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2011諾貝爾生物醫學獎得主與樹突細胞! Immune pioneers share Nobel prize for medicine

Scimage
・2011/10/04 ・897字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

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今年的諾貝爾生物醫學獎由三位免疫學家獲得,分別是美國的包特勒 (Bruce Beutler),盧森堡出生的科學家霍夫曼(Jules Hoffmann)與加拿大的史坦曼(Ralph Steinman )。

截圖取自諾貝爾獎正式網站

其中包特勒與霍夫曼因為研究先天免疫系統,發現了先天免疫系統的啟動的基因,合得一半的獎金(七十萬美金)。史坦曼因為研究樹突細胞在免疫系統上的功能而得到另一半獎金。

霍夫曼在1996年發現了在果蠅身上一種稱為Toll的基因 ,這種基因是啟動先天免疫系統(innate immune system)反應的重要基因,沒有這個基因,果蠅無法測知入侵的細菌感染,而無法與其對抗。而包特勒則在1998年在老鼠身上發現了類Toll 的受體 (Toll-like receptor)。在目前超過10種以上的類Toll 的受體在人類的身上被發現。 他們的研究說明了先天免疫系統如何被啟動。

先天免疫系統是一種較早產生的機體防禦機制。它在植物、真菌、昆蟲和比較原始的多細胞生物中佔有主要的地位。脊椎動物的先天免疫系統的主要功能包括:

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  1. 產生包括細胞因子等多種化學因子將免疫細胞召集到感染或炎症區域。
  2. 通過激活補體系統來促進清除死亡細胞或抗體-抗原複合物。
  3. 利用特化的白細胞來識別和消除在器官、組織、血液和淋巴中出現的外來物質。
  4. 通過抗原呈遞過程激活後天免疫系統。

史坦曼的貢獻是在1973年發現樹突細胞(dendritic cell),並說明了這種系統是如何扮演溝通先天免疫跟後天免疫這兩個免疫系統的角色。樹突細胞是一種存在於哺乳動物的一種白血球。它存在於血液和暴露於環境中的組織中,如皮膚和鼻子、肺、胃和小腸的上皮組織。作用是調節對當前環境刺激的先天和後天免疫反應,能將抗原處理後展示給免疫系統的其他白細胞,故是一種抗原提示細胞。他們被活化時,會移至淋巴組織中與T細胞與B細胞互相作用,以刺激與控制適當的免疫反應。

下面的影片中的運動細胞即為樹突細胞(dendritic cell),正吞食黑色素瘤細胞(標定紅色)。

諾貝爾委員會說,這三位得獎人的研究不但讓大家知道了,人體遭到病菌或微生物入侵以後,免疫系統是怎麼啟動的,同時也讓大家瞭解了疾病的機制。由於他們的研究,人類在預防和治療「感染、癌症和發炎」上才有了長足的進步。

本文原發表於科學影像Scimage

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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皮膚出現點狀出血、大片瘀斑!——免疫性血小板減少症警訊與治療
careonline_96
・2023/09/20 ・2357字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「醫師,我的瘀青又跑出來了。」60 多歲的陳女士一邊說一邊拉起袖子秀出手臂上的瘀斑。

她是免疫性血小板減少症患者,已經有十幾年的病史,因為病情的關係長期需要使用低劑量類固醇,雖持續回診監控,但血小板偶爾還是會降到很低的狀況,讓她有點擔心。

臺北榮民總醫院內科部輸血醫學科陳玟均醫師指出,免疫性血小板減少症 ITP(Immune thrombocytopenia)是一種自體免疫疾病,患者的免疫系統產生自體抗體攻擊自己的血小板,使血小板數量減少。正常的血小板數量約 15~40 萬/μL,而患者的血小板數量可能只有數萬/μL,甚至只有數千/μL,因此會增加自發性出血的風險。免疫性血小板減少症 ITP 的發生率約十萬分之五,較常發生在 15 歲以下、60 歲以上,或自體免疫疾病患者[1]

