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【科學簡史】用器官拼圖的人–雖死猶生的器官移植(3)

miss9_96
・2015/11/06 ・4830字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

手術台上的孩童冒出大量的鮮血,史達策醫師氣急敗壞的將雙手伸入湧泉般的腹腔,孩子身體的顏色,越來越接近屍體特有的青色,史達策醫師扭曲著臉,整個手術房都籠罩著痛苦和無力感……

無數生命鋪成的醫學之路

1983年的匹茲堡,史達策醫師正指導著一位來自台灣的年輕醫生,當時新一代的抗排斥藥-環孢靈((Cyclosporin)才剛問世不久,優秀的療效讓器官移植脫離了黑暗年代,對於那些曾用狗肝臟作實驗的前輩們,這種進步是無比巨大的。十個月後,那名年輕人帶著史達策醫師傳授給他的移植知識,回到台灣,繼續寫著器官移植的下一章。

1960年,34歲的史達策醫師正驅車前往參加美國外科年會,他這趟旅行的目的是波士頓摩爾團隊的狗肝移植結果。六年前,那個奇蹟似的聖誕節,在全球掀起腎臟移植的浪潮,令人不禁認為,征服下一個器官的時代很快就會來臨,但史達策心中所屬的那個器官-肝臟,仍頑固地張起神聖不可侵犯的AT力場,血腥地拒絕著任何想突破它的人。年輕的史達策獨立實驗了80隻狗進行器官移植,但術後的存活時間都短於四週,享譽盛名的波士頓團隊成績會不會更好呢?他懷著複雜的心情想著……

因為血統純正、體型合適、容易訓練等原因,現代醫學實驗用狗的品系都是米格魯。from: wikimedia
因為血統純正、體型合適、容易訓練等原因,現代醫學實驗用狗的品系都是米格魯。from: wikimedia

肝臟是個極具魅力色彩的器官,一般的組織都是由動脈供給血液,再由靜脈流出,肝臟並非如此。流進肝臟的血管有兩條,一條是來自小腸,充滿食物養份胰島素等物質的肝門靜脈(hepatic portal vein)系統,另一條則來自心臟的肝動脈(hepatic artery)系統。肝動脈的目的很明確,是為了供給氧氣和養分,那麼肝門靜脈的目的呢?是要讓肝臟分解毒素?還是…?這個未解的謎深深地吸引了史達策,他的團隊設計了極為簡潔、漂亮的實驗,先將肝臟分為兩半,一側由肝門靜脈供給血液,另一側肝臟則接上後腿的靜脈。

實驗出現令人驚訝的結果,缺少肝門靜脈的那側肝臟,有如失去了養分,數天內就快速萎縮,而擁有肝門靜脈血流的另一側,則健康如昔,這個有趣的結果顯示了從腸道而來的血液中,似乎有種神秘的物質,能夠維持肝臟的健康。過了十來年(1972年)後,史達策等人才確定這個神祕的物質,就是胰島素!這種內分泌和消化系統結合的奇特現象,從此寫進了教科書中,也被稱為利肝現象(Hepatotropic concept)。這個犧牲無數的狗所獲得的知識,也讓醫界更了解肝臟的循環系統,讓史達策等人慢慢地步向成功之路。

一座在俄羅斯紀念實驗動物的雕像,雕像是一隻實驗室的老鼠正在編織DNA。from: wikimedia
一座在俄羅斯紀念實驗動物的雕像,雕像是一隻實驗室的老鼠正在編織DNA。from: wikimedia

孤獨的研究之路

史達策的成績讓莫爾和休姆感到好奇,因為儘管波士頓團隊有著豐富的腎臟移植經驗,但他們的動物肝臟移植結果卻是慘淡無光,最長壽的狗甚至活不過兩週。但這次的見面最重要的意義是,讓史達策從休姆等人身上,得到了利用X光和6-mp藥物破壞免疫系統的知識,他更和休姆成了一輩子的摯友,直到休姆在1974年自駕飛機失事為止。

史達策和休姆等人分別後,獨自地走向了一條漫長的失敗之路。他認為先找出安全的抗免疫排斥藥品,才能讓器官移植之路從腎臟轉向肝臟。他嘗試使用新的藥物-azathioprine(商品名:移護寧/Imuran)來壓制免疫系統,在歷經無數的狗犧牲之後,總算有了零星數例存活下來的腎臟移植病人,但史達策醫師仍不滿意,腎臟移植的死亡率仍然太高,未盡理想(70年代,北美腎臟移植的1年存活率低於50%)。但,無情的時代並不會等著醫學迎頭趕上,人生的巨輪將面無表情地輾過每一個人,而這一路上也將滿是鮮血……

小孩的屍體

總是會有幾名,帶著缺陷來到世上的嬰兒。

天生的缺陷若是能夠補救,那缺陷不過就是人生中一個小小的插曲罷了。一旦缺陷嚴重到讓嬰兒又立即回到天堂,緣淺情薄的結果雖然悲傷,但尚未完整的情感依賴也許讓家屬比較能接受惡耗。話雖如此,醫院裡總是有一些令人悲慟的故事……

