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禽流感知多少?禽流感的偵測、防治與全球大流行前的準備

科學月刊_96
・2016/02/26 ・8618字 ・閱讀時間約 17 分鐘 ・SR值 683 ・十一年級

金傳春/臺大公共衛生學院流行病與預防醫學研究所教授與臺灣公共衛生促進協會顧問,致力於病毒傳染病的流行與防疫政策研究,為本文通訊作者。

  • 曾子容/輔仁大學醫學院公共衛生學系
  • 萬灼華、施浩榆/臺大獸醫專業學院獸醫學系
  • 顧家綺/臺大醫學院免疫學研究所
  • 黃昭瑜/臺大公共衛生學院流行病與預防醫學研究所
  • 顏慕庸/臺北市立聯合醫院傳染病防治部
  • 李昌駿/中央研究院基因體研究中心
Source: imtv

禽流感病毒的亞型很多,但影響人類的感染與流行仍是少數的亞型。所以本文針對影響人感染與在臺灣、亞洲其他地區流行的四種重要禽流感亞型病毒,詳述其臨床病徵與病患處置、在動物衛生與公共衛生的防治作為及全球大流行前的準備,特偏重各環節的偵測工作與衛生教育。

禽流感在人的臨床病徵、傳播途徑與病患處置

禽流感在人的臨床病徵極似人流感,因此流行病學調查危險因子相當重要。臺北市衛生局多年推動流行病學調查必問TOCC,包括旅遊史(travel, T)、職業相關暴露史(occupation, O)、接觸史(contact, C)及患者家中或工作地或學校或其他曾去處是否有群聚病例(clusters, C),以提升醫療照顧者與公共衛生從業員對禽流感防疫的警覺性。

一、H5N1亞型禽流感病毒

H5N1禽流感病毒至今仍是有限性的人傳人,患者多具有家禽接觸史,潛伏期2~5天,臨床表徵中,約有七成會有發燒、咳嗽現象,且超過五成感染者伴隨呼吸急促,少數有黃痰、疲倦、肌肉關節酸痛、嘔吐、腹瀉情形,另約六成人感染H5N1者的肝指數呈現異常,嚴重者合併肺炎、肺出血、腎衰竭與敗血症休克等多重併發症而致死。

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二、H9N2亞型禽流感病毒

1999年香港發生H9N2兩人病例,家禽是感染源,推測為禽傳人之接觸感染,臨床症狀有發燒、嘔吐、喉嚨及頭痛,輕症者為結膜炎及類流感症狀,在2003及2013年均有零星病例。

三、中國H7N9亞型禽流感病毒

H7N9亞型禽流感病毒的潛伏期約1~10天,約七成感染者有家禽接觸史或出入活禽市場,人類的傳染途徑主要經由吸入或接觸而感染,臨床表徵有高燒、咳嗽,重症者會因細胞激素風暴(cytokinestorm)致全身炎症反應(systemic inflammatory response syndrome),出現嚴重呼吸衰竭、肺炎,進展為急性呼吸窘迫症候群、敗血性休克,甚至多重器官功能障礙, 部分患者出現縱膈腔氣腫(mediastinal emphysema)、肋膜積液等。併發肺炎個案之胸部影像學表現呈片狀影像、雙肺多發性毛玻璃狀(ground glass opacity)及肺實質化(consolidation)影像。

四、臺灣H6N1亞型禽流感病毒

H6N1亞型禽流感病毒在臺已在地化四十餘年。主由接觸、環境暴露而感染,全球唯一報告人類感染H6N1病例是在臺灣的一位20歲女患者出現發燒、咳嗽、呼吸急促、頭痛及肌肉痠痛等症狀。回溯其病毒可能來源之接觸史,並無流行病學上的直接證據。因此,此病人如何感染H6N1禽流感病毒尚無定論。

五、禽流感病毒病患之處置

將病患安置在通風良好(換氣率≧每小時12次)的病房(空氣傳染隔離病房)或負壓隔離病房,並持續保持隔離、採用標準防護措施,非必要醫療行為時,勿開房門,其房內擺設不應有毛毯等易附著病毒之物品,設置專屬洗手臺及衛浴設備,限制進入病房診治照護之醫療人員總數。運送病人過程中,須採高規格生物安全規範,降低院內感染與傳播。

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Source: epochtimes

動物衛生與公共衛生防疫政策與作為

一、動物衛生的防疫作為

(一)禽流感病毒在禽類的臨床表徵、不顯性感染與防疫困難處

對臺灣公共衛生威脅最大的H7N9禽流感病毒,於2013年2月底自中國上海病人中首次分離,該病毒是三方組合的新病毒水禽的H7和N9亞型病毒各提供HA與NA基因及源於雞的H9N2亞型病毒提供內部的六段基因。H7N9禽流感病毒在雞隻的感染,大多呈現不明顯的臨床表徵,因此屬於「低」致病性禽流感病毒,造成H7N9病毒在禽類預防及控制上極大困難。

另H7N9病毒感染哺乳類雪貂為模式研究,顯示雪貂可藉由直接接觸和空氣傳播兩方式散播H7N9病毒,其中直接接觸的散佈效果較強,雪貂感染此病毒三天內,病癥尚不明顯時,體內的病毒量已達高峰而呈有效散佈。病理解剖分析知病毒主要感染的部位包括上、下呼吸道及淋巴結,此和患者的病癥雷同。鑒於此結果,若是未來此H7N9病毒適應人群,而能在人體內有效率的增殖並傳播,大規模的人傳人群聚感染將無可避免,再加上病毒在明顯病癥發生之「前」即可散佈,致病患無法即時隔離,因此不能有效防止病毒擴散。

雪貂 Source: newsmarket

其他亞型的高致病性禽流感病毒,包括香港與中國大陸的H5N1、荷蘭的H7N7、加拿大H7N3、墨西哥的H5N2及最近兩年在韓國、日本、德國、英國、荷蘭、美國流行的新型H5N8與新型H5N2病毒(HA蛋白屬於2.3.4.4演化分群),均會造成禽類的嚴重病癥(雞群與鵝群的快速致死),不容忽視。

