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唐獎生醫獎得主本庶佑:不要相信教科書、別只是為了上期刊做簡單而熱門的題目

動眼神經
・2015/07/23 ・1972字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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紀錄/何姍蓉

學術研究之路是漫長而辛苦的,然而,若能堅持信念、心存好奇地去挑戰遇到的問題,研究成果所能造福的人可能遠遠超乎自己想像。

本次【PanSci Talk x 天下雜誌:堅持】邀請到被譽為是「最接近諾貝爾獎的日本人之一」的日本京都大學客座教授本庶佑(Tasuku Honjo)博士,來與我們談談他研究主要的成果「癌症免疫療法」、對青年學子的人生建議、以及他個人人生哲學。

癌症免疫療法:狂踩油門之前先把煞車拆掉

癌症,一個令人聞之色變的名詞。平均每十萬人約有100至150人罹癌,而全球每年的癌症死亡人數更是高達四、五百萬人。隨著醫療與科技的進步,曾經被喻為不治之症的癌症,是否能有扭轉局面的可能性?

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過去我們最常見的癌症治療原理為先辨識出癌細胞,再去攻擊它,然而幾十年來的成效並非特別好。本庶佑博士於是從癌症免疫學的角度切入,以刺激免疫的活性來治療癌症。

一九九二年,本庶佑的研究團隊在研究細胞自殺的相關蛋白時,無意間在T細胞上發現了PD-1分子。但在當時,他們對PD-1的功能並不清楚。為了要了解PD-1的功能,研究團隊花了一年的時間將小鼠的PD-1基因剔除,並觀察其結果。

但三個月過去了,卻什麼都沒發生。「如果什麼都沒發生,表示這個基因並不重要。但是從其他相關研究,我們認為這個基因一定很重要,」而當時由於其研究生的研究需要,犧牲了一些小鼠來發表,幸好,還是留了一些小鼠繼續觀察。

六個月後,小鼠死了,解剖發現有這些小鼠在關節、心臟、腎臟、胰臟、心肌等方面都有問題——缺乏PD-1會造成小鼠的自體免疫疾病,出現免疫反應過強,進而攻擊自己細胞的情況。原來PD-1就像是一個免疫系統的剎車器!

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由於免疫系統不只要攻擊敵人還要保護我們自己,因此在刺激免疫活性以治療癌症時,若能把功能如控制車子在馬路上行進速度的煞車器(抑制免疫系統過度反應)的PD-1拿掉,便能讓T細胞可以更活化,進而殺死癌細胞。

於是本庶佑博士一步步帶領他的研究團隊,從PD-1抗體的動物實驗開始,再與藥廠合作於美國及日本進行新藥的人體試驗。二○一四年,由PD-1抗體所研發出來的抗癌藥物在日本獲准上市,不久後也獲得美國食品藥物管理局(FDA)通過上市。

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癌症免疫療法的優點包括:副作用較小、對多種癌症有效(免疫系統能辨識出所有不屬於我們身體的細胞,特別是那些不斷改變的)、具延遲性、且可與其他療法共用。

不過未來仍需許多研究來找到最適合使用此療法的時機、人、病灶,而雖然共用可降低化療、放療的劑量、副作用相對較小(然而臨床試驗也有人中斷、過世),但是這種治療仍需要專家非常小心地追蹤,不建議在小型醫院施用。

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從意外發現PD-1,一路走到藥物上市,需要的除了研究的本事以外,堅定的信心亦不可或缺。本庶佑博士表示:「在生命的科學中,你永遠不知道哪一顆種子會發芽,需要長時間的耐心來支持、澆灌。」

不要相信教科書

本庶佑博士說當科學家最重要的是好奇心,如此才能找到可以研究的點。他提醒在場的學生:「不要相信教科書。當你仔細去閱讀教科書時,會發現有些地方其實並不合理,你必須心存懷疑,並自己去思考為什麼。」

做研究的人需要有勇氣去挑戰這些問題,很多大問題需要時間去解決。然而,為了快速發表,近來很多人選擇簡單的問題去解決;而某些問題也成為很熱門的研究主題,發表那些題目便容易登上CNS(Cell、Nature、Science)。

「我的研究一個都沒有上。」本庶佑博士笑著說:「不熱門的題目通常很深,也需要更多的時間。」

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別讓「錢」阻止你追尋科學夢

主持人當場詢問了與談的學生未來是否願意做學者,然而兩位與談學生皆提到雖然對研究充滿熱情,但研究經費卻是一大問題。

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本庶佑提到,過去他們不管做什麼都窮所以不擔心沒錢,但現在有機會賺錢、變有錢,我們才會開始擔心某些工作不賺錢。

