「抗體中和效價」是什麼？看懂高端疫苗二期試驗的眉角

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

截至 2022 年 6 月 19 日，台灣的 COVID-19 確診數已達三百三十多萬人，已快到達總人口數的 15% 。最近許多研究及報導分別提出，即使是得過了 covid-19 ，仍然不能像瑪利歐兄弟中吃了「無敵星星」一樣刀槍不入，還是會有二次感染的風險。究竟，確診後到底能不能像吃了無敵星星一樣視病毒於無物呢？

延伸閱讀：為什麼無敵星星會失效？確診BA.5 症狀可能會更嚴重？

不同的病毒株，不同的免疫效果

確診後是否會再次確診，應該分成二個部分來討論:

1. 確診者是否會確診相同的病毒株？
2. 確診者是否會確診不同的病毒株？

以台灣目前盛行的 Omicron 變異株為例，確診過 Omicron 後康復的人是否會再次被 Omicron 變異株所感染？或是未來是否會再被其他新的變異株所感染？
根據 Nature 期刊在 2022 年 5 月所發表的最新研究顯示1，研究者收集了感染不同變異株（包含WA1、Delta 和 Omicron）七天後的老鼠血清，觀察這些血清中的抗體對於不同的病毒株是否有中和能力（Neutralization），研究結果顯示感染這三種病毒株的老鼠血清對各自病毒株有一定中和能力^[註一]（NT50 304、422、113）。

然而，感染後對不同病毒株的保護能力不同， 感染 WA1 與 Delta 的小鼠血清雖然對於非自身病毒株中和能力較弱，但仍具有一定程度的中和能力。而感染 Omicron 的小鼠血清對於不同的病毒株，則幾乎沒有中和能力（NT50<10）。
結果顯示，在沒有打疫苗的形況下，若感染 Omicron 後，未來是否能避免再度感染 Omicron 的效果其實有限，尤其面對未來可能有的新變異株，保護效果可能幾乎沒有！

該研究同時收集了 10 位未打疫苗的 Omieron 確診者血清，結果與小鼠試驗類似，這些確診者的血清只對 Omicron 病毒株有良好的中和能力（NT50 1452），而對於其他不同的變異株中和能力則較低（NT50<100）。

這樣的結果顯示，如果你未打疫苗而染上 Omicron ，產生的抗體對於保護你免於其他病毒株的感染效果是非常有限的。

想要「無敵星星」？先打疫苗吧！

雖然染上 Omicron 後的保護力不是這麼高，但台灣目前的疫苗接種率第一劑、第二劑與追加劑分別為 91.18% 、 82.74% 與 69.47%² ，那如果是有打完疫苗後又被感染，是否能在提供額外的保護力呢？

該篇研究針對了打完二至三劑默德那或輝瑞疫苗後又被 Omicron 或 Delta 突破感染的人進行研究，發現打完疫苗的人又被感染後，其血清對於不同的病毒株皆有非常好的中和能力，被 Delta 或 Omicron 突破性感染的人對皆對於 WA1 有最好的中和能力 （NT50 17994 與 23308），此外，其對於 Omicron 的中和能力雖相對較低，但仍然具有良好的中和能力 （NT50 1241 與 1692），值得注意的是，這些打完疫苗後又被突破性感染的案例，其血清對不同病毒株的平均中和能力為單純打完三劑疫苗的人的十倍！

須注意的是，無敵星星也並非真的無敵，該研究只利用血清中和病毒的能力來闡述研究結果，而未真的進行活體保護力相關實驗，且資料量未達到大規模分析的等級。

此外，對於未來新的病毒株是否能有保護力也是未知，可以確定的是，對於未打疫苗的人與完整接種的人相比，染疫後再度染疫的風險也較大。想要染疫後能夠避免再次感染？就目前數據上來說，完成疫苗接種才是最好的方法！

註解

註一：中和能力為抗體能防止細胞免於細菌或病原體感染，提供保護力之能力。NT50 即為能中和百分之五十病毒感染的血清稀釋倍數，數值越高，代表血清即使稀釋高倍後仍能中和百分之五十的病毒。亦即可能提供較佳的保護力。

參考資料

1. Suryawanshi, R. K.; Chen, I. P.; Ma, T.; Syed, A. M.; Brazer, N.; Saldhi, P.; Simoneau, C. R.; Ciling, A.; Khalid, M. M.; Sreekumar, B., et al. Limited cross-variant immunity from SARS-CoV-2 Omicron without vaccination. Nature 2022.
2. 衛福部疾管署COVID-19疫苗接種統計資料

