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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・2021/10/13 ・2499字・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自科技大觀園，原文為《人鼠之間：生醫研究的幕後英雄——實驗鼠》

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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麥田出版・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。

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。

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。