對我們來說,膽道閉鎖症異常的陌生,但這病猶如惡魔一般,堵塞了膽管,讓膽汁淤積在肝臟之中,一點、一滴的毒害肝臟,等到孩子兩、三歲,牙牙學語地開始建立起自己的性格時,衰弱的肝臟才慢慢地將代表死亡的黃色染上孩童的皮膚、眼睛,最後在孩子的肚子裡注滿腹水,痛苦的在醫院裡等死,直至最後一刻,死神才將小孩拖往冥河的彼端,只留下以淚洗面的父母。

因為肝臟病變而引發的症狀-黃疸,病人的膚色會轉黃,眼白也會變成黃色。from: wikimedia
因為肝臟病變而引發的症狀-黃疸,病人的膚色會轉黃,眼白也會變成黃色。from: wikimedia

科羅拉多州大學醫院的小兒科主任肯布(C. Herry Kempe)全力支持史達策的肝臟移植,畢竟在當時,膽道閉鎖症幾乎等於絕症,與其等死,不如放手一搏。1963年,一名瀕死的孩童躺在手術台上,外科團隊切開肌肉,親眼看到那傷痕累累的肝臟,佈滿著被自己分泌出來的膽汁毒害的痕跡,硬化的肝讓週邊血管的血壓遽增,一個小小的傷口就會血流不止。更糟的是,奄奄一息的肝臟早已無法製造凝血蛋白,手術台上的孩子湧出大量的鮮血,史達策醫師氣急敗壞的將雙手伸入湧泉般的腹腔,他手中的孩童,正逐漸地變成屍體,時代的巨輪,碾碎了當時在現場的每一個人……

暫停和改變

在看了太多的屍體之後,史達策醫師暫停肝臟移植的計畫,這段期間除了讓團隊重新拾回心靈的碎片外,世界也正逐漸地在改變。天主教教宗庇護十二世(Pius ⅩⅡ)在長眠之前發表了他的主張,他認為人的靈魂存於腦中,所以腦死之後,尚在軀體中的器官也就不存在靈魂了,此觀念漸漸地為天主教世界所接受,也不經意地給了器官捐贈一股很大的動力。(天主教為主的國家,其國民較能接受死後捐贈器官的觀念,反之亞洲國家的民眾接受死後捐贈器官的意願極低。)

生物科技的進步讓史達策得到了一種新藥-抗淋巴球抗體(anti-lymphocyte globulin, ALG),這種抗體能夠精準的攻擊人體內的淋巴球,削弱免疫系統。而史達策更改進了雞尾酒療法,在1966年發展出抗淋巴球抗體+類固醇+移護寧的療法,新療程成功地提高了腎臟移植的存活率,甚至有接受當時雞尾酒療法臨床試驗的病人,存活超過1/4個世紀,足以見證器官移植界的進步。有了新的技術之後,史達策和肯布主任重新討論,選了瀕死的4名孩童在1967年的夏天進行換肝實驗,手術的結果將在隔年的春天發表,即將為肝臟移植帶來春暖花開的消息……

穿白衣者為教宗庇護十二世。他的主張本意是為了讓病人有尊嚴的死亡,但後來的影響擴大,加速了天主教國家接受腦死的概念,也使得今日,許多信仰天主教的國民都非常樂意捐贈器官來幫助他人。from: wikimedia
穿白衣者為教宗庇護十二世。他的主張本意是為了讓病人有尊嚴的死亡,但後來的影響擴大,加速了天主教國家接受腦死的概念,也使得今日,許多信仰天主教的國民都非常樂意捐贈器官來幫助他人。from: wikimedia

1967年7月

「在過去全球的報告中,僅有9例肝臟移植的臨床實驗,患者都在0到23天內死亡。我們在1967年的7月執行了四例嬰兒換肝手術,到截稿為止,首名女嬰已經存活了超過3個月…」

非第一人稱的敘述是醫學論文的潛規則,刻意冷漠的用詞是為了避免影響讀者對論文的看法,但這毫不影響論文的重要性。在過去,腎臟是唯一能夠被移植的器官,但從此篇論文開始,史達策開闢了全新的醫學領域,肝衰竭不再是必死無疑的疾病,雞尾酒療法給了那些早衰的小生命更多活下去的機會 [註2],更讓逐漸冷卻的移植界重新掀起一股更大的浪潮……

醫學是門生意、或是種奉獻?

