《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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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。

不過,科學家其實已經開始進行下一步:他們想讓類器官繼續生長,最終希望能大到可移植至人類體內的地步,如人工卵巢之類。美國某研究型醫院的醫師,已成功製出具卵巢部分功能的人工生理組織。該實驗以小鼠進行,不是直接做人體實驗,但頗具成效:幾週之內,該合成卵巢便已分泌出許多荷爾蒙。

生育能力與人類生殖是合成生物學裡頗令人期待的領域。其中一個很顯而易見的原因是:數以百萬的人無法以自然的方式受孕生子,因為自然機制在他們身上無法順利運作,或是重要器官有缺陷。但另一方面,當然也是因其商機無限。為了完成養兒育女的心願,許多人不惜下重本去進行。雖然,過去幾十年來,生殖醫學已有長足的進步,無論是採用人工受孕、荷爾蒙療法或其他方法,已有許多人受益。不過,仍有不少人的希望落空。究其原因,也包括愈來愈多人在年近四十時才開始求子,而這時,與生俱來的生物機能往往已力不從心。

但想想,既然能設計與操控幹細胞去長成迷你器官,那麼,是不是也能生長為精子或卵細胞呢?理論上是可以的,只要知道細胞如何決定要變成何種器官形態。科學家期望,若能理解細胞發展的每個步驟,就可在實驗室進行仿製。這其實也是合成生物學的核心思想。

不過到目前為止,雖然類器官方面有了不錯的成果,也有辦法迫使幹細胞長成所希望的器官型態,但仍無法將幹細胞轉為生殖細胞以製造出人工卵子或精子。但突破的時刻,應是指日可待。日本已有活生生的小鼠產自合成卵子,那是研究人員改造小鼠尾巴幹細胞而來。這是非常複雜的技術,但若仔細閱讀發表在《自然》期刊上長達二十頁的科學報告,就會立刻明白:這成果絕非偶爾,其實早就有跡可循。

這些科學方面的進步也吸引了大批投資者。對於專治不孕症的醫院與製藥集團來說,在實驗室製造嬰兒的保證之下,必然也確保了億萬商機。或許不孕醫學領域也該來個大匯聚,讓各種新式科技在此交會融合,未來發展才精彩可期。哈佛大學幹細胞研究所,已有研究人員嘗試結合基因編輯與幹細胞研究,希望能製出人工生殖細胞。至於把所有合成生物學的技術通通用上(包括生物列印、類器官、基因編輯與幹細胞),是為了有朝一日能培育出人工的人類胚胎,這點是可以確定的。因為第一步其實已經跨了出去,儘管是不小心發生的。

密西根大學(University of Michigan)的一則YouTube影片,非常清楚的呈現上述所言。這是一部快轉影片,從影片中可看到,幹細胞如何在四天之內自行發展出與人類胚胎類似的結構。該校生物工程師做的其實是生物列印實驗,原想藉由胚胎幹細胞生仿出大腦組織。沒想到,這個幹細胞生長得比預期的快,而且完全出乎意料地顯現出明確的胚胎構造特徵:也就是說,研究人員並沒有成功製出計畫中的類器官,但卻做出了類胚胎(embryoid)。這個實驗室產物並沒有辦法成長為真正的人,因為缺了心臟或大腦的細胞類型。不過其間所牽涉到的倫理意涵,也讓研究人員瞬間精神緊繃了起來。這在培養皿中生長的,到底是什麼東西啊?哈佛的科學家建議用「SHEEF」這樣的名稱:「synthetic human entities with embryo-like features」,約莫是「具類似胚胎特徵的合成人類體」。

但無論怎麼命名,事實就是:有項新技術已發展了出來,某些科學家稱之為「合成胚胎學」。英國劍橋已有研究人員取多種幹細胞,研製出逼真的六天大小鼠胚胎。而密西根大學的科學家雖然心理上懷抱著倫理上的疑慮,卻仍埋頭繼續著他們的類胚胎研究。

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書籍介紹

本文摘錄自《明日醫學:終結絕症×訂製基因×永生不死,迎接無病新世紀》,寶鼎出版
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作者:湯瑪斯.舒茲(Thomas Schulz)
譯者:林琬玉

是基因科技新時代的黎明時刻,抑或是擊潰社會正義的黑暗時代?
——關鍵就在於我們抱持何種態度,以及對這場醫療革命的認識多寡!

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基因操控、製造人工器官、把人腦與機器連結⋯⋯
《星際爭霸戰》、《艾莉塔》不再是空談
運用新技術解碼並重寫命運的未來,近在咫尺

在矽谷,這個向來被視為孕育超凡理念、改變世界發展的完美溫床,一場撼動人類生命的重大變革已鋪天蓋地襲來:這回是醫學發展上的一波新高峰。科技巨擘如Google、微軟、Facebook和IBM,以及無以計數的新創公司,藉由演算法、人工智慧與大數據分析等快速發展的新技術,正爭相致力於為個人量身打造完美的診療方法,除了要在這個全球商機上兆的領域奪得一席之地,更要引領眾人前往一個更健康且更長壽的無病時代。

《明鏡週刊》駐矽谷特派員湯瑪斯.舒茲,以獨家管道深入矽谷祕密研究實驗室與工作現場,匯集超過150次以上的訪談內容,以觀察入微的細膩筆觸帶領讀者由淺入深,一窺這個當紅產業的獨家內幕:

  • 抗病之戰:影像辨識、AI深度學習、免疫療法的躍進,不僅讓阿茲海默症、帕金森氏症、癌症等絕症的治癒之路出現一絲曙光,以往模糊難辨的心理疾病也能藉由大數據分析、穿戴裝置更加精確有所進展。
  • 基因編輯:治癒失明、訂製寶寶、遏止傳染病……只需要運用「CRISPR」這把便宜又簡單的「基因剪刀」,人類想一手掌握自己的完美進化已不是夢,甚至還能製造出符合需求的實驗鼠,讓臨床研究進程跨進一大步。
  • 人工器官:影集《西方極樂園》中所呈現的3D列印技術,若能使用在醫療領域上會是何種光景?人體器官組織都能人工製造,不必再苦等適合的捐贈器官;更有研究人員正努力製出合成精子、卵子,未來生命很可能完全於實驗室中誕生。
  • 腦機共生:用說的太麻煩,直接心電感應如何?矽谷工程師致力研發可植入大腦的晶片或穿戴式大腦數據機,擷取腦中的語言訊號並轉換成文字,不僅能夠協助癱瘓、失明、語言障礙患者溝通,也可以更精確地與電腦交流。
  • 長生不老:我們是否能拜未來醫學之賜而青春永駐?藉由尋找隱藏在年輕血液之中,和老化相關的生物標記,或是運用幹細胞讓身體重開機,也許未來人人都能健康地活到兩百歲。

作者不僅在本書中闡述各種彷彿來自幻想的先進技術,說明未來醫學將為我們每個人帶來何種機會與風險,更不忘大聲疾呼,眾人應一併思索與面對那些隨之而來、在政經與醫療政策方面的各方衝擊與挑戰:這場醫療革命將導致未來療程更加客製化,其費用卻也將愈發高昂;基因編輯得以讓嬰兒免於先天疾病的傷害,但是否會產生副作用卻未可知;為了讓治療更加精確而提供的個資,是否有被濫用的疑慮?道德底線該設在何處?遙望未來,無論是政府、企業或個人,都得去設想不斷進化的醫療技術將產生的衝擊與課業,唯有調整至正確的發展方向,才能自這個即將開展的醫療新世界中受益。

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Photo Credit: 寶鼎出版

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航