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液態的賢者之石-人工血液

miss9_96
・2015/07/06 ・1464字 ・閱讀時間約 3 分鐘

牛奶?尿液?紅酒?今晚醫生你想選那個?

早在16世紀,人們開始嘗試替失血的傷者補充血液,當時被打入傷患血管內的液體千奇百怪,凡舉尿液、牛奶、唾液、酒或動物的血,都曾被當時的醫生和患者英勇地嘗試過 [1]。

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從綿羊輸血給患者。Source from wikimedia

當時也嘗試用人血補充,但總有許多傷患反而在輸血死亡,數百年來醫界不得其解。1900年時,奧地利大學的Karl Landsteiner教授向世界宣告了血型的存在,血液只要區分血型,輸血就不再會造成死亡,這猶如開啟了血液學的真理之門,輸血的成功率巨幅地提升,更將外科手術提攜了另一個新世代 [2]。

既然輸血已經不成問題,那還需要人工血液嗎?

在國內外,皆有人因為信仰而拒絕輸血 [3],而戰火下的軍人、大海上的船員等,伙伴裡不見得剛好有專門負責補血的伙伴;即便是在醫院血庫裡,每袋血液最多也只有42天的保存期,極度仰賴定期捐血;而愛滋病襲捲全球後,也令人開始擔心那一袋袋的血液裡,是否就藏有未爆彈?

捐血的缺點開啟了人工血液的需求,而大規模戰爭加速了科學前進的動力。歷經二戰、越戰等大量的血液需求,科學界逐漸全力研發人工血液。一方人馬尋找可用的血紅素(hemoglobin),而另一派則轉向研究能高度溶氧的氟碳化合物-perfluorocarbon

氟碳化合物無毒且安定,更重要的是氧氣的溶解度,比水高出約10-20倍 [4]。其實早在1966年,科學家便將小鼠置入浸滿氟碳化合物的容器,發現小鼠仍能存活數小時[5]。1989年,FDA首次許可氟碳化合物類型的人工血液產品-Fluosol-DA-20上市 [6]。而血紅素類型的人工血液,雖然因越戰的需求而蓬勃發展 [5],但因為強烈的腎、心毒性限制了發展;僅有一款商品-Hemopure在南非獲准使用 [5]。

而本世紀初,幹細胞技術正式加入競逐人工血液的行列,2005年法國的Marie-Catherine Giarratana學者以及2010年Hélène Lapillonne學者,利用誘導幹細胞的方式,成功地人工生成了紅血球 [7, 8]。

台灣,捐血已是習慣,還需要人工血液嗎?

台灣每年都有超過250萬袋捐贈的血液 [9],但在愛滋病的陰影下,每袋血液都仍須接受繁複且昂貴的檢測(據估計,約0.002%的捐贈血有愛滋病毒 [10]),而許多居住在特殊的地區(如:高山、離島等)或從事特別職業(如:遠洋船員)的台灣人,因為無法快速抵達醫院,引進人工血液能舒緩他們的困境。據筆者了解,目前我國衛福部並未引進人工血液,近期的數次重大公安意外也許恰好是個機會,讓我們省思,讓我們好好的想一想,灣的醫界、學界是否需要加強研究人工血液呢?

本文感謝衛生福利部台東醫院檢驗科張昱維(Yu-Wei Chang)協助

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Blood Bag. Source from wikimedia

參考資料

  1. Keyhanian Sh, Ebrahimifard M, Zandi M. (2014) Investigation on artificial blood or substitute blood replace the natural blood. Iranian journal of Pediatric Hematology Oncology. 4(2):72-77.
  2. K Landsteiner (1900) Zur Kenntnis der antifermentativen, lytischen und agglutinierenden Wirkungen des Blutserums und der Lymphe. Zentbl. Bakt. Orig. 27:357-362
  3. 耶和華見證人官方網站
  4. Elibol M, Mavituna F. (1995) Effect of perfluorodecalin as an oxygen carrier on actinorhodin production by Streptomyces coelicolor A3(2). Applied Microbiology and Biotechnology. 43:206-210
  5. W. H. Choe, E. J. Baek. (2015) RBC substitutes: from the past to the future. ISBT Science Series. 10(S1):150-153
  6. Jerry E. Squires (2002) ArtiÞcial Blood. Science. 295:1002-1005
  7. Giarratana MC, Kobari L, Lapillonne H, Chalmers D, Kiger L, Cynober T, Marden MC, Wajcman H, Douay L. (2005) Ex vivo generation of fully mature human red blood cells from hematopoietic stem cells. Nature Biotechnology. 23:69-74
  8. Lapillonne H, Kobari L, Mazurier C, Tropel P, Giarratana MC, Zanella-Cleon I, Kiger L, Wattenhofer-Donzé M, Puccio H, Hebert N, Francina A, Andreu G, Viville S, Douay L. (2010) Red blood cell generation from human induced pluripotent stem cells: perspectives for transfusion medicine. Haematologica 95(10):1651-1659
  9. 台灣血液基金會
  10. 世界衛生組織官網

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miss9_96
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蔣維倫。很喜歡貓貓。曾意外地收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學作家、科學月刊作家、故事作家、udn鳴人堂作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。 商業邀稿:miss9ch@gmail.com 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9

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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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