社會學科和理工學科相較,更像是門藝術,一門和民眾、商人和政府溝通的藝術。

1968年,哈佛醫學院公布腦死判定準則,腦死的判定標準擴散到全球各地,解決了檯面上的糾紛,但現實中有限的腎臟來源,闢出了道德和恐懼的戰場。我們以台灣的腎臟移植現況為例:

截至2015/10/17,全台等候腎臟移植的患者數:6341人
腎臟 大愛捐贈例數 活體捐贈例數 全年總計
2014 210 118 328人
2013 197 126 323人

從數字上可以看出,腎臟供不應求,等待移植需求者眾,遠遠地多於捐贈的數量,兩者之間的矛盾糾結著病人和家屬、醫院和醫師。而當金錢加入了這個戰場,就讓一切變得更加的複雜 [註3]。1973年,美國開始用國家的稅金補助腎衰竭患者,一夜之間,洗腎和腎臟移植成了一門賺錢的生意,金錢加劇了洗腎派和移植派的對立。各種矛盾燒向醫界,史達策醫師儘管身為移植界的先驅,卻也百般的無能為力 [註4]…..

抗排斥藥物的聖杯?-環孢靈

美國政府開始挹注腎衰竭患者的醫療費用時,腎臟移植的失敗率其實仍居高不下,根本的原因就是免疫排斥和各種感染的問題。科學家們絞盡腦汁地研究、爭論各種抗排斥療法,甚至連數十年前的X光破壞,也尚在討論名單之列,但在1970年代末期,環孢靈的出現,讓當時所有的研究都成了過去的歷史……

環孢靈是從真菌中萃取而出的藥物,它和過去的前輩們比較起來,對免疫系統的抑制效果更具專一性。環孢靈只阻斷輔助型T細胞(Help-T cell)的功能,但不影響骨髓的造血系統,也不妨礙大部分的B細胞分泌抗體對抗微生物的入侵,換句話說,環孢靈能夠讓免疫系統保有對抗微生物的基本防禦力,但也能遮住它的眼睛,讓免疫系統忽視身體裡有個來自外人的器官!

史達策的團隊自然沒有忽視這座夢寐以求的聖杯,在1979年的冬天用環孢靈+類固醇的雞尾酒療法測試了22例腎臟移植,而1980年的夏天發表了臨床試驗的結果,22名病人只有一名死亡(死於心臟病,推測和器官移植無關),平息了對環孢靈的紛爭,更促使了藥品的上市,數十年來科學家們夢想中的聖杯,終於就此問世了 [註5] !同年,史達策因私人因素離開科羅拉多州大學醫院,隨即在1981年,就任於匹茲堡大學醫院,兩年之後,遇到了一名來自台灣,名叫陳肇隆的年輕人……

下一章:那台灣呢?

匹茲堡大學內一棟以史達策為名的生醫研究大樓。from: wikimedia
匹茲堡大學內一棟以史達策為名的生醫研究大樓。from: wikimedia

【科學簡史】雖死猶生的器官移植系列:

  • 註1:為求書寫流利和情節起伏,本文所出現的對話皆為模擬情境,請讀者見諒
  • 註2:1967年的這些嬰兒,最終仍沒有活到成年,但她們多半都罹患了肝癌、膽管堵塞症等無法可救的絕症,當時史達策團隊確實給了家屬一絲的希望
  • 註3:全球各國都認定買賣人體器官是有違道德的行為,我國於今年修改法律,明訂買賣器官是非法行為。但為了拯救人命和打擊器官黑市,全球有兩個國家採用了不同的作法,它們透過第三方組織,讓自願捐腎給非親屬的國民獲得金錢補助,它們分別是中東的伊朗,和亞洲的新加坡。伊朗的政策非常的成功,它是全球唯一沒有因病而需要等待器捐的腎衰竭患者的國家。
  • 註4:除了金錢上的糾紛,器官移植領域也有病人福祉和論文發表的糾紛,甚至連前美國總統雷根在任時,也對器官移植作出了許多的行動。有興趣的讀者請參閱「拼圖人:一個器官移植外科醫師的回憶錄」
  • 註5:環孢靈有明顯的腎毒性,因此單獨使用的臨床試驗結果非常糟糕,一度甚至面臨到被打入冷宮的地步,經史達策醫師設計了環孢靈+類固醇的療程後,才延續了環孢靈的研究。而後來科學家持續的研究,陸續有其他領域的抗排斥用藥被發明,但環孢靈仍在器官移植史上占有特殊且重要的地位。
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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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器官移植新技術───37度保存三天的肝臟
Charlotte 熊_96
・2022/06/24 ・2697字 ・閱讀時間約 5 分鐘

哪些人會需要換肝呢?

需要換肝的族群年齡分佈大致上呈兩大族群,一邊是剛出生帶有先天疾病的小朋友,一邊是後天罹病的成年人[1]。譬如說小兒科會見到的膽道閉鎖,這些小朋友天生膽道就發育不良,膽汁無法順利排到膽管,而淤積在肝臟。如果不處置,會在數個月後快速進展成肝衰竭而有生命危險。

天生膽道就發育不良的小朋友,膽汁無法順利排到膽管,而淤積在肝臟。如果不處置,會在數個月後快速進展成肝衰竭而有生命危險。圖/Pexels

成年人需要換肝的在在台灣以前常見的是因為 HBV 或 HCV 造成的猛爆性肝炎,現在可能就屬肝癌、酒精性肝炎、非酒精性脂肪肝炎、藥物中毒等最為大宗。依照巴賽隆納小細胞肝癌(hepatocellular carcinoma)治療指引[2],在肝功能還未受損太嚴重時,若腫瘤數目、大小、位置理想,肝癌病人是可以接受換肝手術,「治癒」肝癌的。這比起許多以延長幾個月的餘命為目標的癌症治療而言,是很難得的。

