0

0
0

文字

分享

0
0
0

矽谷大老重金押寶的「細胞時光機」:不把人變回胚胎,卻能讓器官重啟回春?

PanSci_96
・2026/05/21 ・2037字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

你是不是也覺得,變老就像是一台用久了的機器,齒輪漸漸磨損、履帶開始鬆脫,直到徹底報廢為止?長久以來,生物醫學界也是這麼想的,認為衰老源於細胞在生命週期中不斷累積的「物理損壞」。但近年的科學突破丟出了一顆震撼彈:老化或許不是硬體壞掉,而是「軟體當機」!只要按下重啟鍵(Restart),我們就有機會讓器官恢復年輕。

這項被稱為「體內局部重編程 (Localized In Vivo Reprogramming)」的技術,正吸引著如 Jeff Bezos 等矽谷大老瘋狂注資,並將在 2025 到 2026 年迎來人類臨床試驗的大爆發。

細胞為何會變老?其實是「表觀遺傳」刮傷讓細胞失智

要搞懂如何回春,得先弄清楚為何會變老。2025 年發表於頂尖期刊《Cell》的研究指出,衰老的本質其實是一種「細胞失智」。你體內的心肌細胞、神經細胞,原本都有著專屬的工作。但在老化的過程中,它們會逐漸忘記自己的身分,變成一種只會產生疤痕組織的無用細胞,科學界稱之為「間質飄移(Mesenchymal Drift)」。

為什麼細胞會忘記自己是誰呢?因為負責指示細胞該讀取哪些基因的「表觀遺傳標記」亂掉了!想像你的 DNA 是一張光碟,原本裡面的備份代碼完好無缺,但隨著歲月摧殘、環境壓力,光碟表面佈滿了刮痕(表觀遺傳噪音)。雷射讀取頭讀不到深處的年輕基因,就會開始跳針、亂碼。細胞讀不到對的說明書,器官自然就走向衰竭了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

直接「重灌」不行嗎?全身重編程的致命風險

既然軟體當機,那我們直接把電腦「重灌」不就好了?早在多年前,科學家就發現了著名的「山中因子(OSKM)」,能在培養皿裡將成年細胞完全重置為胚胎幹細胞。如果把這套機制放進人體,不就能徹底清除表觀遺傳的刮痕了嗎?

先別高興得太早!如果直接在活體內進行全身性、持續性的重編程,等於是把整台電腦「完全格式化」。心肌細胞和神經細胞會把自己的身分忘得一乾二淨,全部退化成無專業功能的幹細胞。更慘的是,由於山中因子包含強烈的致癌基因,加上幹細胞在體內無限制增生,會引發嚴重的多發性畸胎瘤與癌症。這就是為什麼將這項神級技術應用到人體,一直像是在走鋼索。

精準重啟:給細胞用的「感應式立可白」

為了解決致癌風險,近年來科學家發展出了更聰明的「局部重編程技術」。他們不再想著把電腦重灌,而是針對發生錯誤的系統按下「重啟」。

首先是「手動遙控」的安全鎖。為了通過美國 FDA 極度嚴格的審查,真正獲准進入人體臨床或極晚期生命測試的技術,必須配合服用特定的抗生素(像是雙重鑰匙系統)才能啟動重啟機制。藥一停,重編程就關閉,保證了極高的可控性與安全性。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

再來是更科幻的未來終極型態:結合 mRNA 與「老化偵測器」。有別於會把基因永久寫入細胞的病毒載體,科學家利用類似新冠疫苗的 mRNA 技術把重編程指令送進細胞。它就像一陣風,在短時間內刷過細胞,精準擦掉表觀遺傳的噪音後就自然消失,完全不改變原始 DNA 序列,極大地降低了長期致癌風險。

科學家甚至開發出由老化基因(如 p16 啟動子)驅動的「智能開關」。這套系統就像一支「感應式立可白」,它會像自動駕駛般掃描,只對出現老化特徵或受損壓力的細胞噴灑重編程指令,健康的年輕細胞則會直接跳過。這種「分段磁碟重組」的概念,實現了真正意義上的靶向回春。