(二)禽流感病毒在禽類的傳播

禽流感病毒持續不斷在世界各地禽類演化、變異與流竄,不僅帶來生態衝擊,每年數以萬計的雞鴨因感染禽流感,造成禽相關產業的重大損失,尤其是高致病性禽流感病毒致陸禽大量死亡,造成經濟財政的一大負擔;另去年流行的H5演化分支2.3.4.4禽流感病毒在健康鴨鵝仍有傳染性。因此,禽流感防疫仍需更多積極防治作為。

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禽流感病毒主要是經由帶原動物與飼養禽直接的接觸或經由糞便、灰塵等帶病毒介質的間接接觸飼養禽而傳播,因此,為避免病毒在密集飼養的雞或鴨群中傳播,透過空間的隔離阻隔外來病毒進入與生物安全的嚴格要求,避免眷養與野生禽類直接接觸以及其糞便、羽毛等風險物掉進飼養環境而再持續傳播。此外,人員、物流、器械的進出和流向也應管制消毒。飼養環境的衛生十分重要,包括場地消毒、水盆及飼料盆的清潔等,定時且嚴格進行消毒程序,將可大大降低病原滋生、傳播的風險。

(三)禽流感病毒在禽類的偵測

許多禽流感病毒在農場的感染率較活禽市場為低,因此活禽市場提供病毒複製增生和基因突變、基因重組的絕佳環境,而利於H7N9傳播。由於H7N9在禽類感染後的病癥通常不明顯,導致偵測上極大困難,無法以病禽的外觀或活動情形做即時的正確判斷或猜測,所以只能仰賴實驗檢驗法,並配合世界動物衛生組織(World Organization for Animal Health, OIE)及國際糧農組織全球流感監測網(OIE/FAO global Network of expertise on influenza, OFFLU)的建議以推動「整合監測」(integrated surveillance)。

國內層面,對全國養禽場應例行性進行廣泛主動偵測,此尤須產界、學界(包括獸醫診斷)及政府三方攜手合作、互通資訊有無,應鼓勵禽農盡早誠實地向政府單位及相關研究機構報告疑似病例,政府也應立即採檢、公布診斷結果,並與學界共同指導禽農,採取正確的防疫措施。當某地區爆發禽流感疫情時,應立即將所有禽類(包括已感染、可能感染及曾與病禽有接觸史的鳥禽)撲殺,並請相關單位迅速採檢。為了確實執行,獸醫必須與當地的養禽協會合作,以確保能最即時地圍堵病毒、防止擴散。目前常見的問題是通報過晚或於周末通報,致檢驗人力不足,待檢驗結果確定才採取防堵,如此病毒恐早已迅速擴散,難提升防疫效能。我國過去較注重陸禽的防疫,所以水禽的禽農在此波流行受創甚鉅,再三彰顯水禽禽農的防疫教育有待加強。

Source: huaxia

臺灣四面環海,且位處候鳥(尤指水禽)過境之地,可為禽流感病毒建立一個良好的基因池(gene pool),即為禽流感病毒基因重組提供重要的病毒資訊。因此,長期於候鳥棲地的禽流感病毒監測,可知悉在於臺灣背景環境中的病毒基因圖譜(gene spectrum),於禽流感疫情爆發初期,即可分辨病毒來源為本地原生、境外引入或是重組病毒。

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由於臺灣的特殊地形,致活禽運輸線幾近成環狀,因此,每當禽類發生大規模禽流感疫情時,易演變成一發不可收拾。然禽生長環境的衛生條件低,致禽流感病毒在環境落地生根,新進入乾淨的禽類也易成為禽流感病毒持續演化的驅動力。

國際層面,據世界動物衛生組織的準則,強化「早期偵測」是最佳策略,在2014~2015年新型H5N8與H5N2跨國流行,國際合作野鳥偵測的呼聲更高若我國農方盡早公布H5病毒基因序列,可加速國內風險評估與國際合作。

(四)禽流感病毒在哺乳動物的監測

目前禽流感H5N1病毒可感染虎、印尼貓及豬等等哺乳類動物,由此,一旦禽流感的疫情擴大,在重要哺乳類動物(豬、狗等)的偵測極為重要,若剛開始不知感染幅度時,可先著手血清偵測(serological surveillance),遇到血清抗體盛行率高的動物,應進行病毒偵測與臨床偵測,臨床偵測應採用症候群偵測,症候群的發病數增加時,再與病毒偵測相串聯。

2014年臺灣大學獸醫系學者自臺灣的狗分離得禽流感H6N1病毒(A/canine/Taiwan/E01/2014),且發現其PB2的627位點有適應哺乳動物的氨基酸(627K),又在狗身上測得此H6N1病毒陽性抗體,此結果與中國大陸高福院士研究群以HA蛋白結構分析,發現臺灣的禽流感H6N1病毒在與宿主受體結合(receptor binding site)上,有自早期嗜禽而近幾年轉變為較傾向哺乳動物,是相一致的結論。

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(五)國際動物檢疫

為避免病毒跨國傳播,海關的檢疫甚為重要,包括人、活體動物,甚至是肉品、禽蛋,平日必須抽樣檢驗,一旦發現任何異狀,須迅速通報處理。

(六)禽流感病毒在禽類的疫苗

在禽類流行初期,及早偵測與撲殺後,若對於周遭方圓內的禽場進行禽流感病毒環狀疫苗施打,增加疫苗覆蓋率,可提高動物對病毒的抵抗性,同時降低病毒大幅散播。目前最普遍的策略是利用疫苗的交叉保護力,為動物施打過去曾使用而達一定成效的疫苗,儘管這類疫苗內的病毒株往往不與現況流行的病毒株相符,但因這些病毒表面上有相似的抗原,因此可以引發動物對數種不同但相似的禽流感病毒產生抗體力價,進而達到保護效果,如H7N3疫苗,不但保護動物免於H7N3的感染,對H7N1也有一定的保護力,藉此達交叉保護的效果,或降低病毒從已感染個體向外傳播的機率。

然疫情波及面過大時,若疫苗涵蓋率未達百分之百及抗體免疫力低時,反會促使病毒變異,禽流感生態學家一致堅決反對在高致病性禽流感流行後於禽類施打疫苗的作法,如日本北海道大學人畜共通傳染病控制中心主任喜田宏教授(Hiroshi Kida)於2014年11月在臺灣家畜衛生試驗所召開「家禽流行性感冒預防與控制」國際研討會中再三反對疫苗防治禽流感,而呼籲強化「早期偵測」與對高致病性禽流感病毒全面撲殺。

