組須提出足以檢測數位內容是否偽造的技術和系統,供大眾驗證資訊是否真實,以遏止深度造假技術帶來的危害。

禁止捏造意圖影響選舉結果的欺騙性影片。圖/envato elements

各地州政府針對Deepfake管制立法

而在州等級,也有關於深度造假的管制立法,像是維吉尼亞州、德州、加州。

2019 年,維吉尼亞州成為美國第一個針對未經同意的深度偽造色情內容,決定課以刑責的州。其設立「非法傳播或出售他人圖像罪」(Unlawful dissemination or sale of images of another),處罰任何以脅迫、騷擾或恐嚇為目的,或是未經他人同意,惡意傳播或出售以任何方式製作他人裸露影片或照片的行為。該罪被列為第 1 類輕罪,可處 2 年以下監禁、得併處罰款。

之後德州參議院,也在同年通過第 751 號法案,明定禁止捏造意圖影響選舉結果的欺騙性影片。

加州州長也頒布了 AB-602 號及 AB-730 號兩項法案。前者允許被害人有權向影片製作者提起損害賠償訴訟或其他救濟,並求償合理的律師費和懲罰性賠償,如果違法行為出於惡意,法定損害賠償金最高可增至 15 萬美元。後者則禁止對競選公職的候選人在當選後 60 天內,分發惡意的深度造假影片的行為,受到名譽侵害的候選人可以依法對犯罪者啟動刑事追訴。

美國近年來著力以立法規範Deepfake,然而也存在侵犯自由的隱憂。圖/envato elements

管制Deepfake 迫在眉睫,言論創作自由如何保障有待討論

面臨深度造假濫用來勢洶洶,可以看見美國近年所做的立法努力,但這些管制也不免受到一些質疑。像是某些條文用語太過廣泛,就有人擔憂這會侵害《美國權利法案》增修條文第一條所確保的「言論自由」。

無論如何,管制深度造假技術的需求迫在眉睫。如何同時確保使用者的言論自由、創作自由,又提供適當管制免於濫用,避免名譽和個資侵害、詐欺案等刑事犯罪、或是影響選舉結果,甚至是國家安全的危害,相關政策亟待全面啟動!

 

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