學術研究的確是一門很花錢的產業,很多研究十分耗時,卻不知道未來會如何。現在許多人偏好做創新、可快速應用的研究,於是許多費時費力的醫學研究並不是很熱門。然而基礎研究卻是一切的根基,且生物醫學需要非常多的失敗、非常多的賭博,我們必須接受,因為這是科學的本質。然而,許多影響研究經費的分配的政治人物與廠商無法接受。

現今的趨勢希望連結學術與產業,讓研究成果能實際用於促進人類福祉。本庶佑認為,轉譯學術到產業,賺錢的不應該只是產業,而應回饋到學術。他選擇為藥物申請專利,是希望專利資金能回流到大學、學術,培育新一代的年輕科學家,讓他們有好的環境以及資源接續在科學的夢土中,為未來社會的進步耕耘。

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動眼神經
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曾經的泛科實習生S編,現在的動眼神經。 大叔魂少女心,說走就走的效率姐。喜歡接觸新事物,有一點資訊焦慮症;喜歡把想法化為文字,相信文字的力量能夠讓世界變得更美好。

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「融合蛋白」如何全方位圍剿狡猾癌細胞
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/11/07 ・5944字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

我們知道癌症是台灣人健康的頭號公敵。 為此,我們花了很多時間介紹最新、最有效的抗癌方法之一:免疫療法

免疫療法中最重要的技術就是抗體藥物。科學家會人工製造一批抗體去標記癌細胞。它們就像戰場上的偵察無人機,能精準鎖定你體內的敵人——癌細胞,為它們打上標記,然後引導你的免疫系統展開攻擊。

這跟化療、放射線治療那種閉著眼睛拿機槍亂掃不同。免疫療法是重新叫醒你的免疫系統,為身體「上buff (增益) 」來抗癌,副作用較低,因此備受好評。

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但尷尬的是,經過幾年的臨床考驗,科學家發現:光靠抗體對抗癌症,竟然已經不夠用了。

事情是這樣的,臨床上醫生與科學家逐漸發現:這個抗體標記,不是容易損壞,就是癌細胞同時設有多個陷阱關卡,只靠叫醒免疫細胞,還是難以發揮戰力。

但好消息是,我們的生技工程也大幅進步了。科學家開始思考:如果這台偵察無人機只有「標記」這一招不夠用,為什麼不幫它升級,讓它多學幾招呢?

這個能讓免疫藥物(偵察無人機)大進化的訓練器,就是今天的主角—融合蛋白(fusion protein)

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融合蛋白(fusion protein)/ 圖片來源:wikipedia

融合蛋白是什麼?

免疫療法遇到的問題,我們可以這樣理解:想像你的身體是一座國家,病毒、細菌、腫瘤就是入侵者;而抗體,就是我們派出的「偵察無人機」。

當我們透過注射放出這支無人機群進到體內,它能迅速辨識敵人、緊抓不放,並呼叫其他免疫單位(友軍)一同解決威脅。過去 20 年,最強的偵查機型叫做「單株抗體」。1998年,生技公司基因泰克(Genentech)推出的藥物赫賽汀(Herceptin),就是一款針對 HER2 蛋白的單株抗體,目標是治療乳癌。

這支無人機群為什麼能對抗癌症?這要歸功於它「Y」字形的小小抗體分子,構造看似簡單,卻蘊藏巧思:

  • 「Y」 字形上面的兩隻「叉叉」是敵人偵測器,能找到敵人身上的抗原特徵,並黏上去,稱為抗體結合區「Fab 區域」。
  • 「Y」 字形的「尾巴」就是我們說的「標籤」,它能通知免疫系統啟動攻擊,稱為結晶區域片段「Fc 區域」。具體來說,當免疫細胞在體內巡邏,免疫細胞上的 Fc 受體 (FcR) 會和 Fc區域結合,進而認出病原體或感染細胞,接著展開清除。

更厲害的是,這個 Fc 區域標籤還能加裝不同功能。一般來說,人體內多餘的分子,會被定期清除。例如,細胞內會有溶酶體不斷分解多餘的物質,或是血液經過肝臟時會被代謝、分解。那麼,人造抗體對身體來說,屬於外來的東西,自然也會被清除。

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而 Fc區域會與細胞內體上的Fc受體結合,告訴細胞「別分解我」的訊號,阻止溶酶體的作用。又或是單純把標籤做的超大,例如接上一段長長的蛋白質,或是聚乙二醇鏈,讓整個抗體分子的大小,大於腎臟過濾孔的大小,難以被腎臟過濾,進而延長抗體在體內的存活時間。