2025-2026 人體臨床實戰與矽谷大佬的豪賭

這項黑科技已經不再只是紙上談兵,而是真金白銀的戰場。目前全球已有多個「器官回春」項目準備進入或已進入臨床試驗。

最受矚目的領跑者是 Life Biosciences。眼睛因為具有免疫豁免特性,且方便局部注射,成為最佳的測試基地。他們預計在 2026 年第一季啟動首個人類臨床試驗,利用重編程技術治療青光眼與視神經中風。在非人靈長類的實驗中,這項技術已經成功恢復了受損的視力!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另一方面,由 Jeff Bezos 等人重金投資的 Altos Labs,則將目光鎖定在肝臟與腎臟。他們計畫在器官移植前,先對體外器官進行局部重編程,提升器官活性並減少排斥反應,為技術落地找到更安全的切入點。在長期的動物實驗中,單次遞送重編程因子,甚至讓相當於人類 77 歲高齡的小鼠,其剩餘壽命狂飆延長了 109%,且心臟與肝臟的老化指標顯著逆轉。

結語:老化只是一場可以逆轉的系統當機?

從發現表觀遺傳刮痕導致細胞失智,到發明「手動遙控」的雙重鑰匙系統,再到未來 AI 輔助的「自動駕駛」智能立可白,抗衰老醫學正經歷一場前所未有的典範轉移。據悉,OpenAI 的微型 AI 模型甚至已經成功重新設計了這套回春程式的蛋白質,讓重啟效率狂飆了 50 倍。

或許在不久的將來,我們面對器官衰竭的態度將徹底改變。老化不再是不可逆的物理磨損,而是一場可以透過重啟「格式化」回年輕狀態的過程。只要備份代碼還在,生命的重啟鍵,已經掌握在人類的手中了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

PanSci_96
1290 篇文章 ・ 2682 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
老花眼只能戴老花眼鏡?科學家正在開發「老花逆轉」的三大神器!
PanSci_96
・2026/07/05 ・2182字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

你最近看手機時,是不是常常得把手伸得直直的才看得清?又或者去餐廳看菜單時,總覺得字太小、光線不夠?沒錯,這就是「老花眼」(Presbyopia)找上門了。

長期以來,我們對付老花眼的方法不外乎戴老花眼鏡、多焦隱形眼鏡,或是動雷射手術。這些方法雖然有效,但充其量只是「光學補償」,也就是繞過老化的眼睛,用物理方式幫你看清楚。不過,隨著科學技術的進步,現在眼科醫學界的目標已經悄悄轉移:我們不再只求「補償」,而是要從根本上「逆轉」老花眼!

為什麼會老花?原來是水晶體「變硬」了

要逆轉老花,首先要了解它究竟是怎麼發生的。人類眼睛的對焦機制,主要依靠睫狀肌的收縮與放鬆,來改變水晶體的形狀。過去許多人以為老花是因為「睫狀肌沒力了」,但研究發現,即使到了老年,睫狀肌通常還是很有活力的。真正的罪魁禍首,其實是「水晶體硬化」!

我們的水晶體是個奇妙的器官,它一輩子都在生長,新細胞會不斷包覆舊細胞,導致中心越來越密實。但物理性擠壓只是其一,更關鍵的是蛋白質發生了化學變質:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

第一,二硫鍵交聯:隨著年紀增長,水晶體內的抗氧化劑減少,蛋白質之間會形成異常的化學鍵(二硫鍵),就像上了鎖鏈一樣,讓蛋白質失去彈性。第二,糖化反應 (AGEs):這就像烤肉時肉變硬變黃一樣,身體裡的糖分和蛋白質反應,產生了「晚期糖基化終產物(AGEs)」,讓水晶體變得又硬又黃。

