防疫連線 尋獲病毒抗體-科學人雜誌
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特別報導

防疫連線 尋獲病毒抗體

2020-05-01 陳其暐
台灣科學家在製造抗原、篩選抗體與培養病毒上通力合作,找出遏止疫情的方法。


經歷兩個多月的努力,長庚大學、長庚醫院與中央研究院、國防醫學院預防醫學研究所等單位在今年4月初宣佈找到25株可辨識新冠病毒的人類單株抗體,將可用於研發抗病毒藥物或快篩試劑,做為對抗新冠病毒的武器。


「現在醫生要上戰場,但完全沒有武器。」參與這項重要研究的中央研究院基因體研究中心研究員馬徹分析,現今人類面對新冠病毒,不但沒有藥物可使用,也沒有疫苗可施打,一旦患病,醫生只能透過呼吸器等支持性療法,幫助病患透過自身的免疫力擊退病毒。


然而,有些病患在身體製造出抗體抵禦病毒之前,就已回天乏術。在這種情況下,有一種應急手段可幫助這類重症病患:2003年嚴重急性呼吸道症候群(SARS)疫情期間,台灣、新加坡、香港等地都曾使用SARS痊癒者的血清,幫助重症病患度過危險期而康復。為何血清能夠治療病患?因為血清裡頭具有能辨識SARS病毒的抗體。


如何製造抗體?

馬徹表示,除了從痊癒者身上獲取血清,科學家還有其他製造抗體的辦法。其中一種方法是利用小鼠的脾臟細胞,與癌細胞融合後形成融合瘤(hybridoma),以此融合瘤製造單株抗體;另一種是噬菌體表現(phage display),是把抗體基因植入噬菌體,使噬菌體表現出抗體基因的蛋白質,再從中篩選出可專一性結合抗原的噬菌體。今年3月初,中央研究院基因體研究中心研究員楊安綏就是利用此方法,製造出能夠辨識新冠病毒核殼蛋白的單株抗體。但這兩種方法找到的抗體,必須經過基因工程修飾才能夠用於人體,否則容易產生免疫排斥反應。


近年來還發展出一種新的抗體製造方法,稱為單一B細胞技術,是利用流式細胞分選儀從病患的血液樣本中分離出B細胞,再經由細胞選殖(cloning),讓B細胞得以大量生產具有專一性結合病毒抗原的單株抗體。此技術可直接得到人類抗體,使用上更為方便,不過技術上較為複雜,實驗成本也比前述方法更高。


馬徹表示,熟悉單一B細胞技術的台灣科學家並不多,其中一位是林口長庚醫院兒童感染科醫師黃冠穎。黃冠穎與馬徹長年合作,從事流感疫苗的相關研究,並曾在2019年於《自然.微生物學》(Nature Microbiology)共同發表一篇論文,探討如何從A型流感病毒H7N9病患獲得人類抗體。在這樣的合作基礎下,讓馬徹與黃冠穎能夠立即投入新冠病毒的研究。


科學家的使命感

「現在可以上場對付這種傳染病的人,都是已經長期在研究病毒相關領域的人。」馬徹說,新冠病毒的研究方法其實跟流行性感冒非常相似,只要轉換研究素材,就能立即投入研發工作。


今年1月初,新冠肺炎疫情剛開始蔓延時,馬徹便知道事情的嚴重性,「我第一時間向國外訂購棘蛋白(spike protein)的基因,想辦法趕快表現這些棘蛋白。」馬徹實驗室的專長是製造醣蛋白,特別是在病毒蛋白的表現、生產與純化,而棘蛋白就是一種醣蛋白,「棘蛋白是三聚體,每個單體都帶有約20個醣分子,所以整個三聚體就有60幾個醣。」棘蛋白是新冠病毒的重要抗原,科學家有了棘蛋白,才有辦法確認抗體是否具有辨認棘蛋白的能力,後續才能研發檢測試劑、疫苗以及抗病毒療法。


接下來,黃冠穎利用馬徹提供的棘蛋白,得以從三名新冠肺炎病患的B細胞所製造的抗體中,篩選出13株可結合新冠病毒棘蛋白的抗體(另外12株核殼蛋白抗體則是使用長庚自製的抗原來尋獲),其中一株棘蛋白抗體具有抑制新冠病毒感染人體的潛力,有機會開發成抗病毒藥物。長庚大學新興病毒感染研究中心主任施信如認為:「這些抗體來自於人類,所以施打在人類身上,副作用一定比動物抗體來得小。」除了治療,這些抗體也有機會用於製造快篩試劑,來檢測病患體內是否有新冠病毒抗原存在。