偵測器(Fab)加上標籤(Fc)的結構,使抗體成為最早、也最成功的「天然設計藥物」。然而,當抗體在臨床上逐漸普及,一個又一個的問題開始浮現。抗體的強項在於「精準鎖定」,但這同時也是它的限制。

「Y」 字形上面的兩隻「叉叉」是敵人偵測器,能找到敵人身上的抗原特徵,並黏上去,稱為抗體結合區「Fab 區域」/ 圖片來源:shutterstock

第一個問題:抗體只能打「魔王」,無法毀掉「魔窟」。 

抗體一定要有一個明確的「標的物」才能發揮作用。這讓它在針對「腫瘤」或「癌細胞本身」時非常有效,因為敵人身上有明顯標記。但癌細胞的形成與惡化,是細胞在「生長、分裂、死亡、免疫逃脫」這些訊號通路上被長期誤導的結果。抗體雖然勇猛,卻只能針對已經帶有特定分子的癌細胞魔王,無法摧毀那個孕育魔王的系統魔窟。這時,我們真正欠缺的是能「調整」、「模擬」或「干擾」這些錯誤訊號的藥物。

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第二個問題:開發產線的限制。

抗體的開發,得經過複雜的細胞培養與純化程序。每次改變結構或目標,幾乎都要重新開發整個系統。這就像你無法要求一台偵測紅外線的無人機,明天立刻改去偵測核輻射。高昂的成本與漫長的開發時間,讓新產線難以靈活創新。

為了讓免疫藥物能走向多功能與容易快速製造、測試的道路,科學家急需一個更工業化的藥物設計方式。雖然我們追求的是工業化的設計,巧合的是,真正的突破靈感,仍然來自大自然。

在自然界中,基因有時會彼此「融合」成全新的組合,讓生物獲得額外功能。例如細菌,它們常仰賴一連串的酶來完成代謝,中間產物要在細胞裡來回傳遞。但後來,其中幾個酶的基因彼此融合,而且不只是基因層級的合併,產出的酶本身也變成同一條長長的蛋白質。

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結果,反應效率大幅提升。因為中間產物不必再「跑出去找下一個酶」,而是直接在同一條生產線上完成。對細菌來說,能更快處理養分、用更少能量維持生存,自然形成適應上的優勢,這樣的融合基因也就被演化保留下來。

科學家從中得到關鍵啟發:如果我們也能把兩種有用的蛋白質,「人工融合」在一起,是否就能創造出更強大的新分子?於是,融合蛋白(fusion protein)就出現了。

以假亂真:融合蛋白的HIV反制戰

融合蛋白的概念其實很直覺:把兩種以上、功能不同的蛋白質,用基因工程的方式「接起來」,讓它們成為同一個分子。 

1990 年,融合蛋白 CD4 免疫黏附素(CD4 immunoadhesin)誕生。這項設計,是為了對付令人類聞風喪膽的 HIV 病毒。

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我們知道 T 細胞是人體中一種非常重要的白血球。在這些 T 細胞中,大約有六到七成表面帶有一個叫做「CD4」的輔助受體。CD4 會和另一個受體 TCR 一起合作,幫助 T 細胞辨識其他細胞表面的抗原片段,等於是 T 細胞用來辨認壞人的「探測器」。表面擁有 CD4 受體的淋巴球,就稱為 CD4 淋巴球。

麻煩的來了。 HIV 病毒反將一軍,竟然把 T 細胞的 CD4 探測器,當成了自己辨識獵物的「標記」。沒錯,對 HIV 病毒來說,免疫細胞就是它的獵物。HIV 的表面有一種叫做 gp120 的蛋白,會主動去抓住 T 細胞上的 CD4 受體。

一旦成功結合,就會啟動一連串反應,讓病毒外殼與細胞膜融合。HIV 進入細胞內後會不斷複製並破壞免疫細胞,導致免疫系統逐漸崩潰。

為了逆轉這場悲劇,融合蛋白 CD4 免疫黏附素登場了。它的結構跟抗體類似,由由兩個不同段落所組成:一端是 CD4 假受體,另一端則是剛才提到、抗體上常見的 Fc 區域。當 CD4 免疫黏附素進入體內,它表面的 CD4 假受體會主動和 HIV 的 gp120 結合。

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厲害了吧。 病毒以為自己抓到了目標細胞,其實只是被騙去抓了一個假的 CD4。這樣 gp120 抓不到 CD4 淋巴球上的真 CD4,自然就無法傷害身體。

而另一端的 Fc 區域則有兩個重要作用:一是延長融合蛋白在體內的存活時間;二是理論上能掛上「這裡有敵人!」的標籤,這種機制稱為抗體依賴性細胞毒殺(ADCC)或免疫吞噬作用(ADCP)。當免疫細胞的 Fc 受體與 Fc 區域結合,就能促使免疫細胞清除被黏住的病毒顆粒。