換句話說,老花眼其實是一種「生物化學病變」。如果要逆轉它,就得想辦法把這些變硬的蛋白質「軟化」回來。

招式一:點眼藥水就能返老還童?尋找水晶體軟化劑

如果老花是因為蛋白質變硬,那點個藥水把它溶解開不就好了?科學家真的是這樣想的!過去有一款備受矚目的藥物 UNR844,它的原理是切斷蛋白質間的二硫鍵。可惜的是,它在二期臨床試驗中失敗了,這告訴我們,單純只對付二硫鍵是不夠的。

於是,科學家推出了進階版:Aggrelyte 系列分子。它不但能切斷二硫鍵,還能幫蛋白質進行「乙醯化」,提前封閉那些容易被糖化的位點,讓蛋白質恢復水溶性。在實驗室裡,這款藥物成功讓高齡人類水晶體的不溶性蛋白質恢復了 19 到 30% 的溶解度。目前 Aggrelyte-2A 已經被開發成眼藥水,正在動物實驗階段,被視為未來從根本逆轉老花眼的超級潛力股。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

除了小分子藥物,科學家也在研究一種名為「FAOD」的酵素,它就像一把精準的手術刀,能切斷頑固的糖化交聯(AGEs)。實驗證實,把這種酵素滴在 74 歲人類的離體水晶體上,居然能讓它恢復相當於一副標準老花眼鏡的調節力!

招式二:幫眼睛換個「液態避震器」!仿生水晶體重建力學

如果水晶體已經硬到沒救,甚至長了白內障,那該怎麼辦?這時候就要靠外科手術了。但這裡說的不是傳統的單焦或多焦人工水晶體,而是會「自動變焦」的仿生水晶體!

例如即將進入美國 FDA 三期臨床的 Juvene,它是由一個填充囊袋的基座和一個液體光學部組成的。當睫狀肌一用力,基座受到擠壓,就會把液體光學部往上推凸,增加屈光力,這就像我們年輕時自然的水晶體一樣。

更科幻的是一項名為 JelliSee 的技術:醫生會把你的水晶體內容物抽光,然後像灌果凍一樣,把一種專利的液態聚合物注射進水晶體囊袋裡。這種聚合物固化後,質地就像嬰兒的水晶體一樣柔軟。加上特殊的結構設計,它預期能提供高達 7.0 D 的調節力,相當於讓 50 歲的眼睛重返 20 歲的對焦能力,堪稱眼科界的聖杯!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

招式三:硬體不能修,那就升級軟體?大腦知覺學習

如果不想開刀,等眼藥水又要好幾年,現在有什麼立即可用的逆轉方法嗎?答案是:訓練你的大腦!

當老花眼讓你看東西變模糊時,大腦的視覺皮層其實是有潛力去「解碼」這些模糊影像的,只是它需要被訓練。這被稱為「知覺學習」(Perceptual Learning)。透過像 RevitalVision 這樣的特定視覺訓練程式(使用特定的 Gabor Patch 刺激圖案),只要在家對著電腦訓練,就能刺激大腦視覺皮層的神經元,降低大腦對模糊影像的辨識門檻。

這雖然沒有改變眼睛的物理結構,但在臨床上,受試者經過 30 次訓練後,視力表上平均能多看清楚 2.5 行!這種「神經學逆轉」是目前唯一安全、無副作用,而且馬上就能使用的功能性逆轉療法。

結語:老花眼即將成為歷史名詞?

面對老花眼,我們正處於一場從「光學矯正」走向「生理復原」的醫學革命中。在今天,我們可以透過「知覺學習」讓大腦幫忙看清楚;在不久的將來,會自動變焦的「仿生水晶體」會讓白內障手術升級為眼睛的重開機;而在更遠的未來,或許我們只要在睡前點一滴「去糖化眼藥水」,就能讓水晶體永保青春。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

下次因為看不清楚菜單而感到沮喪時,別灰心,科學家們正熬夜為你的視力找解藥!老花眼,或許在我們有生之年,真的會變成一個可治癒的歷史名詞。

參考資料

  1. Progress in presbyopia treatment – Contact Lens Update
  2. Experimental treatments for presbyopia – Medium
  3. Age-related changes in eye lens biomechanics, morphology, refractive index and transparency – PMC
-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