Source: v.china.com.cn

二、禽流感病毒在人禽介面的傳播、偵測與防治

(一)禽流感病毒在人禽介面的傳播

H5N1禽流感病毒至今僅有局部性的人傳人。至目前,H7N9尚未適應人類,人傳人的感染病例十分侷限,且人感染H7N9的病例,有近75%以上的患者均有接觸禽類暴露史,而在中國大陸,活禽市場為主要的感染源,研究顯示,即使患者沒有直接接觸到禽,人暴露於活禽市場環境會提高感染H7N9的風險,因此,活禽市場的禽密度成為禽流感病毒是否會在人群中大流行的預測指標;此外,活禽市場收容各地不同來源的禽類,帶來不同亞型的禽流感病毒,致使禽流感病毒能彼此交換遺傳訊息,造成基因重組,提高病毒的流行潛力,因此關閉活禽市場是圍堵當地H7N9持續擴散的有效防疫作為;然而有些禽農因此將禽轉運至他地販賣,助長禽流感病毒的跨地散播。

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另方面,鳴鳥(songbird)和鸚鵡也是禽流感病毒的潛在傳播者,許多家庭會飼養這類禽鳥當寵物,公園等公眾場所也時而可見,這些鳥類和人類若發生密切接觸,將提升對人的感染威脅。如雀科內的十姊妹(society finch)、麻雀以及鸚鵡科的鳥類,在感染H7N9後的四到六天會開始散播高濃度的病毒,當下可能沒有病徵或非常不明顯,於是這些禽類可帶著H7N9病毒繼續活動,並持續感染更多禽鳥。因此,阻擋家中飼養的禽鳥接觸外界的野生鳥是最重要的防疫作為。而傳統信仰的放生儀式,也需防範可能經由親密接觸鳥的臉與嘴而感染。

(二)禽流感病毒在人群的偵測

越來越多新型流感病毒的全球人病例,警示其本質為人畜共通傳染病原。但預測禽流感病毒是否有跨越宿主而感染人類的能力,必須在病毒源頭(禽類宿主)進行病毒監測,馬上公布病毒的氨基酸序列,經分析病毒所帶的分子標記及動物實驗進行風險評估。自2015年暑至2016年元月底,尚未見我國農方的每月不同禽種的H5禽流感病毒之氨基酸序列快速公布,甚難及時進行對人的公共衛生風險評估。人類症候群監測方面,經由呼吸道症狀監測搭配病毒培養,易提早偵測到新型流感病毒,如2013年臺灣感染H6N1禽流感病毒的病例。

綜言之,常規化的禽/人流感病毒與氣候因子環境的臨床、病毒、血清抗體與環境的四方面整合性監測(integrated surveillance),此與世界衛生組織與世界動物組織近年提出「整合健康」(one health)的概念相同,即人畜共通傳染病,必須一開始自偵測到其他種種防疫作為是整合考慮人、動物與環境三方面齊頭並進,期達防疫最大成效。過去法國細菌學家巴斯德推動狂犬病防疫時,即紮根此觀念。因此,如平日即有雞鴨蛋的產量數,一旦發現其降低或禽類的病癥數有異常時,即可採檢,並進行及時防疫,以減低後續傷害,也才能達到料敵機先、決戰病毒於人類之外,緩和後續禽流感對於人類健康、社會及經濟上衝擊。

(三)阻斷傳播與衛生教育

飛沫傳染的防護措施

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患者一旦出現類流感症狀,即應戴口罩,如病情嚴重時,應依照醫院標準作業流程處理,並立即送進有負壓設備的隔離空間,醫護人員應配戴N-95口罩連同頭罩、護目鏡、隔離衣及手套。每日需以次氯酸鈉溶液實施環境消毒,清洗及消毒設備。

醫護人員應具高度警覺心,隨時察看自身或家人是否出現發燒和嚴重急性呼吸系統綜合症的症狀。如發現症狀,應立即通知醫院與公共衛生單位旅遊史職業接觸史即是否曾打流感疫苗,確診有症狀的患者在探明疫情之前應當妥善隔離,直到潛伏期結束。

Source: asianews it

接觸傳染的防護措施

新型A型流感的因素雖有多種可能,但多數病例顯示活禽接觸史為一重要關鍵,因此活禽市場在禽流感病毒傳播上扮演之重要角色,而我國政府已在2013年5月起,禁止在傳統市場內屠宰活禽,對阻斷禽流感病毒傳染人的貢獻很大。

接觸傳染的波及面更大,因此個人防護的清潔工作也相當重要,正確的手部清潔可以減少流感和急性呼吸道感染的傳播,醫界習以「內外夾攻大力丸」之口訣提醒洗手之重點部位。由於污染的微生物可在手上存活30分鐘至數小時,並藉由手接觸傳染他人,因此在進食前、處理食物前、進出公共場所後、處理廚餘及廢棄物後、出外返家後等進行手部的清潔,在人潮眾多的廣場或公園建立公共洗手臺並設置手部消毒殺菌劑,並評估其降低流感傳播的成效。

空氣傳染的防護措施

流感病毒主經由咳嗽或打噴嚏等飛沫傳染,尤在擁擠、封閉空間內(如飛機內部、卡拉OK娛樂場所、密閉教室),藉由唾液飛沫傳染。因此,航空旅客在流感新病毒株的跨國跨地傳播中扮演相當重要的角色。世界衛生組織建議在流行期間,延遲前往流感盛行地的非必要旅行。

以衛生教育認知、態度與行為(knowledge, attitude, practice, KAP)分析,雖大多數乘客對流感有基本認知,但尚欠缺正確的態度和預防行為。因此,航空公司應推動流感預防策略以維護乘客健康。作法有:(1)當旅客進入登機口,分發口罩給乘客;(2)座椅後背放置口罩;(3)或分發消毒紙巾或提供洗手液給乘客。研究發現旅客在出發前較少尋求旅遊健康建議,目前我國已有旅遊門診,未來可強化流感流行季前家庭醫師、門診醫師相互配合、共同圍堵。