台灣其實是特例?國際肝臟移植的現況

據衛福部 2020 年統計數據,台灣 2005 至 2018 總計執行了 6211 例的肝臟移植,其中活體肝臟移植就佔了其中的 4915 例[3]。所謂的「活體」移植就是在幾乎相同的時間內,兩個開刀房、兩組醫護人馬,同時開刀,一邊把受贈者有問題的肝臟取下,一邊把捐贈者的部分肝臟擷取,最後接到受贈者體內。這也常常躍升至媒體,如「捐肝救父」、「捐肝救子」的佳話。

活體移植不僅考驗主刀者的技術、也考驗醫護團隊的默契。開刀只是其中一關,開刀前的配對、開刀後的術後照顧、抗排斥治療等等,皆是重重的考驗。不過台灣日本等國家活體移植的盛行,其實是國際移植界的特例。

台灣活體移植的盛行,其實在國際移植界是特例。 圖/envato

活體移植牽涉到的倫理議題,也讓台灣目前活體移植只限於親屬。若非親屬捐贈,則只能排隊,等意外死亡者的肝臟捐贈。所以在國際上行之有年、且更常見的其實是大體捐贈,一般上會是來自因意外或因疾病而腦死的病人。

肝臟從捐贈者體內被取出後,會在 2-5°C 的液態保存液中暫存,並且在數小時內必須移植到受贈者體內。這黃金數小時,是沒有血液灌流的,換句話說,肝臟組織無法有效率的得到生存所需的氧氣,以及排泄代謝廢物,所以一般來說會把這段黃金時間限縮在 12 小時內。如果算上捐贈肝臟組織的運輸以及兩個手術(捐贈以及受贈者)的時間,整個移植是一個跟時間賽跑的過程。如果到目前為止,這個任務還不夠艱鉅的話,我們可以看看美國的統計數字。

在美國大約有 17,000 人在等肝臟捐贈,但實際上每年只有約 6,500 個肝臟被捐贈[4]。所以肝臟捐贈目前還是非常短缺的,而需要換肝的人在等待過程中,存活機率也一點一滴的流失。

全新的方向:瑞士的跨領域研究

在大體捐贈以及活體移植各有其限制的狀況下,一組在瑞士的人馬開始了一個全新的肝臟移植方式[5]。這群人結合了工程、生物化學以及醫學專業,一起研發了一台機器,可以在體外模擬許多類似人體內的環境,讓肝臟在移植過程中,有最小的轉換過程。可能的環境衝擊包括溶血、血行動力學不穩、溫度控制、血糖控制、肝醣消耗、以及物理壓力造成的組織壞死。而在今年,他們發表了第一個使用此機器的人體肝臟移植案例。

肝臟組織是來自一個 29 歲的年輕病人,因為腹部硬纖維黏液瘤(desmoid fibromatosis),併發長期感染以及敗血症,為了要控制病情而必須切除部分肝臟組織。一般來說,這樣的肝臟組織是不會再捐出去的,不只因為有腫瘤病史,而且又有進行中的感染,如果腫瘤細胞在受贈者體內繼續生長,或是感染持續進行,那麼受贈者的預後一定也很慘淡。但是這組瑞士人馬,在經過捐贈、受贈者兩方同意後,決定利用手術後剩下的肝臟組織。於是這個被取下來的肝臟組織,在肝門靜脈、肝動脈、下大靜脈、以及總膽管都被恰當的接到機器上後,就開始了這個神奇的體外之旅

一切的變因都盡量模擬體內環境,包括溫度(37 度)、血液灌流速度、脈衝式血壓,並且持續抗生素(因為捐贈者有細菌以及真菌感染)。三天後,這個肝臟再重回人體中,是位 62 歲的受贈者。

瑞士的跨領域研究團隊研發了一台機器,可以在體外模擬許多類似人體內的環境,讓肝臟在移植過程中延長保存時間。圖/Pixabay

這個嘗試特別的地方在於,雖然肝臟在體外保存了三天,卻沒有在大體捐贈常見的組織再灌流傷害(是指經過一段缺血的時間後,血管重新被打通,血液帶來充足的氧氣,但同時也產生很多自由基),這是只有活體捐贈才比較能看到的優點。而且可能因為肝臟先天免疫功能的保留,後續的排斥反應並不明顯,病人術後的抗排斥藥用量逐步地降低。與此同時,體外保存期間還可以持續治療,譬如在這個例子中的抗生素治療,讓一些本來無法使用的組織,變成可以捐贈的祝福。

肝臟移植的一線曙光光

雖然在台灣大體肝臟捐贈比較不常見,反而活體肝臟移植是比較盛行的做法,但活體移植仍存有道德辯證、危害健康捐贈者健康等等的疑慮。畢竟捐贈者一般都是健康人,而捐肝的大手術也是有一定的風險的。