PanSci_96
1290 篇文章 ・ 2682 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
從細胞垃圾變身「抗老黑科技」?解密次世代再生醫療核心:外泌體
PanSci_96
・2026/04/24 ・2189字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 AI 協助生成,內容經編輯審閱。

你有沒有覺得過了 40 歲,體能下滑、皮膚鬆弛或頭髮稀疏的狀況彷彿「一夜之間」發生?別懷疑,這可能不是錯覺。史丹佛大學醫學院於 2024 年發表在《Nature Aging》的重磅研究指出,人類的衰老並非平緩進行,而是在 44 歲與 60 歲左右會經歷兩次「斷崖式」的劇烈分子突變。面對這種全身性的發炎與退化,傳統吃保健品或侵入性的破壞治療,似乎越來越捉襟見肘。

但在這個醫學面臨瓶頸的時刻,科學界迎來了一場被譽為「次世代再生醫療」的革命,而主角竟然是過去被科學家當作「細胞垃圾」的微小囊泡——外泌體(Exosomes)。

從細胞垃圾到「超級通訊兵」,外泌體到底神在哪?

在過去的幾十年間,科學家在顯微鏡下觀察到細胞會吐出微小的囊泡,總以為那只是細胞在排除代謝廢棄物的垃圾袋。但近年的前沿生物學徹底推翻了這個舊觀念!現在我們知道,外泌體其實是細胞間溝通的「超級通訊兵」。

直徑只有 30 到 150 奈米的外泌體,外層包裹著雙層脂質膜,內部則裝載著母細胞的精華,包含蛋白質、生長因子和關鍵的核酸(如 miRNA)。如果說傳統活體幹細胞治療是直接把外地的「建築工人」派到災區,容易因為水土不服而引發免疫排斥;那外泌體就是由頂尖設計師發送的「加密工程藍圖」。它本身不是活細胞,不會自我複製,因此完全沒有免疫排斥或癌化風險。它能安全穿越微環境,將最高規格的修復指令精準發送給受損組織,喚醒當地細胞自己進行重建。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

精準導航與修復藍圖:外泌體的三大醫學應用

這項黑科技已經從實驗室走向臨床試驗與商業應用,主要在這三大領域大放異彩:

1. 醫美與抗衰老:喚醒你的膠原蛋白與毛囊

這是目前大眾最容易接觸到的成熟應用。研究證實,外泌體能促進纖維母細胞增生,大幅提升膠原蛋白合成,成為雷射術後修復、抗皺及改善異位性皮膚炎的新寵兒。更有趣的是,外泌體還能喚醒休眠的毛囊細胞,調節頭皮微環境,為有雄性禿或落髮困擾的人,提供了一種非藥物的新興選擇,大幅降低了傳統生髮藥物可能帶來的系統性副作用。

2. 臨床再生醫療:修復關節與罕病神經

針對許多中壯年煩惱的退化性膝關節炎,傳統打玻尿酸只能提供物理潤滑,打 PRP(高濃度血小板血漿)又高度依賴患者自身的血液品質,年紀越大效果越難以預測。相比之下,外泌體注射能直接從基因層面抑制發炎路徑,並促進軟骨修復,品質更為精準穩定。

此外,外泌體的天然雙層脂質膜結構具備穿透「血腦屏障」(Blood-Brain Barrier)的能力。在中風復健與阿茲海默症研究中,展現了修復受損神經的強大潛力。近期針對罕見致命疾病「裘韃氏肌肉失養症(DMD)」的第三期臨床試驗(HOPE-3)中,利用外泌體機制的療法,讓病患的上肢功能退化大幅減緩了 54%,心臟退化更是驚人地減緩了 91%,為再生醫學交出了震撼的硬核數據。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

