《明日醫學》:「合成器官」首先可行的是肝臟,人工心臟就困難多了

《明日醫學》:「合成器官」首先可行的是肝臟,人工心臟就困難多了
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我們想讓你知道的是

因為,醫學研究人員已可在實驗室仿製出迷你器官:即organoid(可稱為「類器官」)算是合成生物學的第一個革命性突破。

文:湯瑪斯.舒茲(Thomas Schulz)

從合成肝臟開始,終結器官捐贈的漫長等待

不過,生理組織與皮膚只是第一步。最終目標,其實是為了在實驗室再造人類身體的重要部位:我們的器官。全球每年約有十三萬個器官移植病例。這數量不算多,但並不是飽受心臟、腎臟、肝臟或其他器官衰竭而有生命危險的患者不多,而是因為缺乏足夠又適合的捐贈器官可移植。等待器官捐贈的名單是很綿長的,許多人等不到適合的器官就已先離世。德國二○一六年接受心臟移植的病患,還不及名單人數的一半;在英國,等待一顆可移植的腎臟需時三年半;而美國的情形則是,據專家估計,若有足夠的器官與生理組織可供移植,每年將有上千上萬人可免於死亡。由此看來,人工器官的優點已不言而喻:有了人工器官,無人再須寄望善心人士捐贈器官,或等待某個捐贈者死亡以得到適合的器官。

有些專家很確信:幾年之內,或至少在二○二○年代中,第一個可供移植的人體部位3D生物列印技術便可臻成熟。因為其相關技術,其實跟列印生理組織所用的技術沒什麼兩樣:在實驗室製作準備器官所需的特定細胞,以凝膠或高分子聚合物傳送,再根據電腦鉅細靡遺的編程內容,印製出一個三度空間的結構體。然後,細胞就會在此成長為一個有生命的器官。

依目前Organovo實驗室確實可運作的肝臟組織看來,首先可行的必然是合成肝臟。不過在人工腎臟方面的研究也大有斬獲。二十年來,許多醫師嘗試以人工方式重建腎臟功能的運作,為的就是讓數百萬人免除洗腎透析治療的痛苦,因為那是一個既耗時又累人的療程,而且效果還遠不如人類自己的腎臟。哈佛研究人員日前以改良過的生物列印方法,成功生仿出腎臟繁複構造中的基本功能單位:即所謂的腎元(nephron),在腎臟中負責過濾血液。若能仿造出這個功能,理論上就有辦法再造出整個腎臟。

但反之,在實驗室中製造出人工心臟就困難多了,因為這個器官的內部結構複雜得不得了。不過材料科學方面的進步又為人類帶來了希望:蘇黎世聯邦理工學院的研究人員研發出一種矽膠做的心臟,外觀上與人類心臟非常接近,跳動起來也宛如人類心臟⸺至少可持續一小陣子。其心室收縮則交由外部連接的唧筒負責,用以取代心肌的功能。不過跳動約三千下後,矽膠就會開始欲振乏力:這種心臟還沒有辦法運作超過四十五分鐘,研究人員在科學期刊《人工器官》(Artificial Organs)上如此報導。是的,連器官工程領域的專業刊物都有了。

培養皿上的迷你大腦

雖說,要達到人工器官具備齊全功能的地步,可能還有十幾二十年的路要走,但目前也至少有了階段性成果。因為,醫學研究人員已可在實驗室仿製出迷你器官:即organoid(可稱為「類器官」)算是合成生物學的第一個革命性突破。類器官是一種在實驗室培養的微小細胞組織,外觀有如器官形成的初期狀態,更重要的是,也可如器官那樣反應。這技術幾年前才研發出來,但如今已在醫學上許多領域廣泛應用。而其中最根本的突破則是:研究人員發現,他們可以在實驗室刺激幹細胞生長,而且其成長方式跟在人體中一樣。科學家的做法是,仿照器官形成之初的人體運作過程,以營養液與某些技術性手法加以刺激。結果,那些幹細胞真的形塑出一些結構,有的類似大腦,有的像肝臟,或者眼睛。雖然這些類器官並不會脫離初期生長狀態,且永遠停留在珍珠般大小的細胞團樣貌,但卻已是人類器官的良好再製產物:腸類器官會如進行消化般節奏性收縮,味覺類器官對香味也會有反應。

二○一○年代初,維也納分子生物研究所的兩位科學家,瑪德琳娜.蘭卡斯特(Madeline Lancaster)與尤根.可諾柏利希(Jürgen Knoblich),為類器官的研究發展奠下了根基,在培養皿中培育出取自幹細胞的迷你大腦。乍看之下,那團在液體中漂浮的黃色發霉物,實在不像會是造成生物科技一大進展的東西。但這幾公厘大小的細胞堆積物,卻已形成了三度空間的大腦構造,約莫是懷孕初期胚胎的大腦狀態。這個形狀不明的物體已有六層大腦皮質,並已可產生活躍的神經元。「最讓人訝異的是,這東西真能像大腦那樣運作。」尤根.可諾柏利希說。