當患者血小板降低時,皮膚容易出現出血點,或是一片一片的瘀青,因此可能需要調高類固醇的劑量,然而在使用較高劑量的類固醇後,患者常感到生活品質變差。陳玟均醫師說,類固醇、免疫抑制劑還有血小板生成藥物都是治療的選項,患者可以檢視自己的狀況或對於生活品質的期待,與醫師溝通適合自己的治療。

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血小板是非常重要的血球,能夠促使血液凝固,發揮止血的功能。陳玟均醫師說,當血小板數量過少時,就容易出現出血的狀況。免疫性血小板減少症患者的皮膚可能有點狀出血,或是大片瘀斑,所以被稱為「紫斑症」。患者的黏膜也容易出血,例如流鼻血、牙齦出血、口腔出血等,甚至會有血便、血尿的狀況。女性患者可能有月經流血不止的問題。

如果出血發生在較關鍵的部位,例如顱內出血、腹腔出血、消化道出血,可能造成嚴重併發症,危及性命。

目前免疫性血小板減少症是以類固醇作為第一線治療,透過抑制免疫系統來減少血小板的破壞。陳玟均醫師說,類固醇治療的效果快、費用低,但是因為在長期使用類固醇後,可能出現多種副作用,例如月亮臉、水牛肩、中樞性肥胖、血糖升高、血壓升高、骨質疏鬆、容易感染等,所以目前的治療指引是希望病人不要使用類固醇超過 6 週。

陳玟均醫師說,「目前的治療準則是先給予類固醇,若發生嚴重出血時或是懷孕婦女、小孩則是可以使用免疫球蛋白做為第一線的治療,如果效果不佳或在 6 週內還沒有辦法拿掉類固醇,可能會開始使用其他免疫抑制劑、單株抗體、血小板生成藥物等治療。」其中類固醇、免疫抑制劑能夠減少血小板破壞,而血小板生成藥物則能夠促進血小板生成,幫助提升血液中血小板的數量,包含需回醫院施打的皮下注射針劑以及口服藥物。

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在與陳女士討論後,為患者申請血小板生成藥物,讓血小板數量回升,並且減低免疫抑制藥物的使用。後續患者也順利停掉類固醇,減少病人擔心的感染、骨質疏鬆等風險。

陳玟均醫師補充,「如果血小板減少超過 12 個月,會考慮脾臟切除手術,以減少血小板的破壞。但是脾臟是個與免疫功能有關的器官,切除脾臟後可能會影響免疫力,容易遭到某些病原的感染,因此近幾年來,由於藥物的進步,已經較少人接受如此侵入性的手術治療了。」

陳玟均醫師說,以臨床上的觀察,血小板生成藥物的副作用相較於類固醇,較可以被病人接受,因此患者的服藥順從性普遍比較好,部分患者可能有肌肉痠痛、腸胃不適的狀況,也需要定期監測肝功能。

免疫性血小板減少症的治療目標是讓血小板數量至少維持在 5 萬/μL以上,患者於日常生活中比較不需要擔心流血不止的狀況,但也需要考量治療後血小板過高亦會有血栓產生的風險。陳玟均醫師說,在追蹤治療的過程中,醫師都會依照患者的狀況,適時調整藥物。

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筆記重點記起來

  1. 免疫性血小板減少症 ITP 是自體免疫疾病,會導致血小板數量過少。
  2. 症狀:患者的皮膚可能出現出血點或瘀斑,牙齦、口腔、鼻腔可能有流血不止的狀況,也可能出現血便、血尿、月經異常出血。請務必盡快至血液科檢查,以免造成嚴重併發症。
  3. 治療:免疫性血小板減少症會使用類固醇治療,一般建議不要使用超過 6 週。醫師會視病況搭配免疫抑制劑、血小板生成藥物等藥物,類固醇、免疫抑制劑能夠減少血小板破壞,血小板生成藥物能夠促進血小板生成。
  4. 血小板生成藥物:分為針劑與口服兩種,長期使用的副作用對病患來說相對比較能接受,有助改善患者的服藥順從性,提升生活品質。
  5. 提醒:在血小板數量較少時,患者要避免劇烈運動,減少碰撞出血的機會!
  • 本衛教訊息由台灣諾華協助提供 TW2309056147

