醫學

快篩試劑與疫苗研發加緊腳步

從抗原快篩、治療型抗體及預防型疫苗等多方著手,圍堵新冠病毒肆虐。

撰文/潘建雄、周彥宏
2020-04

醫學

快篩試劑與疫苗研發加緊腳步

從抗原快篩、治療型抗體及預防型疫苗等多方著手,圍堵新冠病毒肆虐。

撰文/潘建雄、周彥宏
2020-04

影像來源:pixabay


針對新型冠狀病毒,目前尚無治療及預防方法,因此以篩檢方式找出感染患者,再透過疫情調查管控接觸者,是阻斷疫情擴大的首要關鍵。


快篩試劑的關鍵:單株抗體


目前新冠病毒感染診斷主要透過反轉錄聚合酶連鎖反應(RT-PCR)技術,過程需耗費數小時且需專業人員操作。因此,研發快篩試劑以爭取時效,在防堵疫情上實屬重要。


免疫快篩試劑大致分成兩類,一種是檢測受檢者體內是否有病毒抗體,主要是找出曾感染過的人,例如登革熱快篩;另一種是檢測體內是否有病毒抗原,主要是找出正受感染的人,例如流感快篩。就新冠病毒疫情控制而言,找出帶有新冠病毒的可能傳播者並加以隔離,更為重要,抗原快篩絕對是對抗新冠病毒的利器,也是國家衛生研究院與國防醫學院預防醫學研究所合作團隊的主要目標。


目前快篩試劑多是利用側向流體免疫層析法,這類試劑內含的試紙可依序分成四個部件:檢體層、膠體金抗體層、硝化纖維膜及吸收層。當含有受檢者呼吸道分泌物的檢體進入檢體層時,各層纖維中的毛細作用會把檢體內的液體分子帶向最後方的吸收層,就像把紙垂直放到水杯中,水會沿著紙向上跑,此為層析原理。


一旦新冠病毒蛋白抗原流經膠體金抗體層,會與可辨識新冠病毒抗原的單株抗體結合,此處的單株抗體是已經結合了奈米等級膠體金的特製化抗體。使用膠體金是因為這類材料的靈敏度和穩定度較高,分子間有良好的分散特性,且只有在特定條件下才會凝聚。


接著抗原-膠體金抗體結合物流經硝化纖維膜。膜上有兩道線:第一道是測試線,含有能抓住新冠病毒蛋白抗原的抗體;第二道線則是控制線,含有能抓住膠體金抗體分子的抗體,也是快篩試劑會顯示出暗紅色線條的原因。當受檢者體內有新冠病毒時,病毒蛋白抗原-膠體金抗體會同時被兩道線上的抗體抓住而呈現雙線,代表陽性結果;反之,體內沒有新冠病毒時,只有第二道線可以抓住膠體金抗體而呈現單線結果,代表陰性。


新冠病毒快篩試劑研發的困難,在於研發人員必須盡速找到適當的單株抗體。新冠病毒對人類而言是一種全新病毒,因此要找到適當的單株抗體,通常要先得到足夠抗原來注射小鼠引起免疫反應,產生抗新冠病毒蛋白的抗體,再以融合瘤(hybridoma)技術篩選出適當的單株抗體(參見2020年3月號〈科學家和你站在防疫線上〉),通常需時2~4個月。


而國衛院與國防醫學院在2003年SARS疫情時研發出一批可辨識SARS冠狀病毒表面蛋白的單株抗體,其中恰好有一株可同時辨識SARS冠狀病毒與新冠病毒的單株抗體,因此能大幅縮短快篩試劑的研發時間。


疫苗研發多管齊下


疫苗在預防醫學上也是重要研發項目。疫苗粗略可分為治療型和預防型疫苗。治療型疫苗即利用抗體或免疫因子中和並阻斷病原感染,接種對象為已受感染患者;具保護性的抗體或免疫因子可來自於對該疾病具抵抗力的個體,抽取其血液並純化出抗體,或經由生化合成。預防型疫苗包括活毒疫苗、死毒疫苗和類毒素,也可利用基因重組技術製造或化學合成,例如次單位抗原疫苗、結合疫苗、核酸(DNA及RNA)疫苗、重組載體疫苗等。預防型疫苗可引發個體主動免疫反應,包括產生專一性抗體及後續免疫細胞的記憶反應。