不過,這裡有個關鍵細節。

在實際設計中,CD4免疫黏附素的 Fc 片段通常會關閉「吸引免疫細胞」的這個技能。原因是:HIV 專門攻擊的就是免疫細胞本身,許多病毒甚至已經藏在 CD4 細胞裡。若 Fc 區域過於活躍,反而可能引發強烈的發炎反應,甚至讓免疫系統錯把帶有病毒碎片的健康細胞也一併攻擊,這樣副作用太大。因此,CD4 免疫黏附素的 Fc 區域會加入特定突變,讓它只保留延長藥物壽命的功能,而不會與淋巴球的 Fc 受體結合,以避免誘發免疫反應。

從 DNA 藍圖到生物積木:融合蛋白的設計巧思

融合蛋白雖然潛力強大,但要製造出來可一點都不簡單。它並不是用膠水把兩段蛋白質黏在一起就好。「融合」這件事,得從最根本的設計圖,也就是 DNA 序列就開始規劃。

我們體內的大部分蛋白質,都是細胞照著 DNA 上的指令一步步合成的。所以,如果科學家想把蛋白 A 和蛋白 B 接在一起,就得先把這兩段基因找出來,然後再「拼」成一段新的 DNA。

不過,如果你只是單純把兩段基因硬接起來,那失敗就是必然的。因為兩個蛋白會互相「打架」,導致摺疊錯亂、功能全毀。

這時就需要一個小幫手:連接子(linker)。它的作用就像中間的彈性膠帶,讓兩邊的蛋白質能自由轉動、互不干擾。最常見的設計,是用多個甘胺酸(G)和絲胺酸(S)組成的柔性小蛋白鏈。

設計好這段 DNA 之後,就能把它放進細胞裡,讓細胞幫忙「代工」製造出這個融合蛋白。接著,科學家會用層析、電泳等方法把它純化出來,再一一檢查它有沒有摺疊正確、功能是否完整。

如果一切順利,這個人工設計的融合分子,就能像自然界的蛋白一樣穩定運作,一個全新的「人造分子兵器」就此誕生。

CD4免疫黏附素問世之後,融合蛋白逐漸成為生物製藥的重要平台之一。而且現在的融合蛋白,早就不只是「假受體+Fc 區域」這麼單純。它已經跳脫模仿抗體,成為真正能自由組裝、自由設計的生物積木。

CD4免疫黏附素問世之後,融合蛋白逐漸成為生物製藥的重要平台之一 / 圖片來源:wikipedia

融合蛋白的強項,就在於它能「自由組裝」。

以抗體為骨架,科學家可以接上任何想要的功能模組,創造出全新的藥物型態。一般的抗體只能「抓」(標記特定靶點);但融合蛋白不只會抓,還能「阻斷」、「傳遞」、甚至「調控」訊號。在功能模組的加持下,它在藥物設計上,幾乎像是一個分子級的鋼鐵蜘蛛人裝甲。

一般來說,當我們選擇使用融合蛋白時,通常會期待它能發揮幾種關鍵效果:

  1. 療效協同: 一款藥上面就能同時針對多個靶點作用,有機會提升治療反應率與持續時間,達到「一藥多效」的臨床價值。
  2. 減少用藥: 原本需要兩到三種單株抗體聯合使用的療法,也許只要一種融合蛋白就能搞定。這不僅能減少給藥次數,對病人來說,也有機會因為用藥減少而降低治療成本。
  3. 降低毒性風險: 經過良好設計的融合蛋白,可以做到更精準的「局部活化」,讓藥物只在目標區域發揮作用,減少副作用。

到目前為止,我們了解了融合蛋白是如何製造的,也知道它的潛力有多大。

那麼,目前實際成效到底如何呢?

一箭雙鵰:拆解癌細胞的「偽裝」與「內奸」

2016 年,德國默克(Merck KGaA)展開了一項全新的臨床試驗。 主角是一款突破性的雙功能融合蛋白──Bintrafusp Alfa。這款藥物的厲害之處在於,它能同時封鎖 PD-L1 和 TGF-β 兩條免疫抑制路徑。等於一邊拆掉癌細胞的偽裝,一邊解除它的防護罩。

PD-L1,我們或許不陌生,它就像是癌細胞身上的「偽裝良民證」。當 PD-L1 和免疫細胞上的 PD-1 受體結合時,就會讓免疫系統誤以為「這細胞是自己人」,於是放過它。我們的策略,就是用一個抗體或抗體樣蛋白黏上去,把這張「偽裝良民證」封住,讓免疫系統能重新啟動。