高端疫苗（MVC-COV1901）的緊急使用授權（EUA）由申請、審查到現在審查核可，緊急使用授權也成為大家關注的議題。此外，也有人說高端疫苗是「趕鴨子上架」，是否是有這一回事呢？要回答這個問題，我們必須從藥物許可的審核三個重點^[1]：「安全性」、「有效性」、「品質」來討論。

安全性（Safety）

臨床試驗上的「安全性」，主要觀察藥物在施打後，是否會有嚴重的不良反應，以及不良反應症狀發生的比例多寡。另外，也會考量該藥物針對的疾病，是否有其他可取代藥物？

過去有許多藥物因為安全性不合格而在臨床試驗失敗。例如 1960 年在美國進行的嬰兒 RSV 疫苗試驗中，「疫苗組」造成了比「對照組」更多的住院患者，甚至在 「疫苗組」中，還出現了死亡案例 ^[2]，1993 年試驗的 B 肝藥物 Fialuridine，15 名受試者中有 6 名產生嚴重肝毒性，且有 5 名受試者死亡 ^[3]。而在 2006 年，測試治療白血病的免疫療法抗體「TGN1412」的臨床試驗一期中，僅使用少於動物試驗五百分之一的劑量，就造成了 6 名受試者產生嚴重的器官衰竭 ^[4]。

值得一提的是，有些通過試驗安全性的藥物，反而是在上市後才被發現有問題。例如曾經用於治療孕吐問題的沙利竇邁（Thalidomide），在 1960 年之後被發現會造成新生兒海豹肢症 ^[5]。又如糖尿病用藥 rosiglitazone（商品名 Avandia）在 1999 年通過以後，後續報告卻逐漸顯示此藥會增加心肌梗塞與心衰竭的風險 ^[6]。

相較於過去的臨床試驗，這次新冠疫情造成的社會經濟影響與傷亡人數皆十分巨大，而疫苗研發在這段期間，也比往常來得更快。因此，有些疫苗在開始施打後，才發現其他安全性上的問題，例如 AZ 跟嬌生在上市後，才發現有些施打者出現了血栓 Thrombosis with Thrombocytopenia Syndrome（TTS）反應。

在近期的統計中，AZ 疫苗 TTS 的發生率約為百萬分之十，發生 TTS 後的總死亡率則高達 5~44% ^{[7] [8]}。另外，mRNA 疫苗也被報導出有心肌炎的風險 ^[9]。

在疫情仍肆虐的情況下，儘管接種這些疫苗有安全性的風險，但部分國家也有相對應的「解決方案」。例如因 TTS 的症狀多發生在年輕人身上，部分國家會給年輕人在疫苗施打通知書中加上警語，或是直接改打 mRNA 疫苗。

而根據食藥署所提供的會議紀錄，高端疫苗在臨床試驗第二期中總共有近 4000 名受試者，在這些受試者中，似乎沒有發現嚴重的不良反應 ^[23]。然而， AZ 、BNT、Moderna 不僅在第三期試驗中有數萬人進行測試，目前全世界施打這些疫苗的人口總數，已超過數億人，並有超過半年的觀察時間。相較於目前高端疫苗的受試者數量以及時間，其安全性仍應審慎評估。

有效性（Effectiveness）

藥物（疫苗）的發展目的是「治療或預防疾病的發生」，因此「有效性」（也就是常聽到的「保護力」）是必須考慮的重點。就當前各種新冠疫苗的三期數據來看， BNT 的有效性是 95% ^[10]、Moderna 為 94.1% ^[11]、AZ 為 70.4% ^[12]。

那麼，這些數字是怎麼跑出來的呢？假設有一個對照組與疫苗組各有 10000 名受試者（兩組人數相同）的試驗，若結果為對照組有 200 名感染者，疫苗組有 40 名，這表示在 10000 人中，原本應該會有 200 名感染者，但有 160 人因施打疫苗而避免感染，因此有 80％ 的有效性。此外，「預防重症跟死亡率」也是類似的邏輯，如果對照組有 20 名重症死亡，但疫苗組只有 1 名，那就有 95% 的預防重症跟死亡率。 