培養皿中的迷你大腦,有助於更進一步認識大腦許多基本構造,甚至觀察神經元的發展與凋亡,以及大腦細胞的連結過程。此外,作為各種腦神經疾病的精確模型,並用以了解疾病如何形成與其治療方式,也是非常可行的。因為若以病患的幹細胞特地培育類器官,便可藉以了解阿茲海默症或帕金森氏症患者的神經元與健康人有何不同。

科學家還可視自己的研究需求,以幹細胞培育出各種特殊類器官。一方面,藉由類器官可更深入了解人類生物學上的功能與發展。另一方面,也可用來試驗與研發各種疾病的治療方式。因此可說,如今幾乎已沒有任何醫學領域不能應用類器官。德國癌症研究中心便有專門研究類器官的整個部門。

另外,也有愈來愈多醫師採用實驗性做法,先為個別病患在其人工培植的細胞團塊上測試藥物與療法——以此觀察,哪些東西對該生物體特別有效,或者會出現什麼副作用,而這些類器官都是由特定疾病患者的幹細胞培育而成。例如在荷蘭,便有醫師為許多罹患纖維化囊腫這種代謝疾病的病人,培育了各自的迷你消化系統。「迷你腸道系統小歸小,卻非常完整。」漢斯.克萊弗斯(Hans Clevers)博士說,他是此技術的先驅之一。除了血管與肌肉之外,這個腸道類器官「該有的都有了,只是迷你非常多」,克萊弗斯又說。就這樣,在培養皿中成功測試出適合個別病人的正確藥物組合。

從實驗室意外誕生的未知生命體


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我們想讓你知道的是

隨著數位發展部的正式成立,臺灣公部門的數位轉型也邁入全新階段。我們透過專訪數位發展部數位政府司的王誠明司長,帶大家認識臺灣「數位治理」發展的前世今生,以及如何應用「MyData」串聯、應用既有資料,改變我們的日常生活!

資通訊科技的日新月異驅動社會飛速發展,無論日常購物、娛樂消遣甚至是人際互動,網路與各式數位服務幾乎滿足了現代人生活過半的需求。在這樣的背景之下,不只企業緊緊跟隨數位轉型浪潮,積極開展創新技術與服務,政府部門也開始導入資料及數據分析技術,善用「數位治理」驅動公共服務模式的變革,重塑民眾對於政府服務的想像。未來數位治理不只是要讓民眾申請資料更簡便,更希望能透過資料讓企業創新,同時也做到提供客製化個人服務的目標。

從資料應用發展創新服務,結合數位科技打造公私協力的智慧政府

我們一定都能有感數位治理帶來的改變,在2021年面對新冠疫情時推出的口罩供需資訊平台、健保快易通APP、健康存摺等的整合應用服務,我們多多少少都有用過。前者透過釋出口罩庫存量及特約藥局等開放資料,促成公部門與民間社群的協力合作,將「資料」轉化成簡易使用、更新即時的便民服務,讓大家知道可以到哪裡去買口罩;後者則整合臺灣健保系統,透過數位技術將資料公開及串聯,打造創新健康平台,不只個人就醫、查詢更加方便,也奠定了後續數位醫療服務的發展基礎。

不只是民眾有感,從國際評比的角度來看,在2021年早稻田大學與國際資訊長協會(International Academy of CIO, IAC)合作辦理的世界各國政府數位評比中,臺灣在全球64個主要經濟體中排名第10名,較2020年進步1名,在整體國際中表現也算前段班。

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數位發展部數位政府司司長王誠明。

那政府是從什麼時候開始數位化的呢?源頭可以追溯到1998年時推動的「電子化政府計畫」。長期投身電子化政府計畫的規劃與推動的數位發展部數位政府司司長王誠明回憶道:

「那時政府發展許多大型網路、服務資訊上網等基礎建設,並將戶政、地政等民生領域的人工服務流程優化為電子化的線上服務,過程累積了不少可應用的資料庫及大型資訊系統;到了2017年,安全傳輸、資訊分析整合等技術也漸漸成熟,國內外都意識到『資料』是提供服務的重要元素,於是政府便開始更著重於資料的分析與應用。」

從那時起,政府秉持著讓民眾參與政府運作的開放精神,展開「服務型智慧政府推動計畫」,以民眾關切議題的數位服務為優先項目,透過開放高應用價值資料與即時分析技術,提供民間資料應用的空間,或是由機關主動開發相關服務,不只對外增強政府的公共服務能力,對內也改善民主治理的運作機制,回應整體社會的數位化需求。