綜言之,學校應實施健康教育的政策溝通與強調預防措施、醫療人員可考慮參與強調預防和健康促進的活動及航空公司應將流感的預防措施納入空服員培訓的教育內容。

(四)抗病毒藥物

一旦病患出現類流感症狀,經檢測確定為流感病毒但又非H1N1及H3N2的型別時,應合理懷疑患者感染「新型」流感病毒或禽流感病毒(如2013年人類H6N1禽流感的經驗),以盡早對病患施予抗病毒藥物(如克流感)。如2009年新型流感H1N1病毒流行時的克流感角色,目前我國衛生單位已儲備克流感與瑞樂沙等對抗流感之藥物,以因應未來的新型流感流行,此為群聚圍堵策略。

Source: HC360

(五)疫苗預防

由於禽流感H5與H7病毒目前尚無大量的人傳人現象,致其造成全球流行的機率仍低,所以世衛組織的準備工作,是針對高度疫情國及高風險國的禽畜業者高危險族群,進行人用疫苗臨床試驗,亦有國家已大量儲存人用禽流感疫苗。

在人方面,我國季節性流感疫苗的免費施打族群,包含禽畜業者,以降低不同宿主的流感病毒之基因重組,另涵蓋老人、小孩、孕婦、第一線工作人員。在2014年時加入50~64歲高風險慢性病患接種流感疫苗,以減低其感染流感後惡化原有之前驅疾病。

(六)風險溝通

預防和治療傳染病的失敗可能會導致社會巨大衝擊。據估計,全球每年有超過700萬人死於流感,幾乎等於全世界總人口的千分之一。然而,如不能有效控制及預防流感,死亡人數可能更高。因此,各國政府應努力提升流感控制的效率。

風險溝通為「人與人交流之間,有關風險或潛在風險對人類健康或環境團體和機構的信息和意見的互動過程」。風險溝通與公共衛生、環境安全和醫療行為均有密切關聯,成為醫療保健的樞紐。對潛伏期短而傳染率高的流感病毒,風險溝通的成效越高,提早供應即時性的疫訊而告知民眾與決策者,敦促相關人員行為改變,降低感染或發病機率。至今禽流感病毒的風險溝通最大障礙在忽視「低」致病性禽流感病毒的風險。

政府和個人之間的良好信任關係將增疫苗接種的意願,而達防止疾病擴散的目標。過去臺灣研究發現流感的資訊來源,可信度較高的是來自醫護人員,若新型流感發生流行時,醫護人員對禽流感的認識及預防措施,將對民間的防治作為發揮很大的作用。因此,對於政府及醫療機構方面的流感防治需考慮下列三種面向:(1)以誠實和公開的方式,告知流感最新疫訊、接種疫苗可能的副作用與相關信息;(2)參考民間意見,傳達完整及易懂的流感相關資料;及(3)整合各種訊息渠道,經媒體發佈可靠信息,提升政府與醫療機構的公信力。

(七)全球大流行前的準備

為增旅客的知識,政府機構與旅行社、航空公司合作,鼓勵旅行社或航空公司分發流感或傳染性疾病的宣導手冊給所有乘客,或以視頻方式教育他們流感及其防治的政策。高傳染性的新型流感病毒防治,須快速動員所有專業人士和各種組織協作化。有知識淵博的醫療保健專業人士更須登高一呼發揮預防宏效。

未來展望

Source: ibtimes

臺灣氣候炎熱,禽流感的流行季較短,由2003年流行至今近13年的舊H5N2亞型禽流感病毒,顯示當防疫未斬草除根,極容易造成病毒在當地壯大而成為地方性流行,因此,高危險群的衛生教育與禽畜介面的相關人員,必須對禽流感病毒、禽的病癥與人的臨床表現和防護有深切的認識。若今年新型禽流感H5演化分群2.3.4.4病毒易與其他禽流感病毒形成更新的亞型病毒,對未來防疫工作是嚴酷的挑戰。重要的是,防疫策略須能在禽類徹底執行,並加以定期評量,即可減少後顧之憂。

至2016年1月20日全球已10位H5N6病例,病例數仍增,且有死亡,值得重視。禽流感防疫的全球專家共識仍是致力於偵測作為及流行爆發時的馬上就地防治。臺灣2015年鵝農、鴨農損失慘重,今後水禽的偵測系統需有嶄新的強化作為。其次,一旦發生流行,即時流行調查,尋找確切危險與保護因子也十分重要,尤其以地理資訊系統觀察縣市的擴散情形,顯示未來應如人的傳染病,不能等待實驗結果,即開始推動防疫策略,且應研發快速簡便的實驗診斷法,由兩不同單位確診。疫情高峰時的人、禽、物流不慎污染而易引發疫情向外散佈,所以平日禽農的「生物安全」教育更顯重要。

由於過去對禽流感健康威脅潛力的認知不足,未來較妥善做法是禽農彼此間有互助團體,即以保險互助做法,相互觀摩學習,將防疫在第一時間點到位,縮小其衝擊面;更重要的是自地方至中央須建立獸醫防疫醫師網,推動動物衛生的專業判斷與專責,猶如2003年SARS流行時疾管局作為,尤其在觀念上,若遇人畜共通潛力的傳染病,必須在一開始即防杜所有跨種傳播的可能,絕不等待病毒胺基酸改變至會傳染哺乳類,才積極防治。此外,在主要養禽縣市中,須展開豬等哺乳類的病毒與血清偵測,尤其醫護人員遇流感病患須了解其職業與暴露史,並嚴防感染。因流感病毒一向在人們輕忽中壯大致全球流行,此刻更需我國上下齊心協力,審慎防疫。最後,誠請農委會每月盡早公布不同禽種的H5與H7禽流感病毒氨基酸序列,愈多人參與防疫,才易成功。

致謝:

 

本文特別謝謝三位傳染流行病學家(中研院生醫所何美鄉老師、農業科技研究院副院長楊平政與中興大學獸醫學院張照勤特聘教授)、臺大獸醫系禽病毒學者王金和老師與醫用病毒學者高全良老師的審閱。2015年禽流感流行期間,特別感謝農委會、防檢局、家畜衛生試驗所、國防部、衛福部疾管署、行政院、各縣市動物防治所的防疫人員的熱心協助、臺灣四所獸醫系所及謝快樂教授、賴秀穗教授等等大學教師的鼎力支持及林書宇小姐的行政與打字協助。

延伸閱讀

  1. Wang, C. et al., Comparison of patients hospitalized with influenza A subtypes H7N9, H5N1, and 2009 pandemic H1N1. Clin Infect Dis, 2014.
  2. Wei, S. H. et al,. Human infection with avian influenza A H6N1 virus: an epidemiological analysis. Lancet Respir Med, 2013.
  3. Liu, M. D. et al., Changing risk awareness and personal protection measures for low to high pathogenic avian influenza in live-poultry markets in Taiwan, 2007 to 2012. BMC Infect Dis, Vol.15: 241, 2015.