在這個器官需求者眾、捐贈者匱乏的社會中,這個體外保存的技術絕對是一個令人興奮的新發明。只是就像任何新的醫學發明,臨床的資料需要長期而且大量病患的累積,才能有足夠的證據支持。這個幸運的受贈者已經持續被追蹤了一年,也許再五年、十年,再百個、千個病人,而有了世代研究,體外保存技術將會變成移植醫學的顯學。

在這個器官需求者眾、捐贈者匱乏的社會中,肝臟體外保存的技術絕對是一個令人興奮的新發明,幫助更多人。圖/Pexels

參考資料

  1. Kasper, D. L., Fauci, A. S., Hauser, S. L., Longo, D. L. 1., Jameson, J. L., & Loscalzo, J. (2015). Harrison’s principles of internal medicine (19th edition.). New York: McGraw Hill Education.
  2. Llovet, J.M., Fuster, J. and Bruix, J. (2004), The Barcelona approach: Diagnosis, staging, and treatment of hepatocellular carcinoma. Liver Transpl, 10: S115-S120. 
  3. 衛福部公布:我肝移植成功率逾八成高雄長庚雙冠王
  4. https://hospital.uillinois.edu/primary-and-specialty-care/transplantation-program/liver-transplantation/your-liver-transplant-options/cadaver-liver-transplant
  5. Clavien, PA., Dutkowski, P., Mueller, M. et al. Transplantation of a human liver following 3 days of ex situ normothermic preservation. Nat Biotechnol (2022).

Charlotte 熊_96
5 篇文章 ・ 5 位粉絲
著迷於世界的多彩,也希望帶給人對生命的熱愛。現任美國愛因斯坦醫學中心小兒科住院醫師,畢業於台大醫學系。目前最希望成為小兒心臟科醫師,也沒忘從高中就想去無國界醫生當臨時醫師的夢想。 https://www.instagram.com/charlottethesunbear/

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器官移植里程碑!豬心移植成功了,然後呢?
TingWei
・2022/02/13 ・4185字 ・閱讀時間約 8 分鐘

2022/3/10 更新: 雖然本次案例中的豬心移植並未發生超級排斥反應,可謂跨過一大門檻。有了豬心,甚至讓貝內特得以回家與家人共度時光。但在進行手術兩個月後,他的病情仍舊惡化,近日報導傳出貝內特於 2022 年 3 月 8 日死亡。 目前確切的死因仍舊不明,尚待團隊發表調查結果。

新聞連結:https://www.bbc.com/news/health-60681493

2022 年 1 月,COVID-19 疫情陰影之下,器官移植的技術翻過了重大的一頁。美國馬里蘭大學宣布完成首例基改豬心移植人體的手術,至目前為止,患者尚未出現排斥現象,也創下心臟「異種移植」(Xenotransplantation)在人類身上成功的首例。

救人性命的「器官移植」面臨哪些挑戰?

細胞、組織、器官、系統,這是我們在學習人體構造的時候就耳熟能詳的層級概念。如果將動物體視作一個密切協作的機械,那麼各個器官就會像是其中的關鍵零件:心臟主要輸送血液到全身上下,肺臟從事氣體交換,腎臟將血液的雜質濾出製成尿液,肝臟則主司代謝調控身體中的各種物質。這些器官只要有一個失去功能,就會導致生物體的死亡。但既然是「零件」,現今的醫學已經可以在一定的程度上做到「更換零件」,讓生命延續下去──也就是「器官移植」。

圖/Pexels

在台灣,自從 1968 年台大醫學院李俊仁教授完成亞洲第一例活體腎臟移植手術,開啟器官移植的新頁迄今,器官的捐贈與移植已經一路擴展到心臟、肺臟、肝臟、胰臟、腸。雖然我們將器官移植比喻為換零件,然而實質上器官移植所要克服的難關,遠比機械換零件要嚴苛、複雜許多。

首先第一道難關,就是「器官排斥」。人體的免疫系統會辨識外來物質。在大多數的情況下,這些外來物屬於會讓身體生病的「病原體」,而免疫系統的工作便是不管是細菌、病毒、寄生蟲,一律加以攻擊,避免進一步感染。因此,移植時放入的器官,也會被免疫系統視作「外來物」攻擊。這樣的反應,就是一般所說的「移植排斥」(transplant rejection)或是器官排斥。

一般來說,器官移植之前,會進行幾項配對檢測,包括 ABO 血型、組織抗原(major histocompatibility complex,MHC)交叉試驗,以盡可能找到合適的配對、減少免疫反應發生的機率與嚴重程度 [註1]。而即使經過這些配對檢測,器官的受贈者也需終身服用「抗排斥藥物」免疫抑制劑,抑制原有的免疫反應,在器官排斥與外來感染間取得平衡。

此外,器官移植的另一道難關,就是如何取得合適的器官。隨著器官移植的技術發展,肝臟與腎臟尚有機會接受活體捐贈,但如心臟等器官,卻必須來自腦死判定的捐贈者,數量稀少且不穩定。以台灣 2020 年統計,共有 79 例心臟捐贈,然而全台等待移植者接近 200 人,許多患者只能坐等時間流逝,寄望大愛的遺贈能有機會降臨,拯救自己一命。

捐贈的器官不夠,以至於許多病人在等待的過程中逐步邁向死亡,這也是為什麼人們把腦筋動到其他動物身上,尤其是豬。

使用豬作為器官來源有哪些缺優點?