3. 精準診斷與藥物載體:抗癌的奈米巡弋飛彈

像胰臟癌這種隱藏於深處、難以早期發現的「癌王」,過去只能等出現嚴重症狀才察覺。現在透過「液體活檢」,醫生只要抽一管血,檢測血液中帶有特殊標記的癌細胞外泌體,就像提前截獲了敵軍的「機密公文包」,能超前揪出微小的惡性腫瘤。

同時,科學家正試圖將化療藥物「包裹」在外泌體內。它就像裝載了 GPS 導航與敵我辨識系統的「奈米巡弋飛彈」,只有在鎖定腫瘤細胞表面受體後才會釋放火力,大幅降低了傳統化療「地毯式轟炸」對全身健康細胞的毒害。

台灣生技大躍進!MIT 外泌體為何能打國際盃?

在全球外泌體的戰局中,台灣因為擁有深厚的幹細胞治療基礎,加上全球知名的精密製造能力,產業鏈發展密度在亞洲堪稱數一數二。近期,台灣法規迎來重大突破,衛福部不僅允許非人類來源(如植物、牛奶)的外泌體,更在嚴格審查下開放「人源性外泌體」作為化妝品原料(需個案審查)。這意味著具備去細胞、除菌等高標準的「台灣製造(MIT)」外泌體,在國際上已是高品質與安全性的代名詞。

目前台灣在外泌體產業主要有三股強大勢力:首先是技術底蘊深厚的「老牌細胞治療大廠」(如訊聯生技、長聖國際、宣捷幹細胞),挾帶著強大的研發平台轉做外泌體;其次是被譽為生技界台積電的「國際級 CDMO 代工廠」(如大江生醫、樂迦再生),具備高規格量產能力;最後是專注於特定適應症新藥開發的「利基型新創」(如艾萬霖生技、陞醫生技),讓整個生態圈無比熱絡。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

結語:迎接「喚醒細胞」的新健康時代

外泌體正處於科研轉向臨床應用的爆發期。儘管未來還有「純化技術的標準化」及「量產成本的降低」等挑戰需要克服,但這項技術的龐大潛力已毋庸置疑。對一般大眾而言,我們正在告別過去修修補補的補充療法,迎向一個從細胞底層「重新開機」的健康新時代。下次當你聽到「外泌體」時,可別再以為它是細胞廢棄物了,它可是守護你青春與健康的微型特種部隊!

參考資料

  1. Shen, X., et al. (2024). Nonlinear dynamics of multi-omics profiles during human aging. Nature Aging.
  2. Capricor Therapeutics Announces Positive Topline Results from Phase 3 HOPE-3 Trial of Deramiocel in Duchenne Muscular Dystrophy.
-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

PanSci_96
1290 篇文章 ・ 2682 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

2

4
3

文字

分享

2
4
3
【2023 諾貝爾生理醫學獎】mRNA 疫苗背後的辛酸血淚,為何 mRNA 研究不受待見?
PanSci_96
・2023/11/05 ・5173字 ・閱讀時間約 10 分鐘

mRNA?別浪費時間,不值得做!

天啊,你知道在實驗室搞 mRNA 有多麻煩嗎?連呼吸都要小心耶!

而且在細胞裡的 mRNA 一瞬間就會被分解成碎片,比廢柴還廢,哪可能生成需要的蛋白質?各位泛糰們好,2023 年的諾貝爾生理與醫學獎是由卡塔琳・考里科以及德魯・韋斯曼兩位科學家獲得,他們獲獎的研究,是許多人現在已經很熟悉的 mRNA 疫苗開發技術,但你可能不知道,其實當初 mRNA 打入實驗小鼠體內,引發非常嚴重的免疫風暴,甚至可能打一隻死一隻。

這這這……設計要來救人的藥物,反而致命? 生醫獎得主考里科的同事甚至認為 mRNA 只是個「笑話」,這怎麼回事?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

那個 mRNA 瘋女人來了?

你!渴望力量嗎?啊不,是想要合成 mRNA 嗎?我可以幫你喔!