參考資料

  1. Hung GY, Lee CY, Yen HJ, Lin LY, Horng JL. Incidence of immune thrombocytopenia in Taiwan: a nationwide population-based study. Transfusion. 2018 Nov;58(11):2712-2719. doi: 10.1111/trf.14915. Epub 2018 Oct 12. PMID: 30311951.
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不明發燒、骨頭疼痛,留意兒童急性淋巴性白血病常見症狀
careonline_96
・2023/06/29 ・3068字 ・閱讀時間約 6 分鐘

「醫師,小朋友最近食慾越來越差,什麼都不想吃。」王媽媽抱著 4 歲的小女孩進到診間,小女孩把頭靠在媽媽的肩膀上,顯得很沒有精神。

「還有其他不舒服嗎?」醫師問。

「最近有提到手腳會痛。」王媽媽問,「會是生長痛嗎?」

小朋友的臉色看起來較蒼白,抽血報告顯示小女孩有明顯的貧血,且血小板數量低於正常值,白血球數量則異常升高。台大醫院小兒血液腫瘤科周書緯醫師表示,白血球數量一般約 4,500-11,000/μL,而小女孩的白血球數量已高達 40,000/μL,相當不尋常,後續的骨髓檢查確認是 B 細胞急性淋巴性白血病。

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接受化學治療後,白血病受到控制,症狀也漸漸改善,但是在經過一段時間的追蹤後,急性淋巴性白血病復發,讓小女孩又回到醫院。周書緯醫師說,雖然急性淋巴性白血病的治療成功率高,但是仍有少部分患者會反覆復發,相當辛苦。近年來持續進展的免疫治療及細胞治療,有助清除癌細胞,能夠提升治療成效,降低反覆復發的機會,讓患者早日回到正常的生活。

我們體內具有 B 細胞、T 細胞、NK 自然殺手細胞等淋巴細胞負責免疫功能,對抗入侵的病原體,當不成熟的淋巴細胞轉變成癌細胞時,就會造成淋巴性白血病,是血癌的其中一種,主要分成 B 細胞急性淋巴性白血病和 T 細胞急性淋巴性白血病兩大類。周書緯醫師說,急性淋巴性白血病較常出現在 20 歲以下的族群,男性略多於女性,另一個好發族群是在 50 歲左右。

分析白血病細胞會發現其基因產生了變化,周書緯醫師說,產生基因變化的原因目前未知,不過有些研究發現可能與染色體異常、病毒感染、輻射暴露、家族病史有關。

當癌細胞大量增殖,便可能影響正常血球的生成,導致紅血球、白血球、血小板數量不足。周書緯醫師解釋,紅血球數量不足會導致臉色蒼白、疲倦、容易喘,血小板數量不足會導致容易瘀青、流血不止,正常白血球數量不足會讓患者容易遭到感染,或出現不明原因的發燒。

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急性淋巴性白血病也可能導致頸部、腋下、鼠蹊的淋巴結腫大,或是造成肝臟、脾臟腫大,而讓患者感到腹脹不適。

由於骨髓裡充滿癌細胞,也可能造成全身各處骨頭疼痛的狀況。周書緯醫師說,小朋友常見的生長痛大多出現在晚上,若無時無刻都有骨頭疼痛,便要提高警覺。

如何診斷急性淋巴性白血病?

