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mRNA疫苗問世前的準備:BNT創辦人客製化腫瘤疫苗的技術研發之路

BNT的創辦人兼總裁、德國土耳其裔醫學家吳沙忻(左)和妻子圖雷西(右)。歐新社
BNT的創辦人兼總裁、德國土耳其裔醫學家吳沙忻(左)和妻子圖雷西(右)。歐新社

樹突細胞(dendritic cell)電腦模型<br />圖/截自<a href="https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A8%B9%E7%AA%81%E7%8B%80%E7%B4%B0%E8%83%9E" target="_blank">維基百科</a>
樹突細胞(dendritic cell)電腦模型
圖/截自維基百科

▌樹突細胞

這些新發現的其中一項關鍵,是一種形狀有如章魚般的奇特結構,在1970年代由加拿大免疫學家史坦曼(Ralph Steinman)首度發現。在位於曼哈頓上東區的實驗室裡,史坦曼透過一種特殊的顯微鏡,鑑定出這些有著樹枝般結構的「樹突細胞」(dendritic cell)。這項發現讓史坦曼在2011年獲頒諾貝爾獎,便是科學家在瞭解免疫系統過程中的失落環節。

接下來幾十年間愈見明顯的是,樹突細胞負責執行許多功能。這些「哨兵」駐紮在皮膚和組織裡,在體內巡邏,尋找細菌和病毒等外來入侵者的蹤影。一旦用觸手捕捉到入侵者,樹突細胞就會把入侵者送到體內特定地點,那兒有正在擦亮武器、等待召喚、負責狙擊任務的T細胞,以及隨時準備戰鬥、負責製造抗體的B細胞。先天免疫系統的標準步兵團和後天免疫系統的專責單位之間,正是由樹突細胞擔任溝通橋梁。

在這對夫妻的想像中,樹突細胞是免疫軍隊的高階將領,從環境中和其他細胞那兒收集資料並加以分析,再利用這些情報把軍隊派遣到戰略前哨。對此深深著迷的吳沙忻夫婦開始研究樹突細胞,在相關研討會中聆聽演講(包括史坦曼的演講),也關注同行科學家所做的研究,以瞭解樹突細胞在人體免疫反應中所扮演的關鍵角色。

憑藉著對免疫系統的溝通方式有了全新且不斷深入的瞭解,癌症免疫學家開始進行許多臨床試驗。他們招募已經試遍所有標準療法的病人,利用胜肽、蛋白質和病毒載體,把新發現的腫瘤特徵描繪在「通緝犯海報」上,送進自願受試者體內。公開發表的學術論文指出,這類方法有些確實可以觸發受試者體內的T細胞反應,激勵著這對夫妻繼續從事相關研究。

但吳沙忻夫婦知道,為這些早期試驗的結果而感到興奮為時過早。許多研究人員並沒有瞭解到,他們對手的本性多麼頑強。

不同於外來的病原體,癌細胞是內部的敵人,它們由健康的細胞演變而來,等到需要使用藥物時,癌細胞已經擴散到病人全身,這會讓免疫系統的狙擊手難以辨認敵我。

這種敵人的陣仗也著實驚人。儘管只是個直徑一公分的小腫瘤,就包含了多達十億個癌細胞。一個直徑五公分的腫瘤裡就有一千兩百五十億個癌細胞。每一天,癌細胞都會不受控制的進行分裂,數量不斷增加。

刺激T細胞加入戰鬥是不夠的,「我們算過,當時可用的癌症疫苗技術所能激起的免疫反應,比實際所需的強度低了一百到一千倍,」吳沙忻回憶道:「免疫系統的軍隊要不是對癌症疫苗沒有反應,要不就是根本沒機會戰勝具備壓倒性優勢、數量遠遠超過它們的癌細胞。」

他們瞭解到,必須部署龐大的T細胞軍隊才能成功地與如此強大的對手,來場細胞與細胞的對戰。「我們知道需要另一種疫苗,」吳沙忻說道:「要成功地實現這個想法,必須有更強大、更有效的疫苗。」