事實上,異種移植完全不是什麼新概念,人類利用動物製劑作為醫療材料已經超過百年。早在 1930 年代,我們就使用豬胰島素治療糖尿病;而使用豬的心臟瓣膜來修補瓣膜出現問題的人心,也已經有幾十年的歷史。然而,如前面所述,人與人之間的器官尚且有排斥的情況,更何況來自豬或者狒狒的器官,其表面的組織抗原跟人體差異更大,排斥反應會更劇烈、更難以抑制。

可是,使用豬隻作為器官來源,仍有許多優點。靈長類動物(如黑猩猩或狒狒)與人的親緣較為接近,但其飼養與繁殖相對於豬困難許多,而且靈長類多為保育類,存在更多倫理上的限制。此外,豬在生理與解剖結構上與人類足夠接近,扣除排斥的問題,豬隻的器官相當有機會勝任維繫人體功能的角色。

豬在生理與解剖結構上與人類接近,其器官有機會勝任維繫人體功能的角色。圖/Pexels

因此,長久以來豬隻基因改造(genetic modification, GM)的一個重要議題,就是如何使其更「人類化」,以避免排斥 [註2]。隨著對基因體表現的瞭解逐年深入,加上近十年來 CRISPR 技術發展,因應器官移植需求而打造的「基因編輯豬」,從科幻構想,一躍而成為發展中的現實。

使用 CRISPR-Cas9 培育出基因改造豬,登上 2017 年《Science》封面。圖/《Science》

現階段,有許多團隊都在發展供器官移植的基因改造豬,除了聯合治療公司(United Therapeutics)以外,還包括 eGenesis 研發的無豬內源性反轉錄病毒(PERV)豬、紐西蘭 NZeno 的迷你豬等,或許還有更多尚未浮現檯面的團隊。

第一例豬心移植可以告訴我們的事

2022 年 1 月 7 日,57 歲的大衛.貝內特(David Bennett)在馬里蘭大學醫學中心(UMMC)成功獲移植了一顆經基因改造的豬心,這顆豬心來自聯合治療公司旗下的生技公司 Revivicor 的基因改造豬。這個系列的基因改造豬有 10 個基因位點經過改造,其中剔除了 3 個豬原有的基因,以免引發人體免疫反應,然後加入 6 個人類基因,讓身體願意接受外來器官,最後一個改造則讓豬心不會對生長激素持續反應,讓心臟可以維持在人體所需的大小。

在此之前(2021 年),紐約大學朗格尼醫學中心(NYU Langone Medical Center)曾將同系列豬隻的腎臟接到兩位已被判定腦死的病人身上,確認了豬腎可以在人身上運作,不但沒有發生排斥反應,而且代謝運作良好。相關研究人員曾進一步向美國 FDA 申請進行豬心的臨床試驗,但是遭到駁回。根據馬里蘭大學醫學中心移植小組外科醫師曼蘇爾.莫希丁(Muhammad Mohiuddin)的說法,團隊被要求先完成 10 次豬心移植到狒狒身上的實驗,才可以進一步進行人體試驗。以靈長類動物如狒狒作為移植模型,以瞭解潛在的副作用與改進之道,是這類研究常見的作法。2000 年國際心肺移植學會(ISHLT)曾提出綱要,認為接受移植的靈長類動物需有 60% 存活超過 3 個月,存活個體至少 10 隻,且顯然有機會繼續活下去,才能考慮進入臨床試驗。

然而,貝內特的特殊狀況讓此次的豬心移植成為可能。貝內特患有心律不整,無法外接機械式的心臟輔助裝置,加上有過不遵醫囑的醫療紀錄,使其獲准得到心臟的機會微乎極微 [註3]。而貝內特的心臟狀況若不移植就只能等死,因此 FDA 特別通過了本次的豬心使用。貝內特獲得的是死中求生的機會,而對研究人員來說,則是獲得了豬心在人類患者身上如何運作的臨床資料。

使用靈長類動物進行研究一舉,讓科學家獲得許多異種移植的重要資訊,比如從針對狒狒的研究中,獲得了不少異種移植的用藥資訊,更發現早期接受移植的狒狒,都由於豬心快速生長而死亡。然而,許多研究人員或許已經非常期待將動物實驗逐步轉向臨床,因為將豬心放到健康狒狒身上所得到的數據,仍與重病纏身的人類有很大的不同。無論是免疫或藥理方面,研究人員當然更希望獲得與人體有直接關聯的資訊。

