「與台灣同行」—蛋白質疫苗的優缺點,和關鍵技術
高端疫苗是台灣首支與美國衛生研究院(NIH)合作開發的疫苗,與另一款美國生物科技公司諾瓦瓦克斯(Novavax)所研發的Covid-19疫苗同樣採取「蛋白質次單位技術」(即「基因重組蛋白技術」)。
■美國諾瓦瓦克斯(Novavax)同樣採用蛋白質次單位技術來研發疫苗
美國生物科技公司諾瓦瓦克斯(Novavax)表示,其研發的兩劑式Covid-19疫苗,在美國和墨西哥的第三期大型臨床試驗結果顯示,對有症狀感染具有逾9成的保護力,對中度至嚴重感染的保護力更達百分之百,且對全球主要變種病毒株的保護力也達9成。
根據美國全國公共電台(NPR)報導,美國藥廠諾瓦瓦克斯採用「蛋白質次單位技術」,這種疫苗與已在美國獲得緊急授權使用疫苗,其不同之處在於此種疫苗包含棘狀蛋白本身,人體無需再製造,再搭配一種輔劑,以強化免疫系統反應,可讓疫苗更具保護力。
《自然醫學》(Nature Medicine)期刊最新研究也指出,藉由以Covid-19復原患者血清的中和抗體濃度做比較,結果顯示七款Covid-19疫苗中,保護力最佳的是莫德納、諾瓦瓦克斯及輝瑞,其次分別為俄國衛星五號疫苗、AZ與嬌生,最後則是中國科興疫苗。
蛋白質重組技術過去曾用在B型肝炎與百日咳疫苗。台大醫院小兒感染科醫師李秉穎曾表示,蛋白疫苗不會像mRNA或腺病毒到處跑,該疫苗透過肌肉注射讓局部產生免疫反應,不會有過敏性休克或血栓等副作用;此外,蛋白質的物性比mRNA穩定許多,因此無須特殊冷鏈要求[1]、[2]。
■蛋白質疫苗的優缺點,和關鍵技術
蛋白質疫苗的目的,是讓「白血球看到『關鍵的』蛋白質」。在三十多年前,用純粹的病毒蛋白質做為抗原的首款疫苗-B 型肝炎疫苗上市。
相較於常聽到的 mRNA(如:莫德納)、腺病毒載體(如:牛津 AZ)、去活性(如:科興)疫苗等,使用純粹的蛋白質做為疫苗,有以下優點:
►使用歷史悠久
▪蛋白質疫苗開發至今,已累積了三十多年以上的接種經驗。
▪如我們熟悉的「B 肝疫苗」、「子宮頸癌疫苗」等。相較於 mRNA、腺病毒載體疫苗,蛋白質疫苗在臨床熟悉或民眾信任度上,更讓人放心。
►友善保存環境
▪蛋白質疫苗僅需 4℃ 保存。
▪相較於需要低溫冷鏈的 mRNA 疫苗,保存與運輸條件更便利。
►沒有血栓副作用風險
▪已知腺病毒載體疫苗(如牛津 AZ)有一罕見但致命的副作用:「血栓併血小板低下症候群(Thrombosis with Thrombocytopenia Syndrome, TTS)」。目前推測可能是由疫苗外洩之負電的核酸所引起,而蛋白質疫苗不含類似物質(帶負電之高分子),較無此疑慮。
►沒有整顆病毒的風險
▪歷史上曾發生幾件慘烈的疫苗事故,都與直接使用病毒的去活性有關。1955 年的美國,藥廠用整顆病毒製作小兒麻痺疫苗時,因為未能完全殺死病毒,也就是疫苗內仍有活病毒,結果導致 4 萬人染病、近兩百人癱瘓、10 名孩童死亡。蛋白質疫苗不使用整顆病毒,無此疑慮。
蛋白質疫苗也有天生的缺點:因為「不夠像病毒感染細胞」的過程,而產生的免疫力不足。所以此類疫苗中,有兩個關鍵成分:「抗原」及「佐劑(adjuvant)」。
►「抗原」讓白血球認識敵人
▪Novavax 疫苗抗原的特色,在於使用「修飾後穩定態的棘蛋白(spike protein)」。
▪從 2002 年的 SARS 後,科學家針對冠狀病毒累積了各類研究。他們發現,想對該病毒家族開發疫苗,「表面棘蛋白」是最好的抗原。
▪科學家可透過基因工程,讓細胞生產大量的目標蛋白質;大量的棘蛋白被生產,並黏著在奈米顆粒上,形成表面佈滿抗原的奈米粒子(30~40 nm)。而這種大小、仿似真實病毒的奈米粒子(virus-like nanoparticles, VLPs)設計,能誘使淋巴系統捕捉、進一步提升抗原被白血球吞噬、辨認的效果。
►「佐劑」模仿微生物入侵的信號,激發更強烈的抗體反應
▪Novavax 的佐劑(Matrix-M™)則使用了樹皮裡的東西。
