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小「勞贖」大英雄!——認識新藥開發的幕後功臣:基改實驗鼠

科技大觀園_96
・2021/10/13 ・2499字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 作者 / 林妤庭|科技大觀園特約編輯

作為世界各國生醫研究的推手,每隻基改實驗鼠都是具有個性、生命力充沛的個體,就和我們每個人一樣!國家實驗動物中心副主任秦咸靜表示,牠們不只是實驗材料,更是新藥開發的大功臣,值得享有更多尊重和福祉。

「你可以想成這裡養了數十萬隻寵物,獸醫師會定期幫動物巡房、做健康檢查;也像是『不孕症中心』,有大量被冷凍保存的動物胚胎,有需要時解凍來用;還有各種類似醫院專科門診的單位,包括行為、腦神經、代謝、腫瘤等,會固定幫這些小鼠做實驗,」國家實驗研究院國家實驗動物中心副主任秦咸靜形容。

秦咸靜對這裡飼育的大小鼠如數家珍,這些長期近親培育而得的實驗鼠,每個品系就像是一群多胞胎,有自己獨立的個性,有的脾氣硬、愛爭執,有的精神脆弱,禁不起一絲打擾。「像 B6 是 party animal ,愛喝酒,也愛吃甜食和高油脂的食物,媽媽把小孩生下來就跑出去玩;但如果是 FVB 品系,你餵牠酒,牠會堅持等水喝,而且很會照顧小孩!」秦咸靜說。

基因改造「特製」實驗鼠

這些實驗鼠對於研究有非常重要的貢獻。為了更精準的解決研究問題,研究者可以透過將老鼠基因序列增加、刪減、替換,破解基因對於身體功能或者疾病發展的影響。國研院動物中心就是透過基因改造鼠,一路抽絲剝繭,找出多囊腎病變真正關鍵的家族遺傳基因,為治療因多囊腎病而須洗腎的病患,喚起了一線生機。

現今實驗鼠全世界有 2 萬多個品系,其中絕大多數都是基因改造鼠。「螢光鼠」是箇中代表,變色基因就像是在實驗鼠體內裝進了探照燈,協助追蹤器官或細胞移植後發生了什麼事。目前的技術還可以依照需求調控變色,例如給原本紅色的螢光鼠某一種藥時,同時啟動綠色螢光基因,事後觀察顏色的改變,就可以清楚對照出給藥前後細胞在體內的變化。

這些基因改造鼠,也是人類對抗疾病的第一道防線。2015 年,國研院動物中心研發出高度免疫不全的「擬人鼠」,2019 年,再將這些幾乎失去所有免疫細胞的小鼠,進一步接種人源腫瘤,成為個人化新藥試驗的替身——阿凡達鼠,作為癌症治療及研究的重要工具。

秦咸靜解釋,腫瘤跟免疫是臨床前試驗失敗率很高的兩個領域。使用老鼠腫瘤獲得的結果,和應用在人體上可能有很大落差。傳統上,使用人類的腫瘤細胞株進行測試,細胞株可能源於數十年前某個病人身上採到的腫瘤組織,但在實驗室經過了漫長歲月,早就與原本的腫瘤大不相同。

阿凡達鼠不只增加腫瘤生長的成功率,還能保留病患腫瘤的原有特性,因此阿凡達鼠對藥物的反應也跟病患比較相似。。 圖/國家實驗研究院國家實驗動物中心

「我們希望顛覆測試的方式,最好可以直接拿病人的來做,最準!」只是人的腫瘤移植到老鼠身上,很容易就被免疫系統攻擊,產生組織排斥。所以第一步,就是讓老鼠不要有免疫系統。這些成功在老鼠身上長大的腫瘤,冷凍保存後可以成為一個「銀行」,日後提供其他有類似基因變異的病人使用,找到適合藥物。目前也正在研究如何將老鼠的免疫系統換成人類的免疫系統,更真實模擬人體環境,也可擴大測試更多與免疫反應有關的藥物。