圖/萌娘百科

由於屢屢爭奪印表機使用權僵持不下,故事的兩位主角就此破冰,當時是 1997 年,地點在美國賓州大學醫學院,此時身材高大、外向爽朗的女主角伸出了橄欖枝,正等待回答,男主角卻冷淡地說:「如果你成功了,我會試試。」難道故事就此結束嗎?當然沒有。

先回頭介紹一下考里科。她是匈牙利人,本來家境還不錯,但兩歲時,因為父親公開批評執政的共產黨政府,就此失去了工作,餘生只能打零工,全家住在沒自來水也沒電的磚房裡。遭遇這般變故的卡里科並沒有放棄自己,反而堅持鑽研科學,在匈牙利頂尖的塞格德大學取得了生物化學博士學位,並獲得博士後研究員的工作,投入 mRNA 研究。然而天要降大任,就有人要遭殃,大學的研究中心資金短缺,就把她給解聘了。

卡塔琳・卡里科。圖/wikimedia

為了能讓自己的研究對世界產生影響,1985 年,她決定出國深造,移民美國,但由於政府嚴控資金外流,她把所有積蓄 1,200 美元偷偷縫進女兒的玩具熊裡,才能讓一家人在人生地不熟的紐約暫時安頓。雖然幾乎不會講英文,幸運的考里科很快在天普大學蘇多尼教授的實驗室找到工作,等等,我剛剛說幸運嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

對不起,我收回。她沒多久就被蘇多尼教授舉報為非法移民,只因她答應了約翰霍普金斯大學另一份薪水比較高的職位,要衰就衰到底,約翰霍普金斯大學隨即撤回了聘書,她跟先生還得花錢請律師來駁回引渡令,更別提因為蘇多尼繼續中傷她,她也找不到其他工作。

圖/giphy

幾經波折,她終於在賓州大學醫學院找到了研究助理教授的工作。但由於她不是醫生,也不是正規職員,無法取得終身職,其他同事根本不把她當同事看,對她投入的 mRNA 研究自然也沒興趣。加上考里科雖然外向開朗,但也口直心快,換句話說,根本就是白目。她只在乎研究,不顧他人顏面,總是直言批評同事研究中的錯誤。她既不能升等、申請研究經費也屢屢失敗,沒辦法從細胞跟生物體中藉由 mRNA 生成治療性蛋白質,獲得數據,那就更沒辦法申請經費。

這時幸運的考里科獲得了一位同事支持,總算做出了一點成果,透過把 mRNA 插入培養皿的細胞裡,使細胞製造出「尿激酶受體」蛋白質。等等,我剛剛又說幸運嗎?對不起,我再次收回。卡里科雖然做出成果,她的熱臉依舊貼上了同事們的冷屁股,即使她主動替許多同事合成 mRNA,也只獲得了「那個 mRNA 瘋女人」的評價。1995 年她的先生因為簽證問題困在匈牙利好幾個月,她則被驗出長了腫瘤,得開刀。這時賓州大學的主管卻要她選擇離開或是接受降級。

為了讓女兒能獲得賓州大學的學費優惠,她嚥下這口氣,接受降薪,職稱變成從來沒人擔任過的——「資深研究調查員」,為什麼沒人擔任過?因為沒人被開除現職之後還願意繼續留在賓州大學裡,她是第一個。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

越是山窮水盡,她越覺得解脫,就在這時她遇上了剛來到賓州大學的韋斯曼。

德魯・韋斯曼。圖/wikimedia

韋斯曼雖然冷淡,但他不是只對考里科冷淡,而是對所有人都很冷淡,他根本不聊八卦,只在乎研究,加上他才來不久,因此根本不知道考里科有多慘,也不在乎別人怎麼說考里科的壞話。韋斯曼早年曾當過安東尼佛奇實驗室的研究員,研究愛滋病,他目睹許多研究員因為無法獲得經費,而遷怒於不願幫忙的佛奇,藉由媒體傳播關於佛奇的負面消息,這讓他極為重視科學研究的誠信與純粹。