▪皂樹(Quillaja saponaria)的樹皮萃取物:皂苷(Saponin),它能讓局部組織發炎、受損,模仿病原體入侵人體的反應,呼喚更多的免疫細胞到達現場、吞噬更多抗原[3]。
■次單位疫苗 ─「重組蛋白疫苗」
次單位疫苗是最近幾十年發展出來的技術,「次單位」意為只取病原體一部分結構製成疫苗。
作法有兩種:
▪一種天然的次單位疫苗,直接培養病毒再取出病原體一部分毒素,純化減毒後做疫苗。
▪另外一種是重組的次單位疫苗,又稱重組蛋白疫苗,這次國內3家疫苗廠,國光生技、高端疫苗及聯亞生技,研發的新冠疫苗即是「重組蛋白疫苗」。
「國家衛生研究院感染症與疫苗研究研究員暨生物製劑廠」劉士任 執行長解釋,所有的生物體包括病毒及細菌都有基因,也就是DNA,DNA製造RNA、RNA製造蛋白質,病毒或細菌外殼有很多不同表面蛋白,重組蛋白疫苗就是在病毒外殼的蛋白中,篩選出所需的病原蛋白質,以基因工程的技術,將蛋白質的DNA序列植入細胞培養,使細胞長出病毒蛋白質加以純化,再製成疫苗打入人體,讓免疫系統經由偵測到病毒蛋白產生免疫反應。
現在的B型肝炎疫苗跟HPV(人類乳突病毒)疫苗,都是用重組蛋白的技術來製成疫苗。但蛋白質純化需要時間,而且不同蛋白質純化技術不一樣,開發蛋白質疫苗需較長時間[4]。
■因應未來新興傳染病,長期備戰才是正解
冠狀病毒與流感病毒同屬RNA病毒,流感病毒由8條、冠狀病毒由1條RNA組成,它們的複製過程由於缺乏校對機制,容易累積突變。中研院基因體研究中心研究員馬徹分析,這就是RNA病毒如此善變難搞的原因,連研究了百年的流感,到現在都還找不到萬用疫苗預防或萬靈丹治療,更遑論是人類還很陌生的冠狀病毒,不過相關領域的科學家仍持續在努力。
新冠肺炎全球大流行,甚至有流感化趨勢,馬徹語重心長地說,這是全世界要一起面對的問題,大家不必過度恐慌!新冠肺炎不會是人類最後一個面對的新興傳染病,說不定10年後又有新疫情爆發,任何國家都要長期投資備戰,對於新興傳染病的相關研究是「養兵千日,用在一時」[5]。
【Reference】。
1.來源
➤➤資料
∎[1] (自由時報)「高端二期解盲成功》技術同門Novavax」:https://ec.ltn.com.tw/article/paper/1454103
∎[2] (自由時報)「諾瓦瓦克斯疫苗 保護力逾9成」:https://news.ltn.com.tw/news/world/paper/1454747
∎[3] (PanSci 科學新聞網)「Novavax 疫苗的優缺點?蛋白質疫苗的關鍵技術!」:https://pansci.asia/archives/323206
∎[4] (康健雜誌)「台灣新冠疫苗最快3月到貨,5張圖看懂疫苗怎麼做」:https://www.commonhealth.com.tw/article/83548
∎[5] (科技大觀園)「檢測、治療、疫苗——科學家抗疫總動員」:https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=8800cc8c-085a-40b3-a127-98437cb071ad
➤➤照片
∎(康健)「台灣新冠疫苗最快3月到貨,5張圖看懂疫苗怎麼做」:https://www.commonhealth.com.tw/article/83548
∎「Vaccinating health and care staff」:
https://content.govdelivery.com/accounts/UKDEVONCC/bulletins/2b3f58d
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Nature Medicine
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[免疫人生] 如何獲得免疫力….談免疫、免疫力與疫苗!