但光拆掉偽裝還不夠,因為癌細胞還有另一位強大的盟友—一個起初是我軍,後來卻被癌細胞收買、滲透的「內奸」。它就是,轉化生長因子-β,縮寫 TGF-β。

先說清楚,TGF-β 原本是體內的秩序管理者,掌管著細胞的生長、分化、凋亡,還負責調節免疫反應。在正常細胞或癌症早期,它會和細胞表面的 TGFBR2 受體結合,啟動一連串訊號,抑制細胞分裂、減緩腫瘤生長。

但當癌症發展到後期,TGF-β 跟 TGFBR2 受體之間的合作開始出問題。癌細胞表面的 TGFBR2 受體可能突變或消失,導致 TGF-β 不但失去了原本的抑制作用,反而轉向幫癌細胞做事

它會讓細胞骨架(actin cytoskeleton)重新排列,讓細胞變長、變軟、更有彈性,還能長出像觸手的「偽足」(lamellipodia、filopodia),一步步往外移動、鑽進組織,甚至進入血管、展開全身轉移。

更糟的是,這時「黑化」的 TGF-β 還會壓抑免疫系統,讓 T 細胞和自然殺手細胞變得不再有攻擊力,同時刺激新血管生成,幫腫瘤打通營養補給線。

為了對抗這個內奸,默克在 Bintrafusp Alfa 的結構裡,加上了一個「TGF-β 陷阱(trap)」。就像 1989 年的 CD4 免疫黏附素用「假受體」去騙 HIV 一樣,這個融合蛋白在體內循環時,會用它身上的「陷阱」去捕捉並中和游離的 TGF-β。這讓 TGF-β 無法再跟腫瘤細胞或免疫細胞表面的天然受體結合,從而鬆開了那副壓抑免疫系統的腳鐐。

為了對抗這個內奸,默克在 Bintrafusp Alfa 的結構裡,加上了一個「TGF-β 陷阱(trap)」/ 情境圖來源:shutterstock

告別單一解方:融合蛋白的「全方位圍剿」戰

但,故事還沒完。我們之前提過,癌細胞之所以難纏,在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

而近年我們發現,癌細胞的「偽良民證」至少就有兩張:一張是 PD-L1;另一張是 CD-47。CD47 是癌細胞向巨噬細胞展示的「別吃我」訊號,當它與免疫細胞上的 SIRPα 結合時,就會抑制吞噬反應。

為此,總部位於台北的漢康生技,決定打造能同時對付 PD-L1、CD-47,乃至 TGF-β 的三功能生物藥 HCB301。

雖然三功能融合蛋白聽起來只是「再接一段蛋白」而已,但實際上極不簡單。截至目前,全球都還沒有任何三功能抗體或融合蛋白批准上市,在臨床階段的生物候選藥,也只佔了整個生物藥市場的 1.6%。

漢康生技透過自己開發的 FBDB 平台技術,製作出了三功能的生物藥 HCB301,目前第一期臨床試驗已經在美國、中國批准執行。

免疫療法絕對是幫我們突破癌症的關鍵。但我們也知道癌症非常頑強,還有好幾道關卡我們無法攻克。既然單株抗體在戰場上顯得單薄,我們就透過融合蛋白,創造出擁有多種功能模組的「升級版無人機」。

融合蛋白強的不是個別的偵查或阻敵能力,而是一組可以「客製化組裝」的平台,用以應付癌細胞所有的逃脫策略。

Catch Me If You Can?融合蛋白的回答是:「We Can.」

未來癌症的治療戰場,也將從尋找「唯一解」,轉變成如何「全方位圍剿」癌細胞,避免任何的逃脫。

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從「細胞機械力」解開癌症抗藥性之謎
顯微觀點_96
・2025/10/16 ・2830字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文轉載自顯微觀點

許多癌症患者在初期對藥物反應良好,腫瘤明顯縮小,但經過一段時間後因為癌細胞會適應治療,例如可能改變藥物的目標分子,使藥物無法再有效作用;或是繞過原本被切斷的「生存」路徑,變得對藥物不再敏感,使得原本的化療、標靶藥物失效。因此癌症治療的一大挑戰「抗藥性」。

為了解決這項難題,臨床治療上有些使用「雞尾酒療法」,也就是同時使用多種藥物攻擊癌細胞的不同弱點;有的則是積極開發新一代藥物,針對已知的抗藥性機制設計不同路徑;或是透過改變腫瘤微環境讓患者產生持久的免疫反應,延緩或克服抗藥性產生。