韋斯曼雖然對人冷淡,卻是個標準貓奴,他女兒會從收容所把病貓跟棄養貓帶回家,他還曾為了幫貧血的貓打針補充紅血球生成素,差點趕不上重要會議。他也是個偶爾會對同事亂講話的人,但不是因為他也白目,而是因為患有第一型糖尿病,血糖劇烈變化影響了他的認知功能,甚至會突然昏倒。

儘管對 mRNA 沒什麼興趣,正在研究愛滋病毒疫苗的韋斯曼的確用得上 mRNA,而考里科也真的很懂 mRNA。於是,韋斯曼跟考里科這兩支樹枝孤鳥竟然在 1998 年開始合作。幸運的考里科終於……等等?我剛剛說幸運嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

COVID-19 疫情帶來的契機

在解釋 mRNA 如何應用前,我們複習一下分子生物學的重要概念:中心法則 (central dogma),也就是 DNA 轉錄成為 mRNA,再依據 mRNA 編碼,將對應的胺基酸組裝起來成為蛋白質。

分子生物學的中心法則。圖/learngenomics.dev

如果我們可以合成 mRNA,只要修改 mRNA 上的編碼,再將這些 mRNA 送入人體細胞內,直接將細胞當作生產蛋白質的工廠,使人體自己產生正確的蛋白質,不就可以治療遺傳疾病了嗎?!

另外,疫苗也是一個應用方向,mRNA 就像是傳令兵,它帶著敵軍病毒的情報交給如同將領的樹突細胞,產出帶有病毒特徵的蛋白質,進而刺激整個免疫系統備戰,並培養出有長期保護力的記憶型 B 或 T 細胞大軍。

剛剛說到,兩人一開始合作是針對愛滋病疫苗的研發,但是當韋斯曼將 mRNA 打入小鼠後,驚訝的發現這些小鼠會一直生病,甚至死亡,免疫反應強到把本體都幹掉了,如果 mRNA 注射會導致死亡,這故事要怎麼說下去?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/giphy

講到這,我相信大家都明白了,這兩位科學家都不太幸運,但他們還有一個共通點,就是不知道放棄兩個字怎麼寫。

他們想,一般細胞每天也都會製造 mRNA,為什麼這些 mRNA 不會被免疫系統當成入侵者,引發嚴重的發炎反應,造成細胞死亡?

他們後來在實驗中發現注射 tRNA 的小鼠不會有這樣的免疫反應,而 tRNA 與其他 RNA 最大的差異就是有大量的鹼基修飾,難道說關鍵就是修飾?

卡里科擁有非常好的RNA修飾合成的技術,那有沒有可能透過修飾,找到不會引發嚴重免疫反應,卻同時可以順利轉譯出蛋白的 RNA 分子呢?最後他們發現將 RNA 分子中的尿嘧啶核苷「U」修改成為假尿嘧啶核苷分子「ψ」,就能夠躲過免疫反應又可以產生蛋白質,並且在 2005 年時,他們將這個方法應用在猴子身上,修改後的 mRNA 不僅可以躲過免疫系統的攻擊,也能夠有效產生蛋白質。

原來卡里科和韋斯曼找到的方法,其實就是免疫系統透過檢視 RNA 裡修飾的型式或比例,藉此判斷敵我的設計機制,因為通常病毒的 RNA 不會經過修飾,所以當體外合成的 mRNA 注射進入人體中,就會被免疫系統辨識成外來病毒,引發體內的免疫反應。

這時只要將外來的 mRNA 經過足量修飾,就可以「騙」過細胞,讓細胞正式成為你的蛋白質工廠。

雖然卡里科與韋斯曼確信自己已經攻克了 mRNA 應用的難題,但很多的科學家仍然對 mRNA 的應用感到疑慮,這些科學家認為這麼不穩定的分子,不容易量產和使用,2013 年,卡里科從日本參加完研討會回來,甚至發現連自己的研究室被清空,讓給了別的研究員,他們兩人的重大發現彷彿被全世界遺忘。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不,他們的研究沒有被遺忘,在史丹佛大學的 Derrick Rossi 和 Luigi Warren 在幹細胞研究中,同樣遇到了 mRNA 應用的困難,直到 Rossi 和 Warren 得知了卡里科與韋斯曼的研究,才突破難關,成功透過加入特定 mRNA,將皮膚細胞轉變成多功能幹細胞,之後在 2010 年,Rossi 成立了世界第一家 mRNA 公司,也就是現在我們熟知的莫德納公司的前身。