雖然進入五月中旬後,台灣新冠肺炎(武漢肺炎)疫情大爆發,但不幸中的大幸是我們已撐過了去年疫情剛爆發時最艱辛的2020年,現在已有控制疫情的良方~”疫苗”的問世。
疫苗能讓我們獲得免疫力,而多數人獲得免疫力(群體免疫)則是我們未來生活是否能恢復正常的關鍵。所以今天Stella要帶大家來認識免疫系統、免疫力與疫苗的關聯,並簡單介紹一下武漢肺炎疫苗。
▌免疫力是抑制疫情傳播的關鍵!
不知道大家是否曾想過,"為什麼流感和武漢肺炎兩種疾病同樣都是由病毒所引起,且都是透過飛沫傳染,但我們飽受了武漢肺炎對個人健康(包括生命)、社會民生和經濟的衝擊,卻不用擔心流感帶來的威脅?…Why?"答案就是對病毒有無免疫力!
流感在人類社會已有超過百年的歷史,這意味著大部分人都曾多次接觸過此病毒,並對它有一定的免疫力。再加上人類對如何處理流感病毒早已有豐富經驗,例如施打流感疫苗及使用各種抗病毒藥物等。所以流感並不會造成大規模疫情,且能預防其引發的重症或致死風險,因而不會帶給我們太大的威脅。
武漢肺炎卻是一個全新的病毒,因此沒有人對它有免疫力。再加上此病毒早期即有傳染力,而且不容易預防,故易快速擴散引爆大規模疫情。隨著感染人數的增多,重病和死亡風險將增加,醫療可能因不堪負荷而崩潰,且還會衝擊社會、民生與經濟。
所以若想要恢復武漢肺炎爆發前的日常生活,希望武漢肺炎能像流感般,不會影響我們健康與民生經濟,就需要大部分人對此病毒具有免疫力。而根據目前專家普遍的看法,武漢肺炎群體免疫門檻為70%,也就是說,要有七成以上的國人都擁有免疫力,我們才能徹底免於武漢肺炎疫情的威脅、恢復之前的正常生活。
▌免疫力是如何獲得的? 淺談免疫系統與免疫力
想要獲得免疫力方法有二:直接接觸並感染病毒且戰勝病毒;或施打疫苗。首先,我們先來了解接觸、感染病毒是如何讓我們獲得免疫力的。
在自然的情況下,在被病毒等致病微生物感染且痊癒後,我們會獲得對該病毒的免疫力,讓我們得以免於同樣病毒的威脅。這整個過程大概是這樣的:
1.病毒等致病微生物打破皮膚、黏膜屏障,進入身體。
2.在體內巡邏的免疫細胞,如巨噬細胞、白血球等發現入侵者,大量免疫細胞趕到案發現場參戰,透過吞噬等方法來殺死敵人。
上述過程稱為「先天性免疫反應」,若入侵者不強,這個階段即可清除敵人,而後身體會開始進行修護,最後傷口會癒合並恢復原狀。但若敵人太強,光憑巨噬細胞、白血球無法殲滅入侵者的話,就會激活「後天性免疫反應」,針對入侵者發動”針對性”的免疫攻擊。這個階段上場的免疫細胞包括T細胞、B細胞等,而我們一般常聽到的抗體,以及免疫力都是在這個階段產生的。
3.「後天性免疫反應」:巨噬細胞等抗原呈現細胞將入侵者的片段組織(抗原)呈現給T細胞(TCR),激活後天性免疫反應。在這個過程中,B細胞會根據入侵者的抗原,生產"客製化"的專門武器~抗體;另外還會活化包括毒殺T細胞等免疫細胞來消滅入侵者,發揮免疫防禦的功能。
首次接觸病毒時,因為需要辨識入侵者的抗原,並針對其發動專一性的免疫反應,所以較費時,約5~10天或更久的時間(因人而異)。但當打完首戰後,免疫系統會產生記憶細胞,記錄下這些作戰訊息,所以下次當同樣的敵人再度入侵時,身體就能迅速(約1~3天)且大量產生免疫反應,讓我們較輕易就能戰勝敵人,此即俗稱的免疫力。(參考圖一)
▌為什麼疫苗能讓我們獲得免疫力? 淺談疫苗的作用原理
如前所述,接觸並感染病毒能讓我們獲得免疫力,保護我們免於同樣病毒的威脅,但直接接觸病毒畢竟有健康與生命的風險。以武漢肺炎為例,儘管大多數人感染者都是輕症,會戰勝病毒而痊癒;但仍有部分人感染後出現重症,在打完戰後留有後遺症;也有少數人因打輸病毒而喪命…為了降低感染病毒帶來的健康與生命風險,於是有了疫苗的誕生。