但癌症逐漸走向精準醫療,藥物是否能夠針對特定癌細胞甚至癌細胞的特定機轉、基因產生作用,是醫療界正努力研究的方向。而從中國醫藥大學生命科學院細胞生物學研究所助理教授徐昭業的觀點,細胞機械力便是一個可以切入的研究窗口。

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微小機械力 左右細胞表現力

過去,生物學多注重在基因、化學對對細胞的影響,而力學生物學(或稱機械生物學,Mechanobiology)則在近二十年迅速興起。因為科學家發現,不論是細胞要維持形狀、移動,或是回應微環境的變化,都受到力學影響。

徐昭業解釋,其實細胞的機械力在生命活動中非常重要,例如大多數細胞都需要貼附在周圍的環境中,無論是與其他細胞形成組織,或是與細胞外基質(ECM, Extracellular Matrix)連結。而這個「貼附」的行為就是一種機械力的展現。

另外,當細胞在分化時,機械力的影響尤其顯著。例如,將幹細胞培養在柔軟如果凍的基材上時,它們傾向分化為脂肪細胞或神經細胞。然而若是培養在像桌子一樣硬的表面時,則更可能分化為骨細胞。這顯示細胞對外在物理環境具有高度的「機械感知」能力。

這些細胞從外部環境(例如黏附表面、周遭組織)感受到的「機械訊號」,會透過細胞膜上的蛋白傳遞進入細胞內部,影響基因表達並調整行為,例如分化或增生。

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傳統上判定癌症藥效(或是是否出現抗藥性)多是透過測量細胞存活率,例如計算 IC50(半數抑制濃度)──也就是殺死 50% 細胞所需的藥物濃度。但徐昭業表示,這樣的測量方式存在著「非死即活」的二分法限制。例如:針對 100 顆細胞投藥,最後存活 50 顆,只知道存活率是 50%,但無法得知那剩下細胞的實際狀態;可能完全健康、也可能受到藥物影響變得半死不活。

不只管死活 力學訊號看抗藥性更精準

圖說:細胞機械力模型。徐昭業團隊便是將這樣密集奈米圓柱的結構裝置,放進微小的生物晶片。攝影/楊雅棠

透過細胞機械力的偵測則可以彌補這樣的空缺。徐昭業和研究團隊開發出一套生物力學量測系統,結合微結構與光學反射,成功簡化細胞力學的觀察與量化方式。

他們將細胞培養於表面覆有密集奈米圓柱的結構裝置上,當細胞貼附並施力於這些奈米圓柱時會導致彎曲,進而改變表面反射鏡的反射角度,影響光訊號的強度。藉由觀察反射光的衰減量,便可快速推估細胞的力學變化。

這些奈米圓柱通常使用 PDMS(polydimethylsiloxane,聚二甲基矽氧烷)等彈性材料製成,直徑約為1至2微米,高度約 5 微米,排列間距也僅有 1 至 2 微米。

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徐昭業表示,過去這類「micropost array」(微柱陣列)主要透過螢光標記位移來計算細胞所施加的力量,但這樣一來不但需要仰賴高倍率顯微鏡,影像分析也較為繁複。

因此,研究團隊改以反射訊號的變化來替代位移量測。他們將金屬反射層鍍於奈米圓柱頂端形成靈敏的反射面。當細胞攤開在表面時,張力會造成圓柱微幅形變,反射光因此產生角度偏移與散射。通常光強度會下降至原始強度的 20% 至 30%,藉此就能反推出細胞所施加的實際力值,依此分析細胞活力。不僅能大幅簡化操作流程,同時提升訊號讀取的效率與數量。

徐昭業說,當細胞死亡或停止活動時,力學(光學)訊號會完全消失,但「活力下降」的細胞則有部分訊號,但弱於「完全未受影響」的細胞。而這樣分群概念在癌症抗藥性研究的重要性在於:即使多數癌細胞對藥物反應良好,仍可能潛伏少數「對藥無感」或「苟延殘喘」的細胞。這些細胞若存活下來,將來就可能演化出抗藥性的癌細胞。

為了驗證設計出的平台在癌細胞檢測上有效果,徐昭業也和中國醫藥大學從事肺癌研究的老師合作,利用對方既有現成的抗藥性細胞株資料庫和相對應生物標記,與力學檢測平台的標記結合進行確認。

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徐昭業表示,過去要確認癌細胞是否出現抗藥性需透過長時間持續給藥,並耗費三至六個月時間培養,看細胞是否出現變異。但一方面長時間持續投藥,訓練出的是「後天抗藥性」癌細胞,和在真實情境不同;人體中可能部分癌細胞一開始就有「先天抗藥性」,卻難以在一開始就揪出來。另一方面,長期、持續的投藥也不符合臨床投藥方式,且耗時過長。