目前 WHO 的疫苗有效性標準是「能夠達到預防疾病 50% 的效果」，亦即在上述的假設中，對照組有 200 名感染者，而疫苗組有 100名感染者就能達標。

有效性評估是第三期臨床試驗的重要研究內容。 但隨著各種新冠疫苗陸續獲得緊急授權，這樣的實驗設計會在試驗倫理上出現疑慮，例如：明明就有獲得許可的疫苗，卻還讓受試者施打安慰劑暴露在感染風險中。因此，一些替代試驗也開始被提出討論，像是「非劣性試驗」，或「免疫橋接試驗」。

非劣性試驗，是指將對照組的安慰劑，換成目前已經獲得許可的藥物（疫苗），來比較新藥與原有藥物的有效性，若兩組最終的感染人數沒有顯著差異，則可以說明新藥與原有藥物具有相似的保護力。目前，日本第一三共公司的疫苗第三期研究有打算採取此試驗方法 ^[13]。

而免疫橋接是指「用其他可替代指標來評估有效性」，在施打疫苗後，身體所引起的免疫作用包含產生抗體，也會引起Ｔ淋巴球的反應，這些都具有對抗病毒的效果。因此，理論上可藉由比較新疫苗與取得授權的疫苗，在人體施打後產生的抗體量等各種指標上是否有差異，來說明新疫苗的有效性。

目前認爲跟疫苗所產生保護效果相關指標包含：中和抗體的量 ^[14] 、 CD4 Ｔ淋巴球及 CD8 Ｔ淋巴球 ^[15]。不過，單用抗體似乎無法完整預測有效性，Curavac（CVnCoV）在第一期的實驗中看到很高的抗體效價^[16]，但實際上的有效性卻只有 47% ^[17]．由此可知，光是抗體效價並不能完全代表有效性。

不過，未來 T 淋巴球的相關指標，可能會是免疫橋接的重要指標。目前市面上的新冠疫苗，皆是設計成對抗最原始的病毒株，而在新冠肺炎流行一年多的現在，病毒也產生了變種，這導致施打疫苗後所產生的抗體，對於變種病毒的中和效果變差。但是，T 淋巴球的功能卻沒有減弱，因此 T 淋巴球被認為在對抗變種病毒中扮演重要角色。

在衛福部公布的「COVID-19 疫苗緊急使用授權審查標準」中的「療效評估標準」提到，國產疫苗的有效性評估是使用免疫橋接來確認，將國產疫苗所產生的抗體濃度與 AZ 疫苗做比較，然此條件僅考慮中和抗體。另外，在「疫苗專家審查會議」的會議紀錄中提及，高端疫苗臨床二期試驗數據，並未包含相關 T 淋巴球及變種病毒株之相關資訊，因此疫苗有效性尚待更多驗證 ^[23]。

品質（Quality）

在確認有效性跟安全性後，品質也是非常重要的，必須確保藥物（疫苗）的「安定性」無虞。

「安定性」包含不同批次生產的藥物（疫苗），有效成分是否過低或超量，是否有其他物質或微生物污染之虞，以及包裝完整性 ^[18]。2018 年世界曾發生過多款血壓藥物因致癌物質污染而回收藥物 ^[19]，日前嬌生疫苗銷毀 6000 萬劑，便是因為生產線交叉污染而導致。去年國內知名藥廠也曾因製程異常及產品安定性規格偏離，而需回收藥品 ^[20]。

Novavax 疫苗在六月發表的第三期試驗，總試驗人數有 14012 人，實驗設計採 1:1 隨機分配，實驗結果說明其有效性可達 89.7% ^[21]。但因為必須向 FDA 展示製程的一致性，而再度延遲了向美國申請 EUA ^[22]。

在疫苗專家審查會議的會議記錄上，可以看到高端疫苗在原料製程放大的過程中（2L-50L）出現了不一致的結果，而 高端有條件通過 EUA 的「條件」，正是要求未來逐批檢驗每一批疫苗是否合於安定性，直至能確定 50L 製程穩定 ^[23]。

結論

根據以上三點，高端疫苗的安全性在目前臨床試驗二期中，似乎沒有出現嚴重的不良反應，但長期需要持續追蹤。有效性雖有中和抗體指標做為參考，但仍需更多證據支持，品質則為蛋白質疫苗的一大挑戰，因為高端及 Novavax 疫苗都出現了這個問題，尚須積極克服。

參考文獻

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