因為相關症狀就診時,醫師會詳細了解病史、進行理學檢查,初步抽血檢查可能會發現血球數量異常或出現不正常的血球細胞。

由於急性淋巴性白血病的來源是骨髓,所以需要做骨髓檢查,醫師會利用一根針把骨髓裡面的細胞抽出來分析。周書緯醫師說,傳統的方法是用顯微鏡去檢查,如果是急性淋巴性白血病,骨髓裡會被癌細胞佔據。現在還可以用流式細胞儀、基因檢測進行更精密的分析,確認白血病的亞型,幫助擬定治療計畫。

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該如何治療急性淋巴性白血病?

目前急性淋巴性白血病的治療以化學治療為主,周書緯醫師說,大部分的急性淋巴性白血病對於化學治療的初步反應都不錯,所以化學治療能夠幫助 90% 以上的病人控制病情。化學治療的成效會隨著病人的年紀而有所差異,成年患者的治療成功率較低。

急性淋巴性白血病的化學治療包括三個階段:引導期、鞏固期、維持期。此外,周書緯醫師說,針對中樞神經預防治療也相當重要,因為急性淋巴性白血病是種容易進到中樞神經系統的疾病,所以除了全身性化學治療之外,在療程中也會去檢查病人的腦脊髓液裡是否有癌細胞,且在檢查同時把化學治療注入脊髓腔內,進行治療或預防在白血病在中樞神經復發。

假使化學治療無法控制急性淋巴性白血病,或是過了一段時間病情復發,便需要運用其他的治療方式,包括異體造血幹細胞移植、標靶治療、免疫治療、CAR-T 細胞治療等。周書緯醫師說,目前已有多種免疫治療的藥物,可以針對急性淋巴性白血病細胞作治療。

急性淋巴性白血病復發的患者需要考慮異體造血幹細胞移植(骨髓移植),周書緯醫師解釋,在造血幹細胞移植前可以利用化學治療或免疫治療,盡量消滅急性淋巴性白血病的癌細胞,若能把癌細胞清得越乾淨,移植的成功率會越高。

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從疾病的角度來考量,急性淋巴性白血病復發的患者便得接受造血幹細胞移植,此外周書緯醫師也提到,有些白血病亞型屬於高危險群,不容易使用化學治療控制,為了避免後續更難處理,可能會在剛開始控制住疾病的時候,便直接進行造血幹細胞移植。

急性淋巴性白血病的治療成效在兒童與成人不同,周書緯醫師說,兒童患者的治療成功率整體可達到八成或八成五以上,在一些預後較好的亞型,治療成功率可以達到九成甚至九成五以上。成人的治療成功率通常落在五成至六成。隨著目前免疫治療及細胞治療的進步,有機會再提升治療成功率。

接受化學治療的過程中,患者的免疫力會比較差,請多洗手、避免生食、避開人潮,以減少遭到感染的機會。完成治療後,醫師也會持續追蹤兒童的生長發育。

如果有進行造血幹細胞移植,需要注意的事情就會比較多,周書緯醫師說,因為接受造血幹細胞移植後,免疫力恢復的時間較長,必須留意各種感染。另一個較長期的問題是排斥,稱為移植物抗宿主疾病(GvHD),排斥可能發生在皮膚、口腔、腸胃道、肝臟、肺臟等處,讓患者出現皮膚乾、嘴巴乾、眼睛乾、噁心、食慾不振、拉肚子、關節僵硬等症狀。排斥的表現非常多樣,如果有發現任何異常狀況,都要向醫師反應,進一步評估。

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貼心小提醒

急性淋巴性白血病是源自淋巴細胞的血癌,可能影響正常血球的生成,而造成各種症狀,如臉色蒼白、疲倦虛弱、容易瘀青、流血不止、不明原因發燒,也會導致淋巴結腫大、肝臟腫大、脾臟腫大、骨頭疼痛等。

目前的治療以化學治療為主,兒童患者的治療成功率可達 8 成以上。周書緯醫師說,若疾病復發,現在還可運用異體造血幹細胞移植、標靶治療、免疫治療、CAR-T 細胞治療等,提升治療成效,把白血病控制住,幫助小朋友回到正常的生活!

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