疫苗係利用”免疫系統具有記憶力”的原理,讓身體事先”演習”敵人入侵、免疫細胞作戰的過程,使身體得以在安全的狀況下產生免疫記憶(=免疫力)。以武漢肺炎為例,目前開發的疫苗主要有三種:含完整病毒的死毒(或稱滅活)疫苗,使用病毒片段(就武漢肺炎來說就是病毒的棘蛋白)的蛋白質疫苗,和基因疫苗~mRNA、DNA疫苗,這些方法都比讓我們直接接觸病毒來獲得免疫力安全多了。(參考圖二)
[武漢肺炎疫苗種類]
*滅活疫苗(或稱死毒疫苗):先殺死病毒(稱為滅活),之後再將病毒的屍體送入體內,誘發免疫反應。使用這個技術的疫苗有中國科興疫苗、國藥集團疫苗;印度的Covaxin疫苗。
*蛋白質疫苗(或稱重組蛋白疫苗):利用基因技術,在體外先培養出要使用的病毒蛋白質,經純化後,再將蛋白質打入人體,激活免疫反應。台灣的高端疫苗、聯亞疫苗;美國的Novavax疫苗都是使用這種技術。
*基因疫苗(mRNA或DNA疫苗):蛋白質是由DNA而來,DNA經轉錄會形成RNA,之後再經轉譯合成蛋白質。基因疫苗就是將合成病毒棘蛋白的基因訊息(mRNA或DNA)送入體內,由人體細胞自行合成蛋白質,再激活身體免疫反應。知名的輝瑞和莫德納疫苗就屬於mRNA疫苗;而大家耳熟能詳的AZ疫苗、J&J 嬌生疫苗則是以腺病毒為載體的DNA疫苗。
總結來說,想要終止武漢肺炎對我們健康、社會民生與經濟的威脅、恢復正常生活,就需要有七成以上的國人都具有免疫力。而獲得免疫力的方法只有兩種:直接接觸病毒、感染武漢肺炎,或施打武漢肺炎疫苗。前者(直接感染)相當於裸身上戰場,會有較高的健康和死亡風險,後者(打疫苗)相當於武裝上場,讓我們較容易打贏病毒,抑制疫情的擴散,並降低因感染引起的重症和死亡風險。所以,我個人始終認為”是否要打疫苗”根本是個偽命題,因為聰明人才不會有武器不用,選擇讓自己裸身上場和病毒搏鬥啊。
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武漢肺炎是RNA病毒在宿主中如果病毒量不高的話很難驗得到,這也是會發生的事情,但如果有不舒服的症狀可是還是qPCR陰性,也可能是免疫風暴,大家可以google。也順便搜尋RNA病毒跟DNA病毒的差別,這裡不贅述。
所以才說隔離、阻斷病毒傳遞會比快篩啊qPCR檢驗來得重要,讓病毒停在你這個宿主不要傳出去。
但對防疫中心來說病毒基因定序分析仍舊是重要的,才可以隨時知道是否是變異株,或者找到傳染源,但對民眾來說,你們的好奇心其實不是很有幫助,包含各種揣測、獵巫、陰謀論。
也不用扯去年防疫成績跟今年相比,病毒過了一年突變超多次的好嗎!它是RNA病毒欸!因為單股核酸病毒到宿主身上複製時,就是比雙股核酸病毒增加變異的機會,但不一定變異變得更毒或者傳染力更強,但突變點增加的確是會影響疫苗的研究,不要再扯去年跟今年,腦袋沒有進步也不要以為病毒沒有進化。
說到疫苗,從以前到現在就是醫護警消第一線先施打,我理解每個人都很著急,但醫護警消面對的危險更大,搶什麼?到底罵什麼啊?先想想自己能為防疫做什麼吧?不妨試看看不要酸多點鼓勵好嗎?
大家仔細想看看流感病毒也是RNA病毒,人類學著與它共存,每年預測流行的病毒株然後配置疫苗,每年都要調整都要施打。
面對武漢肺炎病毒每個人可以做的就是阻斷病毒傳遞鏈,耐心地互相支持給予第一線醫護警消安定的力量,這才是全民防疫的真諦,全民一起扛全島一命。最終控制住以後就是學著與病毒共存。
#沒有誰可以置身事外
#責任始終落在自己身上