〈本文轉載自《科技報導》410期〉

3什麼?!你還不知道《科學月刊》,我們46歲囉!
入不惑之年還是可以
當個科青

看《科技報導》議論科學五四三

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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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解密機器人如何學會思考、觸摸與變形
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/09/09 ・6820字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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本文與 Perplexity 合作,泛科學企劃執行

「Hello. I am… a robot.」

在我們的記憶裡,機器人的聲音就該是冰冷、單調,不帶一絲情感 。它們的動作僵硬,肢體不協調,像一個沒有靈魂的傀儡,甚至啟發我們創造了機械舞來模仿那獨特的笨拙可愛。但是,現今的機器人發展不再只會跳舞或模仿人聲,而是已經能獨立完成一場膽囊切除手術。

就在2025年,美國一間實驗室發表了一項成果:一台名為「SRT-H」的機器人(階層式手術機器人Transformer),在沒有人類醫師介入的情況下,成功自主完成了一場完整的豬膽囊切除手術。SRT-H 正是靠著從錯誤中學習的能力,最終在八個不同的離體膽囊上,達成了 100% 的自主手術成功率。

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這項成就的意義重大,因為過去機器人手術的自動化,大多集中在像是縫合這樣的單一「任務」上。然而,這一場完整的手術,是一個包含數十個步驟、需要連貫策略與動態調整的複雜「程序」。這是機器人首次在包含 17 個步驟的完整膽囊切除術中,實現了「步驟層次的自主性」。

這就引出了一個讓我們既興奮又不安的核心問題:我們究竟錯過了什麼?機器人是如何在我們看不見的角落,悄悄完成了從「機械傀儡」到「外科醫生」的驚人演化?

這趟思想探險,將為你解密 SRT-H 以及其他五款同樣具備革命性突破的機器人。你將看到,它們正以前所未有的方式,發展出生物般的觸覺、理解複雜指令、學會團隊合作,甚至開始自我修復與演化,成為一種真正的「準生命體」 。

所以,你準備好迎接這個機器人的新紀元了嗎?

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只靠模仿還不夠?手術機器人還需要學會「犯錯」與「糾正」

那麼,SRT-H 這位機器人的外科大腦,究竟藏著什麼秘密?答案就在它創新的「階層式框架」設計裡 。

你可以想像,SRT-H 的腦中,住著一個分工明確的兩人團隊,就像是漫畫界的傳奇師徒—黑傑克與皮諾可 。

  • 第一位,是動口不動手的總指揮「黑傑克」: 它不下達具體的動作指令,而是在更高維度的「語言空間」中進行策略規劃 。它發出的命令,是像「抓住膽管」或「放置止血夾」這樣的高層次任務指令 。
  • 第二位,是靈巧的助手「皮諾可」: 它負責接收黑傑克的語言指令,並將這些抽象的命令,轉化為機器手臂毫釐不差的精準運動軌跡 。

但最厲害的還不是這個分工,而是它們的學習方式。SRT-H 研究團隊收集了 17 個小時、共 16,000 條由人類專家操作示範的軌跡數據來訓練它 。但這還只是開始,研究人員在訓練過程中,會刻意讓它犯錯,並向它示範如何從抓取失敗、角度不佳等糟糕的狀態中恢復過來 。這種獨特的訓練方法,被稱為「糾正性示範」 。

SRT-H 研究團隊收集了 17 個小時、共 16,000 條由人類專家操作示範的軌跡數據來訓練它 。 / 圖片來源:shutterstock

這項訓練,讓 SRT-H 學會了一項外科手術中最關鍵的技能:當它發現執行搞砸了,它能即時識別偏差,並發出如「重試抓取」或「向左調整」等「糾正性指令」 。這套內建的錯誤恢復機制至關重要。當研究人員拿掉這個糾正能力後,機器人在遇到困難時,要不是完全失敗,就是陷入無效的重複行為中 。

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正是靠著這種從錯誤中學習、自我修正的能力,SRT-H 最終在八次不同的手術中,達成了 100% 的自主手術成功率 。

SRT-H 證明了機器人開始學會「思考」與「糾錯」。但一個聰明的大腦,足以應付更混亂、更無法預測的真實世界嗎?例如在亞馬遜的倉庫裡,機器人不只需要思考,更需要實際「會做事」。

要能精準地與環境互動,光靠視覺或聽覺是不夠的。為了讓機器人能直接接觸並處理日常生活中各式各樣的物體,它就必須擁有生物般的「觸覺」能力。

解密 Vulcan 如何學會「觸摸」

讓我們把場景切換到亞馬遜的物流中心。過去,這裡的倉儲機器人(如 Kiva 系統)就像放大版的掃地機器人,核心行動邏輯是極力「避免」與周遭環境發生任何物理接觸,只負責搬運整個貨架,再由人類員工挑出包裹。

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但 2025 年5月,亞馬遜展示了他們最新的觸覺機器人 Vulcan。在亞馬遜的物流中心裡,商品被存放在由彈性帶固定的織物儲物格中,而 Vulcan 的任務是必須主動接觸、甚至「撥開」彈性織網,再從堆放雜亂的儲物格中,精準取出單一包裹,且不能造成任何損壞。

2025 年5月,亞馬遜展示了他們最新的觸覺機器人 Vulcan / 圖片引用:https://www.aboutamazon.com/news

Vulcan 的核心突破,就在於它在「拿取」這個動作上,學會了生物般的「觸覺」。它靈活的機械手臂末端工具(EOAT, End-Of-Arm Tool),不僅配備了攝影機,還搭載了能測量六個自由度的力與力矩感測器。六個自由度包含上下、左右、前後的推力,和三個維度的旋轉力矩。這就像你的手指,裡頭分布著非常多的受器,不只能感測壓力、還能感受物體橫向拉扯、運動等感觸。