豬心移植創下先河,進入臨床仍待研究

然而,要看到豬隻的器官正式被納入臨床移植使用,恐怕還有許多問題有待釐清。這些問題包括(但不限於)使用異種器官潛藏的感染風險,縱使這些基因改造豬可以被養在高規格的飼養環境,避開一般豬隻帶有的病毒與細菌,豬隻基因體內的「內源病毒」對人體的風險仍有待釐清 [註4]。即使豬隻經過多種基因編輯,並且順利熬過異種移植的急性排斥期後,是否還有潛在的問題需要克服,目前尚無人得以逆料。

圖/Science

此外,隨著醫療設備近二十年的發展,使用血液透析(替代腎臟)或機械輔助設備協助血液運行(替代心臟)的方法亦越來越常見。或許,在等待豬心獲得臨床認可,加入器官庫的行列的同時,醫學技術亦會有所發展,使得器官需求不再如今日這般迫切。由於腎臟或肝臟可由活體移植、不似心臟需求極端迫切;因此肝腎兩者的異種移植研發進展或許將較為緩慢。目前,豬隻的器官移植還處在動物實驗的階段,尚未步入臨床,在人體的研究資料尚且闕如的情況下,相關單位應如何考量患者需求、判斷移植風險,亦將成為倫理與制度需要克服之一大考驗。

醫療技術進展,本就來自於在各種未知中承擔風險、勇敢做出前人未曾做過的事。我們感念這其中的各種參與者,不管是技術研發人員、受試者或是醫師的參與,也希望未來在器官移植的領域,能有更多的好消息,讓那些苦苦等待的人們,盡早獲得救贖。

註解

  1. 器官移植的排斥反應通常分成超急排斥反應(hyperacute rejection),發生在器官接上血管後的數分鐘到數小時內;急性排斥反應(acute rejection),發生在數周到一年內;慢性排斥反應(chronic rejeaction),發生在移植數月甚至數年之後。因此貝內特此案例之「成功」僅代表現階段並未發生排斥反應,且豬心基本上可在人體運作,未來是否可能發生慢性排斥反應尚未可知。
  2. 異種移植的排斥反應通常更劇烈也更複雜。
  3. 器官移植排序的規定各國、各州不同,有些地方的規範會考量患者遵循醫囑的程度或求生意志等。臺灣的規範可見財團法人器官捐贈移植登錄中心 – 附表(各器官分配辦法) 
  4. 2017 年已有團隊培育出內源病毒去活化的豬寶寶(詳見:豬隻器官移植新突破:CRISPR技術攻破了「豬內源病毒」的瑪利亞之牆!),但本次的移植豬心應無經過相關的處理。

參考資料

  1. 醫學與倫理:美國首例豬心器官移植面臨的三大倫理爭議 – BBC News 中文
  2. 全球首例!豬心移植人體手術完成,可望解決器官短缺問題 – INSIDE
  3. First pig-to-human heart transplant: what can scientists learn? (nature.com)
  4. In a First, Man Receives a Heart From a Genetically Altered Pig – The New York Times (nytimes.com)
  5. 豬腎成功移植人體,異種移植會成為救命稻草嗎? | GeneOnline News
  6. 《基因編輯大革命》: 「基因編輯豬」是器官移植新希望? The News Lens 關鍵評論網
  7. 豬隻器官移植新突破:CRISPR技術攻破了「豬內源病毒」的瑪利亞之牆! – PanSci 泛科學
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TingWei
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據說一生科科的生科中人,不務正業嗜好以書櫃堆滿房間,努力養活雙貓為近期的主要人生目標。

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拋開世俗枷鎖的科學先驅者:《科學詭案調查局》導讀——2021 台積電盃 青年尬科學/「科普書籍閱讀寫作競賽」優選導讀文
青年尬科學_96
・2021/12/26 ・2145字 ・閱讀時間約 4 分鐘

台積電盃青年尬科學」是臺灣大學科學教育發展中心於 2012 年主辦「青年尬科學」競賽,自 2013 年起獲得台積電文教基金會贊助。期望藉由競賽提升 15 至 18 歲、國三到高三青年的科普表達能力。

本文為 2021 台積電盃青年尬科學/「科普書籍閱讀寫作競賽」優選導讀文,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

  • 撰文:呂宇迪|國立師大附中

世界上總存在著一些想法,過於創新,在我們眼中難以理解。但不可否認,有許多我們早就習以為常的科學觀念,在當時的時空背景下,竟與世俗觀念相違背,並遭受唾棄。那麼換個角度想,有沒有可能現在我們不屑一顧、充滿爭議的研究主題,也將在未來成為普遍且廣被接受的理論呢?