團隊利用力學檢測平台比較抗藥細胞與敏感細胞,發現兩者之間存在顯著差異,且這些力學特徵與既有的生物標記完全對應,證明了這個檢測系統可以直接辨識抗藥性細胞。

研究到臨床 盼打造癌症抗藥性快篩

由於系統採用的是非螢光染色(label-free)設計,偵測的是光學訊號,大幅縮短樣本製備和觀察時間。一片約一平方公分的生物晶片能同時觀測十萬個細胞,儘管有些細胞會彼此黏連,無法進行單細胞分析,但通常仍能取得五萬筆單細胞的力學分布資料。團隊再把這些數據輸入AI模型進行辨識訓練,系統便能在活細胞上快速量測,約半天到一天即可完成分析。

徐昭業表示,癌症病人通常有幾種可選用的藥物,但每個人對藥物的反應不同,第一線有效的藥物不見得適合所有病人。臨床上,醫師通常根據經驗與基因表現推估藥物敏感性,仍難以預測抗藥性的發生;即使用單細胞基因定序也很昂貴且不容易操作。

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「雖然一開始仍需仰賴傳統細胞株去建立模型,但當這一系列流程建構完成,後續就能成為精準醫療的重要輔助工具」,徐昭業說,若是透過此平台,就能以「快篩」的概念檢驗不同病人檢體暴露於不同藥物,哪些藥物最容易產生抗藥性表現型(phenotype),進而提供臨床醫師一份建議清單,選擇不易產生抗藥性、最合適的治療策略。

目前團隊也致力於讓系統更具備高度規律性與可重複性,並易於製作母模再複製,以大幅降低成本與技術門檻。徐昭業期待這套系統除了加速細胞力學研究的量測過程,也能為生醫材料、藥物開發與細胞品質檢測等領域提供實用的解決方案。

參考資料:

延伸閱讀:

從材料到癌症研究 徐昭業的跨界探索

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從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

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CAR-T 之外的新選擇,雙特異性抗體助攻淋巴瘤治療
careonline_96
・2025/09/22 ・2917字 ・閱讀時間約 6 分鐘

「曾有位 65 歲的瀰漫性大型B細胞淋巴瘤女性患者,轉院來時影像一照,全身幾乎沒有一個骨髓是正常的,包括手臂、腿部、脊椎甚至顱骨,全部充斥著淋巴瘤,病情十分嚴重!」臺中榮民總醫院腫瘤醫學中心主任李冠德醫師表示,「因她已接受過三線治療,對化療反應也不佳,無法進行骨髓移植,討論後決定自費試看看最新的雙特異性抗體藥物,結果才做完3個療程,在正子掃描下居然看到全身的癌細胞都消失了!」

談到這個讓人印象深刻的案例,李冠德醫師說為求保險,當時還進行了骨髓穿刺,同樣也證實了骨髓內的淋巴瘤都被清除乾淨,讓患者與家屬都喜出望外。「為了最大幅度降低復發可能,仍建議她把完整的 12 個療程都做完,目前她正在穩定接受治療中。因為當時健保沒有給付,12 個療程要花掉數百萬,如今健保終於宣布雙特異性抗體第三線的給付,對復發病友來說是很令人振奮的好消息。」

瀰漫性大型 B 細胞淋巴瘤惡性度高 復發無法接受骨髓移植者占多數

瀰漫性大型 B 細胞淋巴瘤(Diffuse Large B-Cell Lymphoma,DLBCL)是一種生長非常快速、侵襲性極高的非何杰金氏淋巴瘤。李冠德醫師解釋,瀰漫性大型B細胞淋巴瘤是由體內的 B 細胞發生變異,轉化成癌細胞而引起,也可能出現在淋巴結以外的部位,包括腸胃道、皮膚、骨骼、甚至中樞神經系統等。

瀰漫性大型 B 細胞淋巴瘤的進展相當迅速,常常在數週內急遽惡化,因此必須及早診斷並盡快開始治療。李冠德醫師說,經過第一線治療後,約有六成的病人可以達到完全緩解,進而痊癒;然而仍有約三到四成的病人會復發,而且復發通常發生在完成治療後的兩年內。

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復發後,傳統的標準治療為採高劑量化學治療,再接續造血幹細胞移植。然而,這種治療方式只適用於較年輕且身體狀況良好的患者。高齡、體力不佳、或對化療反應不敏感的病人,根本沒有接受骨髓移植的機會,平均存活期僅剩約六個月,「過往這些病人幾乎可說是走投無路,非常辛苦」李冠德醫師形容。