EOAT 也擁有相同精確的「觸覺」,能夠在用力過大之前即時調整力道。這讓 Vulcan 能感知推動一個枕頭和一個硬紙盒所需的力量不同,從而動態調整行為,避免損壞貨物。

其實,這更接近我們人類與世界互動的真實方式。當你想拿起桌上的一枚硬幣時,你的大腦並不會先計算出精準的空間座標。實際上,你會先把手伸到大概的位置,讓指尖輕觸桌面,再沿著桌面滑動,直到「感覺」到硬幣的邊緣,最後才根據觸覺決定何時彎曲手指、要用多大的力量抓起這枚硬幣。Vulcan 正是在學習這種「視覺+觸覺」的混合策略,先用攝影機判斷大致的空間,再用觸覺回饋完成最後精細的操作。

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靠著這項能力,Vulcan 已經能處理亞馬遜倉庫中約 75% 的品項,並被優先部署來處理最高和最低層的貨架——這些位置是最容易導致人類員工職業傷害的位置。這也讓自動化的意義,從單純的「替代人力」,轉向了更具建設性的「增強人力」。

SRT-H 在手術室中展現了「專家級的腦」,Vulcan 在倉庫中演化出「專家級的手」。但你發現了嗎?它們都還是「專家」,一個只會開刀,一個只會揀貨。雖然這種「專家型」設計能有效規模化、解決痛點並降低成本,但機器人的終極目標,是像人類一樣成為「通才」,讓單一機器人,能在人類環境中執行多種不同任務。

如何教一台機器人「舉一反三」?

你問,機器人能成為像我們一樣的「通才」嗎?過去不行,但現在,這個目標可能很快就會實現了。這正是 NVIDIA 的 GR00T 和 Google DeepMind 的 RT-X 等專案的核心目標。

過去,我們教機器人只會一個指令、一個動作。但現在,科學家們換了一種全新的教學思路:停止教機器人完整的「任務」,而是開始教它們基礎的「技能基元」(skill primitives),這就像是動作的模組。

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例如,有負責走路的「移動」(Locomotion) 基元,和負責抓取的「操作」(Manipulation) 基元。AI 模型會透過強化學習 (Reinforcement Learning) 等方法,學習如何組合這些「技能基元」來達成新目標。

舉個例子,當 AI 接收到「從冰箱拿一罐汽水給我」這個新任務時,它會自動將其拆解為一系列已知技能的組合:首先「移動」到冰箱前、接著「操作」抓住把手、拉開門、掃描罐子、抓住罐子、取出罐子。AI T 正在學會如何將這些單一的技能「融合」在一起。有了這樣的基礎後,就可以開始來大量訓練。

當多重宇宙的機器人合體練功:通用 AI 的誕生

好,既然要學,那就要練習。但這些機器人要去哪裡獲得足夠的練習機會?總不能直接去你家廚房實習吧。答案是:它們在數位世界裡練習

NVIDIA 的 Isaac Sim 等平台,能創造出照片級真實感、物理上精確的模擬環境,讓 AI 可以在一天之內,進行相當於數千小時的練習,獨自刷副本升級。這種從「模擬到現實」(sim-to-real)的訓練管線,正是讓訓練這些複雜的通用模型變得可行的關鍵。

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DeepMind 的 RT-X 計畫還發現了一個驚人的現象:用來自多種「不同類型」機器人的數據,去訓練一個單一的 AI 模型,會讓這個模型在「所有」機器人上表現得更好。這被稱為「正向轉移」(positive transfer)。當 RT-1-X 模型用混合數據訓練後,它在任何單一機器人上的成功率,比只用該機器人自身數據訓練的模型平均提高了 50%。

這就像是多重宇宙的自己各自練功後,經驗值合併,讓本體瞬間變強了。這意味著 AI 正在學習關於物理、物體特性和任務結構的抽象概念,這些概念獨立於它所控制的特定身體。

AI 正在學習關於物理、物體特性和任務結構的抽象概念,這些概念獨立於它所控制的特定身體。/ 圖片來源:shutterstock

不再是工程師,而是「父母」: AI 的新學習模式

這也導向了一個科幻的未來:或許未來可能存在一個中央「機器人大腦」,它可以下載到各種不同的身體裡,並即時適應新硬體。

這種學習方式,也從根本上改變了我們與機器人的互動模式。我們不再是逐行編寫程式碼的工程師,而是更像透過「示範」與「糾正」來教導孩子的父母。

NVIDIA 的 GR00T 模型,正是透過一個「數據金字塔」來進行訓練的:

  • 金字塔底層: 是大量的人類影片。
  • 金字塔中層: 是海量的模擬數據(即我們提過的「數位世界」練習)。
  • 金字塔頂層: 才是最珍貴、真實的機器人操作數據。

這種模式,大大降低了「教導」機器人新技能的門檻,讓機器人技術變得更容易規模化與客製化。

當機器人不再是「一個」物體,而是「任何」物體?

我們一路看到了機器人如何學會思考、觸摸,甚至舉一反三。但這一切,都建立在一個前提上:它們的物理形態是固定的。

但,如果連這個前提都可以被打破呢?這代表機器人的定義不再是固定的形態,而是可變的功能:它能改變身體來適應任何挑戰,不再是一台單一的機器,而是一個能根據任務隨選變化的物理有機體。

有不少團隊在爭奪這個機器人領域的聖杯,其中瑞士洛桑聯邦理工學院特別具有代表性,該學院的仿生機器人實驗室(Bioinspired Robotics Group, BIRG)2007 年就打造模組化自重構機器人 Roombots。

有不少團隊在爭奪這個機器人領域的聖杯,其中瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)特別具有代表性。該學院的仿生機器人實驗室(BIRG)在 2007 年就已打造出模組化自重構機器人 Roombots。而 2023 年,來自 EPFL 的另一個實驗室——可重組機器人工程實驗室(RRL),更進一步推出了 Mori3,這是一套把摺紙藝術和電腦圖學巧妙融合的模組化機器人系統。