為了因應這次新冠病毒疫情,國衛院啟動兩項主軸研究計畫,包括研發治療型抗體和預防型疫苗。在治療型抗體方面,首先利用國衛院符合GMP法規且國內唯一核可生產馬血清的生物製劑廠產製治療型馬血清,可用於治療急重症患者。接著製備擬人化(humanized)單株抗體。由於目前單株抗體是透過齧齒動物的免疫反應而得,直接施打於人體會引發免疫排斥作用,因此需要修改成擬人化抗體。在抗體結構中,變異區(Fab)是與抗原結合的部位,恆定區(Fc)則可與帶有Fc受體的淋巴細胞結合。利用新冠病毒表現的棘蛋白或胜?刺激小鼠引發免疫反應,經篩選獲得具中和並阻斷病毒感染的單株抗體,候選的單株抗體保留Fab部位,並把Fc部位基因重組成人類Fc胺基酸序列,所獲得的擬人化單株抗體便可用於治療新冠病毒感染。


在預防型疫苗方面,國衛院以四類疫苗為研發重點。其一是合成胜肽疫苗,屬於次單位抗原疫苗,利用病原體的抗原成份取代整個病原體。國衛院利用SARS冠狀病毒套膜上可引發具保護性抗體的棘蛋白片段辨識部位,合成出疫苗抗原,再加入免疫促進佐劑。現階段可先進行動物試驗,順利的話可在2~3個月內得到結果,再進行人體臨床試驗。此外,國衛院也利用在大腸桿菌表現新冠病毒的蛋白抗原,做為另一個次單位疫苗研發項目。


第三項研發是重組載體疫苗。這類疫苗技術以微生物載體的生理機制為基礎,把其他目標感染性微生物蛋白質的DNA轉殖到微生物載體上。國衛院利用腺病毒和水泡性口炎病毒做為載體,轉殖帶有新冠病毒的蛋白抗原之基因。第四項是DNA疫苗。這類疫苗技術是藉由改造過的病毒或細菌感染人或動物組織,以插入目標基因或調節基因表現的手法活化免疫系統,若細胞表面呈現異於接種者本身的物質,免疫系統將會辨識後發動攻擊。國衛院的研發策略是把合成新冠病毒的蛋白抗原之DNA做為疫苗。


在各項研發進度上,胜肽疫苗及DNA疫苗已完成人工合成,目前正進行小鼠測試,可望在今年5月前取得動物試驗結果。重組病毒疫苗方面,以腺病毒轉殖帶有新冠病毒的蛋白抗原基因所製成的Ad-nCoV疫苗已完成製備,正進入小鼠測試階段,可望在今年6月前完成動物試驗。之後將根據這三種候選疫苗的實驗結果,選定最佳疫苗進行產程開發,並在通過法規驗證後半年內進入臨床前試驗及人體臨床試驗。


目前國光生技公司對於國衛院研發的四類疫苗產品表達高度興趣,已在3月初簽訂產學合作意向書。高端疫苗生技公司則對重組腺病毒疫苗及其他產品表達高度興趣,可望在3月下旬簽訂產學合作計畫書。


潘建雄╱國家衛生研究院副研究員
國防醫學院生命科學研究所博士,曾任美國約翰霍普金斯大學公衛學院分子微免所研究專員,現於國衛院感染症與疫苗研究所專研麻疹病毒載體疫苗與奈米載體疫苗技術。

周彥宏╱國家衛生研究院研究員
國防醫學院微生物學博士,曾任美國國家衛生究院博士後研究員、喬治亞大學資深研究員,現於國衛院感染症與疫苗研究所專研呼吸道病毒及腸病毒的疫苗開發。