华沙, 尼古拉斯·哥白尼, 纪念碑, 雕塑, 贝特尔·托瓦尔森
哥白尼臨終前發表了《天體運行論》,被當時的神學勢力斥為異端邪說,卻被後世認為是現代天文學的起點。圖/Pixabay

與死亡相伴,在倫理的邊界工作——法醫

本書作者曾提到:基於自身的好奇心,她到了全美最大的法醫事務局,參加一場凶殺調查的專題研討會,並參觀了許多屍體解剖檢查的經驗。在這之中,迎面而來的屍臭和慘不忍睹的屍體令她印象深刻,卻也驚恐萬分,但反觀同行的法醫卻表現得冷靜又深思熟慮,即便是旁人看來再噁心的事情,也不曾見他們皺一下眉頭,彷若清楚地知曉如何善盡自己的工作義務,就是查清屍體的死因為何。這使我想起文藝復興時的藝術家與科學家,在宗教明文禁止的情況下,仍然秘密進行不為人知的屍體解剖,只為一探在當時不被神學接受的人體內部構造。看似違背當代的規範,卻為後世留下不朽的曠世巨作和醫學基礎。

在埃及、瑪雅等許多傳統習俗中,會在死者去世後保留其屍體,不僅僅是因為宗教,也表達了生者對於亡者的懷念。也有如同西藏的天葬,他們認為人死了就應該回歸大自然,讓禿鷹啃食屍體。儘管不同宗教、習俗在對待逝者有不同的方法,但無非都是為了緬懷祂們,並祈求亡者的靈魂在死後也能受到完善的對待。

傳統的中華文化是屬於在下葬前讓屍體保持完整的那一類,因此,許多人對屍體解剖還是充滿著恐懼與不解。我們往往認為法醫和科學家解剖屍體的行為是在褻瀆死者。但在我看來,他們非但沒有對死者不敬,反而還使死者的生命得以安息。試想,若不是為了查明凶殺案的原委,還死者與家屬公道,有誰願意每天在衣服上染下不可抹滅的鮮紅刻印?若不是為了查清難以辨認的疾病,給予生者與亡者真相,有誰願意每日沉浸在福馬林的刺鼻味中,用區區肉身遺留的線索去探索死者生前的故事?假使有天,意外驟降在我們身上,離去之際,竟有人認真尋找我們生命終結的原因,用真相給予摯愛的家人們接受的動力,那麼其實法醫與科學家並非褻瀆死者,而是最尊重死者的一群,是最撫慰人心的一類。

更換了身體後,我還是同個人嗎?——器官移植技術

另一則故事是一位叫卡納維洛的神經外科醫師,取得脊髓性肌肉萎縮症的病患之同意後,想要進行頭部移植手術,雖然手術過程困難重重,至今仍無法進行,但卡納維洛和他的團隊在前幾年成功移植了死者的頭顱,為這項不可能的任務帶來一絲希望。但這項挑戰無異於開啟了禁忌的大門,也引起了許多爭議。贊成的人認為腦部移植與其他的器官移植無異,都能拯救生命,卻慘遭世俗的批評。反對者不乏宗教團體和學術機構,他們認為此已完全違反了倫理道德。長久以來,器官移植飽受爭議,不僅僅是因為手術風險高,更是因為觸犯了人體禁忌。試想,當我們看到至親至愛的四肢或器官在他人身上,就足以令人感到難受和思念,更遑論頭部移植?況且,接受頭部移植的人,是否還能保有原來的自我意識呢?

外科手术, 捐助者, 移植
器官移植雖能拯救生命,但也挑動著倫理道德的底線。圖/Pixabay

科學發展和傳統倫理道德本就相互牴觸,傳統倫理總會因科學發展而更新,但若科學發展太過迅速,又會受到倫理道德的牽制。當年哥白尼提出日心說,雖被視為異端,慘遭迫害,但卻在百年後成為探索宇宙的基本常識。曾經有人質疑蘋果手機,但它卻變為人們不可或缺的生活物品。由此可知,人們總是趨於待在舒適圈,並對不可思議、超乎常理的想法感到疑慮,殊不知所謂的舒適圈,或許也是前人們眼中「超乎常理」的事物所發展成的。但現實層面中,科學進展也常與傳統倫理道德產生衝突,就如同自駕車若發生事故,誰要負責?乘客?或是汽車公司?抑或是立法讓自駕車上路的政府?也因此,究竟是科學的發展太過新穎,還是傳統的倫理道德太過陳舊?我想,每個人心中都應有一把尺,時時刻刻尋找著兩者之間的平衡點。


作品評語

敘述通順,並將主題類推為科學與倫理間的衝突,觸及不少延伸議題,是很好的嘗試。


  • 書名:科學詭案調查局:離奇現象與噁爛實驗的科學研究報告
  • 作者:艾莉卡・恩格豪伯(Erika Engelhaupt)
  • 譯者:姚若潔
  • 出版社:大石國際文化
  • 出版年:2020
青年尬科學_96
9 篇文章 ・ 2 位粉絲
「台積電盃青年尬科學」是為提升高中生科學素養與表達能力的全國性競賽,自2013年起獲得台積電文教基金會贊助。 「科普書籍閱讀寫作競賽」:閱讀科普好書並撰寫導讀文。 「科學創意表達競賽」:撰寫科學影片報告並重新演示影片中的知識。