CAR-T 後最受注目之治療—雙特異性抗體:活化免疫精準攻擊淋巴癌

「近年來瀰漫性大型 B 細胞淋巴瘤的病人相較就幸運多了,治療方式大幅進步,復發後的用藥選擇陸續推陳出新,預後也大大改善!」李冠德醫師分析,對於復發或難治型病患,目前已有 CAR-T 細胞療法、抗體藥物複合體 ADC、雙特異性抗體(Bispecific Antibody,BsAb)等,都可幫助患者大幅提高達成完全緩解的機會。

「其中,雙特異性抗體是目前繼 CAR-T 後最受注目的免疫治療之一,也被醫界普遍看好有潛力成為瀰漫性大型B細胞淋巴瘤復發後的標準治療。」李冠德醫師解釋,雙特異性抗體顧名思義,是一種能夠同時識別兩種抗原的突破性藥物設計,一端可辨識免疫殺手 T 細胞表面的 CD3 受體,另一端可辨識淋巴瘤表面的 CD20 受體,「就好像右手拉著 T 細胞,左手拉著癌細胞,把兩者拉近,使 T 細胞活化後,對癌細胞展開精準攻擊。目前雙特異性抗體也有不同設計,例如透過2:1的抗體結構,將辨識癌細胞的一端設計成兩個結合點,有望可以增加與淋巴瘤的結合能力。」

在臨床試驗中,也可以看到雙特異性抗體用於復發、難治型瀰漫性大型 B 細胞淋巴瘤,能夠快速、長期顯著提升緩解率的數據。「雙特異性抗體用於第三線治療時,約有四成的病人可以達成完全緩解(Complete Remission,CR),且有六、七成能維持完全緩解超過兩年以上,讓治癒在後線也變得可能。」李冠德醫師說,若病人在兩年內未復發,未來復發的機率將大幅降低,顯示雙特異性抗體確實可替後線病患爭取更佳的治癒機會。

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雙特異性抗體納給付:健保德政及時雨 補足 CAR-T 治療可近性

我國健保署已於民國 114 年 8 月起,將雙特異性抗體藥物納入瀰漫性大型 B 細胞淋巴瘤第三線健保給付。

李冠德醫師分析,「雙特異性抗體獲得健保第三線給付,讓復發治療選項更完整,給不同病況的病人,更多彈性選擇的自由。從預後數據來看,雙特異性抗體與CAR-T細胞治療其實差不多,但因為 CAR-T 細胞治療的門檻較高,目前全台灣只有 8 間醫院可執行,也必須要送患者的免疫細胞到國外,進行基因改造後再送回,需耗時將近兩個月;相較雙特異性抗體在多數醫院都可以執行,且只要通過健保,可立即給藥,對於無法等待或無法跨區治療的病人來說,本次雙特異性抗體獲得給付可說是健保及時雨。」

雙特異性抗體第三線健保給付條件包括,需具有 CD20 抗原陽性、不可合併有中樞神經系統侵犯、不可有心臟衰竭等嚴重器官功能異常等,最多以 12 個療程為申請上限。

「若淋巴瘤對雙特異性抗體有反應,通常效果都會蠻快出現,試驗中可以觀察到,有達到完全緩解者,平均是打兩個療程,也就是 42 天就能達成。」李冠德醫師說,「雖然療效反應快速,但是仍會建議患者應依仿單完成全部療程,以降低復發風險。目前健保最多給付 12 個療程,也符合上述 2:1 結構的雙特異性抗體藥物的療程設計,可以讓患者最無後顧經濟之憂地接受完整治療。」

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雙特異性抗體有望推進二線治療 漸進式給藥降低併發症 維持高耐受

雙特異性抗體除被國際癌症治療權威指引 NCCN,列為第三線治療的偏好選擇建議外,推進到第二線治療的臨床試驗,也展現出亮眼的結果。李冠德醫師說,最新發表的大型臨床試驗結果顯示,針對無法接受移植者,比起傳統單用化學治療,若在第二線就合併雙特異性抗體與化療,可顯著提升整體存活期,降低 38% 死亡風險,顯示雙特異性抗體往前線推進使用之極大潛力。

李冠德醫師最後也提醒,身體在剛開始適應免疫治療時,出現細胞激素風暴症候群(Cytokine Release Syndrome, CRS)的機率較高,故相較於 CAR-T 的一次性療程,雙特異性抗體因為是分多次給藥,所以在給藥劑量上也設計成逐步調高劑量,透過漸進式加大劑量的方式,盡可能減少併發症的發生機率,但還是會建議前一、兩個療程可住院觀察,待適應後,通常病人都可維持高耐受度,此時就可採門診給藥。

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