2023 年來自 EPFL 的另一個實驗室—可重組機器人工程實驗室(RRL)推出了 Mori3 © 2023 Christoph Belke, EPFL RRL

Mori3 的核心,是一個個小小的三角形模組。別看它簡單,每個模組都是一個獨立的機器人,有自己的電源、馬達、感測器和處理器,能獨立行動,也能和其他模組合作。最厲害的是,它的三條邊可以自由伸縮,讓這個小模組本身就具備「變形」能力。

當許多 Mori3 模組連接在一起時,就能像一群活的拼圖一樣,從平面展開,組合成各種三維結構。研究團隊將這種設計稱為「物理多邊形網格化」。在電腦圖學裡,我們熟悉的 3D 模型,其實就是由許多多邊形(通常是三角形)拼湊成的網格。Mori3 的創新之處,就是把這種純粹的數位抽象,真正搬到了現實世界,讓模組們化身成能活動的「實體網格」。

這代表什麼?團隊已經展示了三種能力:

  • 移動:他們用十個模組能組合成一個四足結構,它能從平坦的二維狀態站立起來,並開始行走。這不只是結構變形,而是真正的協調運動。
  • 操縱: 五個模組組合成一條機械臂,撿起物體,甚至透過末端模組的伸縮來擴大工作範圍。
  • 互動: 模組們能形成一個可隨時變形的三維曲面,即時追蹤使用者的手勢,把手的動作轉換成實體表面的起伏,等於做出了一個會「活」的觸控介面。

這些展示,不只是實驗室裡的炫技,而是真實證明了「物理多邊形網格化」的潛力:它不僅能構建靜態的結構,還能創造具備複雜動作的動態系統。而且,同一批模組就能在不同情境下切換角色。

想像一個地震後的救援場景:救援隊帶來的不是一台笨重的挖土機,而是一群這樣的模組。它們首先組合成一條長長的「蛇」形機器人,鑽入瓦礫縫隙;一旦進入開闊地後,再重組成一隻多足的「蜘蛛」,以便在不平的地面上穩定行走;發現受困者時,一部分模組分離出來形成「支架」撐住搖搖欲墜的橫樑,另一部分則組合成「夾爪」遞送飲水。這就是以任務為導向的自我演化。

這項技術的終極願景,正是科幻中的概念:可程式化物質(Programmable Matter),或稱「黏土電子學」(Claytronics)。想像一桶「東西」,你可以命令它變成任何你需要的工具:一支扳手、一張椅子,或是一座臨時的橋樑。

未來,我們只需設計一個通用的、可重構的「系統」,它就能即時創造出任務所需的特定機器人。這將複雜性從實體硬體轉移到了規劃重構的軟體上,是一個從硬體定義的世界,走向軟體定義的物理世界的轉變。

更重要的是,因為模組可以隨意分開與聚集,損壞時也只要替換掉部分零件就好。足以展現出未來機器人的適應性、自我修復與集體行為。當一群模組協作時,它就像一個超個體,如同蟻群築橋。至此,「機器」與「有機體」的定義,也將開始動搖。

從「實體探索」到「數位代理」

我們一路見證了機器人如何從單一的傀儡,演化為學會思考的外科醫生 (SRT-H)、學會觸摸的倉儲專家 (Vulcan)、學會舉一反三的通才 (GR00T),甚至是能自我重構成任何形態的「可程式化物質」(Mori3)。

但隨著機器人技術的飛速發展,一個全新的挑戰也隨之而來:在一個 AI 也能生成影像的時代,我們如何分辨「真實的突破」與「虛假的奇觀」?

舉一個近期的案例:2025 年 2 月,一則影片在網路上流傳,顯示一台人形機器人與兩名人類選手進行羽毛球比賽,並且輕鬆擊敗了人類。我的第一反應是懷疑:這太誇張了,一定是 AI 合成的影片吧?但,該怎麼驗證呢?答案是:用魔法打敗魔法。

在眾多 AI 工具中,Perplexity 特別擅長資料驗證。例如這則羽球影片的內容貼給 Perplexity,它馬上就告訴我:該影片已被查證為數位合成或剪輯。但它並未就此打住,而是進一步提供了「真正」在羽球場上有所突破的機器人—來自瑞士 ETH Zurich 團隊的 ANYmal-D

接著,選擇「研究模式」,就能深入了解 ANYmal-D 的詳細原理。原來,真正的羽球機器人根本不是「人形」,而是一台具備三自由度關節的「四足」機器人。

如果你想更深入了解,Perplexity 的「實驗室」功能,還能直接生成一份包含圖表、照片與引用來源的完整圖文報告。它不只介紹了 ANYmal-D 在羽球上的應用,更詳細介紹了瑞士聯邦理工學院發展四足機器人的完整歷史:為何選擇四足?如何精進硬體與感測器結構?以及除了運動領域外,四足機器人如何在關鍵的工業領域中真正創造價值。

AI 代理人:數位世界的新物種

從開刀、揀貨、打球,到虛擬練功,這些都是機器人正在學習「幫我們做」的事。但接下來,機器人將獲得更強的「探索」能力,幫我們做那些我們自己做不到的事。

這就像是,傳統網路瀏覽器與 Perplexity 的 Comet 瀏覽器之間的差別。Comet 瀏覽器擁有自主探索跟決策能力,它就像是數位世界裡的機器人,能成為我們的「代理人」(Agent)

它的核心功能,就是拆解過去需要我們手動完成的多步驟工作流,提供「專業代工」,並直接交付成果。

例如,你可以直接對它說:「閱讀這封會議郵件,檢查我的行事曆跟代辦事項,然後草擬一封回信。」或是直接下達一個複雜的指令:「幫我訂 Blue Origin 的太空旅遊座位,記得要來回票。」

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如何有效預防食媒性疾病 A 型肝炎病毒?
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2023/10/10 ・2338字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自食藥好文網

圖/envato
  • 文/黃育琳 食品技師

民以食為天,你吃的食物是安全的嗎?