從「擬人鼠」到「器官晶片」

在精準醫療的發展上,現在甚至已經有老鼠跟人同步測藥的嘗試。給予病人第一線標靶藥物的同時,也直接將腫瘤種到老鼠身上,尋找第二線對病人有效的標靶藥物,免去在眾多標靶藥物中「盲測」而流失的生命和時間。「很多癌症病患等不到有效的藥,吃了第二段標靶藥還是沒有效就走了。」秦咸靜說,雖然目前技術還未全面到位,而且在這樣的時間壓力下,要維持高效率、高成功率,非常考驗臨床動物實驗的能力,但這依然是未來值得發展的方向。

更進一步,「這些從人的腫瘤擴增出來的檢體,未來也可以變成器官晶片,也就是把腫瘤養在晶片上來篩藥,不一定要用老鼠。」秦咸靜認為,隨著技術的進展,除了能建立很多過去想像不到的檢測方式,研究人員也希望搭建出新的機制、新的平台,減少實驗動物的犧牲。

尊重每一次的動物實驗

國研院動物中心擁有全球頂尖的基因改造技術和珍貴的稀有鼠,名列 23 個國際種源庫之一。秦咸靜認為,臺灣有非常強勁的研究能量,對於實驗動物的管理和品質,在亞洲也算是數一數二;不過她也期望,對於動物實驗的教育可以更深入扎根。

「動物牠不是材料,而是生命。如果今天要在一篇論文裡選一個位置去放牠,我們應該要放在致謝,而不是材料。」秦咸靜道出她的感悟。

當思維模式轉變,進行動物實驗規劃時自然就會更有策略、更謹慎,而不是一股腦地直接做動物實驗,或是因為實驗設計不夠精準而一再重來。秦咸靜說明,其實現在大部分實驗希望多軌進行,可以用細胞或電腦模擬的方式先做,若要進行動物實驗,則要好好把握機會,規劃完整並做到好,才不會無謂的消耗生命。至於實驗動物的生活環境,就像養寵物一樣,該換籠就換籠、該清潔就清潔,讓牠們吃好、住好。這些動物帶著實驗的宿命而生,如果人還不能好好照顧牠們,是實驗上最大的殘忍。

以愛來照顧實驗動物,不只是動物福祉的展現,讓牠們的身心靈維持穩定,對於得到準確的生理數值也有幫助。秦咸靜舉例,如果照顧者採血太粗魯、環境太吵、飲食不周,動物一下子心情好、一下子心情不好,生理值高低起伏,當然測不準。

「很多我們覺得很簡單的概念,在學校或是進了實驗室不一定有人教。這些老鼠看起來很單純,其實一點都不單純。」國研院動物中心也積極開課、推廣,期待提升各界關注實驗動物福祉的意識,並建立足夠的訓練機制,不要再從錯誤中學習。

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科技大觀園_96
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母體的免疫特區:為什麼子宮不會排斥胎兒?——《我們為什麼還沒有死掉?》

麥田出版_96
・2021/10/22 ・2258字 ・閱讀時間約 4 分鐘

• 作者/伊丹.班—巴拉克
• 譯者/傅賀

說來奇怪,人們早在十七世紀就開始嘗試輸血了。當然,最初人們並不瞭解血型或關於血液的其他基本事實,但他們已經開始把血液從一個人的身體輸到另一個人的身體裡,事實上,這無疑等於謀殺(現在眾所周知的 ABO 血型劃分是從一九○○年開始的)。

人們嘗試了各種類型的實驗和手段:把一隻動物的血輸進另一隻動物,把動物的血輸進人體,把一個人的血輸進另一個人體內,等等。

說得客氣一點,結果有好有壞,不過,在出現了一、兩例死亡事件之後,法國立法禁止了輸血。在接下來的一個半世紀裡,輸血幾乎銷聲匿跡。到了十九世紀,這項操作又重新引起了人們的興趣。時至今日,只要確保血型匹配,輸血就是安全的。

時至今日,只要確保血型匹配,輸血就是安全的。圖/Pixabay

這就是血液的情況。相對來說,輸血比較簡單,但是要在人與人之間移植其他細胞或組織,就困難多了。隨著移植技術的進步,人們可以從供體那裡接受心臟、腎臟、肝臟,以及其他器官,但是受體會出現排斥。受體的免疫系統會馬上識別出一大塊外來物質進入了身體,並試圖反抗。即使移植的器官來自最匹配的供體,受體患者也需要接受免疫抑制藥物治療,來緩解它們對「入侵器官」的免疫排斥。通常來說,人體並不會輕易接納外來物質——在上一章裡,我描述了人體不接納它們的一些方式。