馬徹說:「以前至少一年才有辦法完成的事,現在一、兩個月就達成。」這幾個月來,全台新冠病毒的研究成果如雨後春筍般不斷冒出,但速度加快的原因,不是奇蹟發生,而是使命感。「我平常就在操作對抗病毒的武器,敵人來了當然是我上場。」今年1月初,馬徹通知所有實驗室成員暫停原本的研究題目,全力衝刺新冠病毒的研究,這些研究人員從過年到現在幾乎每天加班,為的就是盡快做出成果。


馬徹實驗室成功製造出棘蛋白後,甚至在網路上公告,願意以開放科學的精神無償提供棘蛋白給全台灣的研究單位,為的就是幫助其他科學家發展檢測、治療與預防方法以對抗新冠病毒。


培養病毒株

科學研究無法單打獨鬥,馬徹實驗室製造抗原、黃冠穎實驗室負責篩選抗體,但還需要病毒才能真正得知抗體是否有效。因此長庚大學與衛生福利部疾病管制署合作設置的病毒性感染症合約實驗室,就擔當培養病毒的任務,「不管是一般藥物或抗體藥物,都要透過病毒才能測試藥物是否能抑制病毒複製,這是做研究很重要的一環。」施信如強調。


不過操作新冠病毒這類病原體時相當危險,因此研究人員需要在生物安全第三等級(BSL-3,相當於P3)實驗室才能進行實驗。雖然長庚醫院裡設有BSL-3實驗室,研究人員可在此進行新冠病毒的細胞培養實驗,但如果要進行新冠病毒的「動物」實驗,就必須前往位在三峽的預防醫學研究所更高規格的動物生物安全第三等級(ABSL-3)實驗室。在新冠肺炎疫情爆發之前,長庚大學與預防醫學研究所早已簽訂合約,為的就是防範伊波拉等新興傳染病疫情的發生,而這次能夠找出新冠病毒抗體,也仰賴與預防醫學研究所的合作與長期的互信基礎。


因為地緣關係,林口長庚醫院負責接收來自桃園國際機場的確診病患,在今年1月底收到長庚的第一位確診案例後,實驗室便開始培養新冠病毒。長年研究病毒的施信如,對這塊領域十分熟悉,「長庚大學新興病毒感染研究中心已成立近10年,經歷過腸病毒、流感病毒疫情,這些病毒的研究模式都差不多,因此我們能夠快速培養出病毒、解出病毒序列。」


當長庚醫院收到一名疑似案例的檢體時,會先送到實驗室進行反轉錄聚合?連鎖反應(RT-PCR),如果發現檢體裡頭有病毒片段時(代表陽性),研究人員就會把部份檢體接種到猴子的腎臟細胞(Vero cell),讓病毒感染細胞,「我們會用RT-PCR或是溶斑試驗來檢測病毒濃度,如果病毒濃度不斷提高,表示我們成功培養出病毒了。」以此獲得的病毒,無論在純度與數量上都比病患的檢體來得高,因此可用於分析基因序列,或做為研究材料。

長庚醫院收治的病患來自世界各地,例如中國的台商、土耳其或中東旅遊團團員,也有歐美的境外移入案例,因此獲得了不同種類新冠病毒的病毒株,不但得以解出病毒的基因組序列,同時建立台灣專屬的新冠病毒資料庫,施信如說:「萬一以後發生了不明原因的感染,我們可以用資料庫追蹤感染源,進而阻斷感染鏈。」長庚團隊同時發現,新冠病毒的類別除了有來自中國的原始病毒基因型、突變後的亞洲基因型、歐美基因型等三類外,還有第四類的中東基因型。掌握這四種基因型,就能了解新冠病毒的變異情況,並發展出有效的治療方法或疫苗。

馬徹說:「我認為新冠病毒的研究比流感更難。」因流感經過長年研究,科學上已有非常深入的了解,而新冠病毒仍有太多謎團。這一場風暴短期內不會停歇,科學家仍會戰戰兢兢,持續追蹤疫情可能的變化。


# 關鍵字:特別報導翁啟惠醫學防疫病毒新冠抗體
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