中國大陸上海市在 1988 年曾因毛蚶貝類污染而爆發 A 型肝炎疫情,造成約 30 萬人感染,其中 47 人死亡 [1]

我國於 2014 年 10 月至 11 月期間,急性病毒性 A 型肝炎本土病例達 30 人(其中 25 人住院),經衛生福利部疾病管制署(以下簡稱疾管署)與衛生局調查發現,多數病例於潛伏期間有生食蠔類(牡蠣)、文蛤或蛤蜊等貝類水產品 [2]

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這起事件極有可能是所謂的「食媒性疾病」。

何謂食媒性疾病?

食媒性疾病或稱食源性疾病(foodborne illness or foodborne disease)是指經由吃進被污染的食物或飲水等所致的疾病,常見症狀包含噁心、嘔吐、腹痛及腹瀉等。

依世界衛生組織的資料顯示,全球每年約有 6 億人因食用受到污染的食物或飲水而生病,其中 42 萬人死亡,又以兒童占多數。學童在校園中常暴露於共同的飲食及水源,人與人之間接觸密切,傳染病原很容易透過飛沫、糞口與接觸途徑傳播,易造成校園群聚感染事件發生 ​​[3]

但追溯污染源並不容易,食物在種植(或養殖)、採收、儲存、運送、製造、加工、包裝及烹調等任一階段都有可能被污染。且旅行和國際貿易頻繁更是提高被污染食品跨國散播的可能性 ​​[3],使農場到餐桌的食安管理顯得十分重要。

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A 肝病毒之分布

一開始提到因吃下受 A 型肝炎病毒(Hepatitis A virus,以下簡稱 A 肝病毒)污染的食物而感染 A 型肝炎,就是很典型病毒型食媒性疾病的例子。

A 肝病毒的流行主要與當地的衛生環境有關,主要流行地區包括亞洲、非洲與中南美洲等地區,尤以東南亞、印度、中國大陸等地區較為嚴重。

在開發中國家,人民多半在嬰幼兒時期,常因攝入受 A 肝病毒污染的水或食物而感染(通常 6 歲以下兒童感染約有 70% 無臨床症狀或症狀輕微),成年後多半已具有免疫力。

然而在已開發國家,衛生環境大致較佳,很多年輕人並未感染過 A 肝病毒而不具免疫力。臺灣便是如此,大部份的兒童及青少年(尤其是都會地區)都未具 A 型肝炎抗體,使爆發流行的風險增加 [1]

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A 肝病毒之特性與感染症狀

A 肝病毒是一種無套膜,直徑約為 27 nm 的 RNA 病毒,潛伏期約 15~50 天,其所引起的 A 型肝炎,屬第二類法定傳染病 ​​[1]

患者臨床症狀包含發燒、肌肉酸痛、疲倦、食慾不振、腹部不適、噁心、甚至嘔吐等,持續幾天後,病人會出現有茶色尿或併有眼白變黃(即黃疸)的徵兆,急性 A 型肝炎並無特殊療法,通常採一般的支持性療法即可痊癒 ​​[1]

而 A 肝病毒主要是透過糞口途徑傳播,最可能被污染的食品或飲料如水果、蔬菜、貝類、冰和水(包括冷凍或未經澈底加熱),感染者沒有確實洗手並接觸其他東西也會造成病毒傳播 [1]

不過 A 肝病毒的生命力頑強,對胃腸道極端的 pH 值和酶之耐受性高,能在不利條件下存活,被污染的食物需加熱超過攝氏 85 度且持續至少一分鐘才足以使 A 肝病毒失去活性。

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再加上只要有極少量病毒顆粒存在便足以使人致病,所以即使食品所含的病毒量很低,仍具有食品中毒之風險 [4]

透過電子顯微鏡所拍攝的 A 型肝炎病毒。圖 / 美國疾病管制與預防中心
透過電子顯微鏡所拍攝的 A 型肝炎病毒。圖 / 美國疾病管制與預防中心

食品從業人員基本要求《食品良好衛生規範》

為了避免食品受到病毒污染,食品從業人員的「衛生管理」就非常重要,我國行政院衛生福利部為了確保食品業者之衛生管理,已制定《食品良好衛生規範準則》(The Regulations on Good Hygiene Practice for Food, GHP)。

GHP 是食品業者確保其食品在製造、加工、調配、包裝、運送、儲存、販賣、輸入、輸出等過程中的安全衛生與品質,是最基本要求,所有食品業者皆應實施 GHP,在 GHP 附表二即說明:

食品從業人員經醫師診斷罹患或感染 A 型肝炎、手部皮膚病 、出疹、膿瘡、外傷、結核病、傷寒或其他可能造成食品污染之疾病,其罹患或感染期間,應主動告知現場負責人,不得從事與食品接觸之工作。

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雖然是安全衛生品質的基本要求,卻還是有不少業者會疏忽,導致感染事件重蹈覆徹。

最佳預防方式就是注重衛生管理

除了 A 肝病毒之外,諾羅病毒、E 型肝炎病毒及沙波病毒皆是常見的病毒型食媒性疾病,這些病毒感染均無特效藥物可治療,僅能採用良好的支持性療法幫助病人痊癒。

因此最佳的預防感染方式就是做好衛生管理,包含:

  1. 個人衛生:準備食品前及進食前,還有如廁後皆要確實洗手。
  2. 在飲食衛生:飲水要煮沸再飲用,所有食品都應清洗乾淨並澈底加熱,不生食。
  3. 環境衛生:維護廁所環境清潔,廚房及飲食用具要保持清潔。
圖/envato

參考資料

  1. 衛生福利部疾病管制署,2018。急性病毒性 A 型肝炎  疾病介紹。
  2. 衛生福利部食品藥物管理署,2023。A 型肝炎病毒(Hepatitis A virus)。
  3. 衛生福利部疾病管制署、國立臺北教育大學,2016。食媒性疾病防治 教師指引手冊。臺北市:衛生福利部疾病管制署。
  4. Bozkurt, H., Phan-Thien, K. Y., van Ogtrop, F., Bell, T. and McConchie, R. 2021. Outbreaks, occurrence, and control of norovirus and hepatitis a virus contamination in berries: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 61:1 116-138.
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衛生福利部食品藥物管理署_96
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衛生福利部食品藥物管理署依衛生福利部組織法第五條第二款規定成立,職司範疇包含食品、西藥、管制藥品、醫療器材、化粧品管理、政策及法規研擬等。 網站:http://www.fda.gov.tw/TC/index.aspx