但是,即便我們知道了這些事實,直到一九五三年,才有人試著來認真思考懷孕這件事:在十月懷胎的過程中,孕婦可以跟肚子裡的孩子和平相處,似乎沒有什麼負面效應。顯然,孩子並不是母親的簡單複製品,他們的免疫組成也不盡相同——因為胎兒有一半的基因來自父親,因此遺傳重組之後產生了一個明顯不同的新個體。

所以,問題是,母親如何容忍了體內的另一個生命呢

我們的生殖策略(即「用一個人來孵育另一個人」)裡有許多未解之謎,這不過是其中一個較不明顯並且格外難解的問題而已。事實上,即使在今天,我們也不清楚孕婦容忍胎兒的生理機制。我們知道,母親依然會對所有其他的外來物質產生免疫反應,我們也知道胎兒並沒有與母親的免疫系統在生理上完全隔離,受到特殊庇護。貌似孕婦與胎兒的關係裡有一些特殊而且非常複雜的事情。

孕婦與胎兒的關係裡有一些特殊而且非常複雜的事情。圖/Pexels

這可能早在受精之初就開始了。從那時起,母親的身體就開始逐漸習慣父親的基因。在懷孕的早期,發育中的胚胎就與母親的子宮開啟了複雜的對話。胚胎不僅躲在胎盤背後來逃避母親的免疫反應,而且還分泌一些分子用來針對性地防禦母親的免疫細胞,因為後者更危險。母親的自然殺手細胞和 T 細胞在胎盤外盤旋,但是它們並不是為了殺死胚胎細胞,而是轉入調控模式,開始釋放出抑制免疫反應的訊號,並確保胚胎安全進入子宮(同時促進胚胎的血管生長,這對胎兒來說是好事)。同時,胚胎細胞也不會表達第一型主要組織相容性複合體分子,以逃避免疫監視(有些感染病毒也使用這種策略來逃避免疫監視和攻擊)。此外,母親的免疫系統接觸胎兒的蛋白質並開始學著容忍它們。

除此之外,母親的免疫系統也會受到廣泛且微妙的抑制——但不嚴重,因為孕婦仍然能夠抵禦感染。整個免疫系統會下調一級。這也是為什麼有些女性的自體免疫疾病在懷孕期間會有所緩解。

目前我們的理解是這樣的:在不同類型的細胞和訊號的作用下,子宮成了免疫系統的特區(其他免疫特區還包括大腦、眼睛和睪丸),更少發生發炎。胚胎與母親的免疫細胞會進行活躍的對話,它們能在整個孕期和平相處。

在不同類型的細胞和訊號的作用下,子宮成了免疫系統的特區,更少發生發炎。圖/Pexels

當然,這個過程可能會出錯,而且偶爾也的確會出錯。當出現問題的時候,母親就會對胎兒發生免疫反應。在極端的情況下,這可能會導致女性不孕。在懷孕的早期,它可能會引起自然流產;在懷孕後期,這可能會引起一種叫作「子癇前症」的發炎反應,對母子都非常危險。

最後,說一件有點詭異的事情:胚胎細胞有辦法從胎盤中游離出去,進入母親的血液系統。

之前有理論認為,這也許是為了下調母親的整個免疫系統,使它對胎兒的出現做足準備,這可能也是母嬰對話的一部分。但是,最近幾年,研究者發現事情可能沒有那麼簡單:有些胚胎細胞即使在分娩之後仍然在母親的血液裡逗留——事實上,可以在分娩之後存活數年,從免疫學的角度看,這真說不通。研究者發現,它們會出現在母親的許多組織裡——包括肝臟、心臟,甚至大腦——它們可以發育成熟,變成正常的肝臟、心臟或是腦細胞,留在母親體內。讓我再說一遍:由於我妻子生了我的孩子,她體內和大腦裡的一些細胞現在也有我的基因了。這被稱為母胎微嵌合。目前沒人知道為什麼會這樣。

——本文摘自《我們為什麼還沒有死掉?》,2020 年 9 月,麥田出版

麥田出版_96
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1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。
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