資料運用思維轉變:「資料治理」作為政策發展方針

王誠明司長特別強調,雖然電子化政府與智慧化政府乍看都是透過電子產品及數位技術加速政府服務,但在執行思維上卻有根本性的差別。傳統的政府服務多半從「公共事務管理」的角度思考,例如報稅、戶政、地政等,都朝向便於管理者管理的角度去開發;但在智慧化政府的發展觀念中,政府反而會站在民眾的角度思考,利用資料開放與分析技術等方式,鼓勵公私單位開發更多數位服務。例如過去政府開放實價登錄、公車路線、空氣品質等即時資料,衍生出實價登錄地圖、台北等公車等多元應用的APP,這些都是透過資料治理來滿足民眾生活需求的最佳範例。

隨著資料治理概念的深化,臺灣Open Data的服務也逐漸成熟,甚至在英國開放知識基金會(OKFN)的開放資料國際評比中獲得世界第一的殊榮。於是2015年,國發會從「賦權」概念出發、強調資料作為精準數位服務的基礎,打造「數位服務個人化」(MyData)資料自主服務,以「民眾自主決定資料如何使用、給誰用」的核心精神,打開政府服務的里程碑。

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Photo Credit:數位發展部「個人化資料自主運用(MyData)」網頁
My Data服務平台。

在過去,若民眾要到銀行辦理開戶或貸款等業務時,會因需要出示相關證明,所以得耗費許多時間往返機關與銀行辦理。如今透過MyData平台,辦理者經過不同等級的身分驗證後,就能即時將指定資料傳輸給指定機關,而且過程中民眾也可以隨時追蹤,知道資料傳到什麼地方、被誰使用;倘若資料不慎被盜用,民眾也能第一時間收到簡訊和Email通知來即時處理。

MyData平台的服務不只強化食醫住行育樂等民生領域的數位服務,王誠明司長也說,當中央與地方整合成熟之後,也希望跨足私部門,從監管力道強的金融產業開始,漸漸延伸至監管力道較弱,卻與民生息息相關的產業(如醫療),甚至期待在最終階段引入AI服務,落實資料智慧應用。舉例來說,未來民眾失業時只要告訴政府「我失業了」,MyData平台就能主動查詢、分析民眾同意開放的資料,藉由資料彙整及AI分析的智慧服務,主動回饋民眾如何申請補助、提供就業輔導等個人化建議。

由內而外深化數位治理,組織再造迎擊轉型挑戰

當政府則從「資料」的角度出發,打造新型態的公共服務模式時,「資料」不只化身為政府或企業組織間最珍貴的資產,也成為一切數位服務發展根基。不過,成千上萬的資料該如何妥善的管理、安全的傳輸、合法的應用,也成為智慧化政府發展過程的關鍵課題。對此,王誠明司長也坦言,這正是政府在轉型過程中面臨的三大挑戰:機關本身思維與行事風格的轉變、跨機關間資料傳輸的法律規範適用性,以及資料本身的個資保護問題。

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政府數位治理的三大挑戰:機關思維的轉變、資料傳輸的交換、隱私與方便的平衡。

所以如今政府透過組織再造,成立位階更高、權責更集中的「數位發展部」,把過去可能分別是通傳會、經濟部、國發會資管處、行政院資安處在做的事情重新整合,回應這些轉型過程中跨機關、跨領域的複雜問題,讓轉型過程中無論公私部門都有可以共同討論、解決問題的夥伴。

「數位轉型其實是一個持續的過程,它不是像轉骨一樣瞬間。它是一個持續的滾動調整,根據社會需要和當下技術,讓服務做得更好。」

王誠明司長也說,正因轉型是漫長的過程,所以數位發展部的角色就是在調整過程中能靈活運作、協調合作的機關,讓無論技術、制度、法律等層面的政府服務都能與資安會緊密結合,正確導入數位治理制度,落實資安與個資保護。

持續落實、不斷提升:數位治理永無止境

最後,王誠明司長也強調,深化數位治理不只該思考如何運用數位服務提升機關效能,也包含怎麼找出社會中沒能力使用數位服務的人,並給予幫助。若要達成這樣的目標,倚靠的就不只是技術成長,還包含整體數位環境的建置。仔細觀察臺灣社會近年的轉變,就能發現不少相似的痕跡──越來越多的數位服務不只作為應用的工具,深化公共服務效率及公民參與的可能性,還能打破傳統框架,成為新興的溝通媒介,建立公私部門之間不同的協力模式;更甚至我們還能從視訊看診、健康存摺等疫情應對措施中學習,也相信未來國家再度面臨困難或風險時,在數位治理的增能之下,可以更快速的恢復,並透過完善的數位工具解決難題,從中學習並不斷的強化精進。

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