而在得知莫德納將與英國的 AZ 合作開發血管內皮因子 mRNA 後,卡里科認為在大學繼續待下去也無法應用她在 mRNA 上的長才,於是前往德國,與 BNT 的創辦人烏爾.薩欣會面,並加入成為副總裁,保留兼任老師的資格。那年是 2013 年,BNT 還是個連網站都沒有的小生技公司,卡里科的決定也因此被學校的主管嘲笑。然而快轉到 2019 年,接下來的事大家都知道了。

烏爾.薩欣。圖/wikimedia

2019 年的 12 月 1 日,首例新冠病毒感染個案在中國武漢發生,隔年 1 月 5 日,新冠病毒全基因體解序完成,向全世界發布。2 月,新冠疫情開始往全球散播。

1 月 25 日莫德納公司的 Stephane Bancel 與美國國衛院國家過敏與傳染病研究所所長 Anthony Fauci 進行會議,2 月底莫德納完成 mRNA-1273 疫苗的動物試驗,同時,BNT 開發出二十多隻 mRNA 候選疫苗,從新冠病毒完成基因體解序後的第 66 天,3 月 16 日,世界上第一位 mRNA 疫苗臨床受試者開始施打,這是人類首次能夠在短時間內,製作出對抗新興傳染病的疫苗的時刻。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而這一切,若不是當年卡里科與韋斯曼的努力不懈,突破 mRNA 的應用限制,使 mRNA 疫苗成為可能,那麼 COVID-19 所造成的死亡人數會遠遠高於現在統計的 695 萬人。

擇善固執還是冥頑不固

在科學研究中,我們常常看到戴著光環的成功案例,但不被失敗擊倒,其實才是科學的真實樣貌。

圖/wikimedia

相較過往,這次諾貝爾奬很「快」頒給了 mRNA 研究,為什麼說快呢?因為諾獎往往是在論文發表後幾十年才會頒布,慎重到必須是寫進教科書等級的實證研究,才有資格。所以研究者不僅研究厲害,也要活得到頒奬,這次能夠這麼快受到諾貝爾奬肯定,代表 mRNA 疫苗確實是終結疫情的重要功臣,有目共睹,實至名歸。

卡里科在獲獎的當下表示,儘管最近幾年得到很多肯定,但其實這一路上並不是一帆風順,所以說獲獎的瞬間還不太相信,甚至覺得這是不是個 Joke,根據法新社報導,卡里科說只有他母親對他很有信心,每年都會聆聽諾貝爾委員會宣布得主,卡里科 Karikó 回應說:「我當時只能苦笑一下,因為我從未得到過研究資助,也沒有一個固定的團隊。我甚至都不是一名正式的教授,因為我被降了職,所以我並不抱什麼期望。我回答她說,『這是不可能的』。」

很遺憾的,卡里科的母親在 5 年前離世,沒能看到她真的獲得諾貝爾獎。

聽完卡里科跟韋斯曼的故事,最後我想問問你,如果你轉生成卡里科,你覺得哪個時刻會讓你最想放棄呢?

  1. 當然是 2013 年,一回國竟然發現連研究室都被清空那時候。
  2. 應該是罹患腫瘤,丈夫又在匈牙利,學校還要開除我那時候。
  3. 光是出生在共產時期的匈牙利,我就想放棄了。

等等,要是你放棄,我們就沒有 mRNA 疫苗了耶,你想清楚啊!

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

參考資料

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
所有討論 2
PanSci_96
1290 篇文章 ・ 2682 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。