▌客製化的腫瘤疫苗

之所以需要更好的技術還有另一個原因。隨著吳沙忻夫婦的研究有所進展,世界各地的學者愈來愈清楚每個人的癌症都不一樣,不一樣到無法以「一網打盡」的藥物來處理的程度。一開始相當看好癌症疫苗前景的腫瘤免疫學界也得接受現實,那就是用這種方法對抗腫瘤,並不如他們所想的那麼容易。

出於失望,有愈來愈多科學家轉向其他主題,但在薩爾邦大學的實驗室裡,吳沙忻夫婦繼續深入挖掘。「如果每種癌症都不一樣,」他們心想:

「那我們何不開發一種可以針對每位病人的腫瘤進行量身訂做的疫苗技術呢?」

為此,他們需要做到兩件事。「第一件事是找出跟免疫軍隊交流的通用方式,讓它們精準地瞭解敵人的分子特性,」吳沙忻這麼說:「另一件事就是發出警報,強調必須針對這項資訊優先採取行動。」在實際面上,他們需要一種可以直接把訊息傳達給樹突細胞(免疫系統將領)的方法,並讓它們詳細瞭解正在接近的敵人有哪些特徵,如此一來,樹突細胞才能大規模地部署免疫軍隊。

DNA是吳沙忻夫婦最初的選擇之一。

不同於之前的疫苗,直接接種含有DNA的疫苗,並不需要先在細胞培養物或雞蛋中培養出被當作「通緝犯海報」來使用的蛋白質。取而代之的是,這項技術讓醫生只需傳遞基因資訊,也就是一組製造蛋白質的指令,到人體內。

如果樹突細胞認真看待這項資訊,那麼人體就可以根據這些指令,以蛋白質的形式自行製造出「通緝犯海報」,當成是訓練T細胞所用的標靶,這在對抗癌症時尤其重要。吳沙忻夫婦在小鼠身上進行DNA疫苗試驗,得到一些令人興奮的初期成果。但是,當他們試圖在人類的樹突細胞上如法炮製時,卻換來失望的結果。

因為DNA可說是基因訊息的原稿,通常深藏在位於細胞中央的細胞核裡。齧齒類動物的細胞分裂時,可以允許外來的DNA分子進入細胞分裂時形成的間隙當中,但人類的細胞沒有這麼好客。事實證明,人體樹突細胞對外來DNA的吸收既不均勻也不充分。

很快地,吳沙忻夫婦就根據克里克(Francis Crick)首度提出的分子生物學的中心法則,也就是DNA製造RNA,RNA製造蛋白質,找出了解決方法。換句話說,帶有基因資訊的源頭DNA把製造蛋白質的指令交給RNA,再由RNA把指令帶到細胞的生產線上。

人工合成的RNA很容易製造,而且就這兩位醫生所知,這種人工分子是安全的。與其將DNA送入病人體內,讓DNA製造出RNA,再讓RNA指揮細胞工廠製造有「通緝犯海報」作用的蛋白質,不如從中切入,直接把RNA送入人體。

更棒的是,mRNA只負責一項任務,就是把DNA所含的實際指令,傳送到細胞生產線上,而且mRNA完成工作的地點大部分在細胞質。位於細胞膜之下的細胞質是細胞中一塊大面積的區域,製造蛋白質的辛苦工作就在這裡進行。吳沙忻夫婦推論,比起把外來DNA送進不好客的細胞核裡,把mRNA送進細胞質容易多了。

※ 本文摘自《光速計畫:BioNTech疫苗研發之路》。


《光速計畫:BioNTech疫苗研發之路》

作者:喬.米勒, 吳沙忻, 厄茲勒姆.圖雷西

譯者:陸維濃

出版社:天下文化

出版日期:2022/03/31

《光速計畫:BioNTech疫苗研發之路》書封 <br />圖/天下文化提供
《光速計畫:BioNTech疫苗研發之路》書封
圖/天下文化提供

mRNA 癌細胞 BNT疫苗 新冠肺炎

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