1、生物技術生物技術教師教師:林維莉林維莉第01週：緒論第02週：生物技術範疇與發展第03週：生物科產業常用微生物種介紹第04週：分子生物技術原理與基本應用(一)第05週：分子生物技術原理與基本應用(二)第06週：生物科技於刑事科學上的應用：DNA鑑定與微量物證鑑定第07週：生物科技於醫學上的應用：疫苗開發與製程第08週：生物科技於醫學上的應用：病原微生物快速檢驗試劑開發與應用第09週：期中考第10週：生物科技於醫學上的應用：生物製劑與基因重組藥品開發與應用第11週：生物科技於醫學上的應用：癌症及藥物治療發展第12週：生物科技於生殖醫學上的應用：不孕症治療、臍帶血與幹細胞第13週：生物科技於醫學美
2、容上的應用第14週：基因轉殖動物發展與應用第15週：基因改造食品發展與應用第16週：小組討論第17週：小組討論第18週：期末考第11週：生物科技於醫學上的應用：基因重組藥品開發應用與癌症及藥物治療發展基因重組藥品癌症及藥物治療發展癌症癌症癌症最常見的疾病名稱為惡性腫瘤惡性腫瘤。中醫學中稱為岩岩，是指由控制細胞分裂增殖機制失常而引起的疾病。癌細胞除了分裂失控外，還會局部侵入週遭正常組織，甚至經由體內循環系統或淋巴系統轉移到身體其他部分。癌症是怎樣擴散的？癌症是怎樣擴散的？就算癌細胞增生得只如針頭一般大小，其實它已長出自己的血管，這叫做血管增生(angiogenesis)。有時候，癌細胞會通過血液
3、或淋巴系統等管道，去侵襲身體其他器官。當癌細胞到達新的器官時，它們可能會在那裡繼續增生，並 在該處繁殖成為繼發性(secondary)或轉移性(metastasis)的腫瘤。癌細胞能持續生長而不受外在訊息調控，可能是原本正常的原癌基因被激活，將細胞誘導成癌變狀態，但主要還是因為一些與控制細胞分裂有關的蛋白質出現異常，如腫瘤抑制基因的功能失常。亦有可能是因為該蛋白編碼的DNA因突變而出現了損傷，轉譯而出的蛋白質因此也出現錯誤。要將一個正常細胞轉化成一個惡性腫瘤細胞通常需要許多次突變發生，或是基因轉譯為蛋白質的過程受到干擾。癌症會傳染的嗎？癌症會傳染的嗎？不會。癌症並不會傳染，故此，與癌症患者接觸
4、是相當安全的。癌症會遺傳嗎？癌症會遺傳嗎？家族中如有成員曾患癌症，例如乳癌或大腸癌，其患上此類癌症的風險可能會較高。在少數家庭中，控制細胞分裂的變異基因更可能一代代遺傳下去。儘管某些家庭成員的患癌風險較常人高，但並非每個人都會患上癌症。癌症有許多類型，而嚴重程度是依據醫生根據受檢者的活體組織切片或經手術取得的組織，甚至是生物標記的含量評估其癌細胞所在部位以及惡性生長的程度，及是否發生轉移，作為診斷。一旦診斷確定，癌症通常以結合手術、化療和放射療法的方式進行治療。隨著科學研究的進步，開發出許多針對特定類型癌症的藥物，也增進治療上的效果。如果癌症未經治療，通常最終結果將導致死亡。肝癌發生肝癌的治療
5、肝癌的治療肝癌的診斷手術移植、切除、動脈手術移植、切除、動脈栓塞治療栓塞治療、局部治療，、局部治療，局部治療又包括了無線局部治療又包括了無線射頻燒灼術射頻燒灼術（俗稱電燒（俗稱電燒）及）及酒精注射治療酒精注射治療，還，還有近幾年發展出來的有近幾年發展出來的標標靶治療靶治療。一般而言，以手術切除一般而言，以手術切除及無線射頻燒灼術治療及無線射頻燒灼術治療效果最好。效果最好。80年代開始純酒精注射，90年代經皮微波凝固治療術以及新近的射頻燒灼術都是屬於根除性的燒灼治療。腫瘤射頻燒灼術是近年來治療肝癌的新技術之一，其是在超音波或電腦斷層掃描指引下，把射頻電極針放進腫瘤內，以電流產生高週波能量在腫瘤目
6、標區域內穿梭，由於高週波震動目標組織，使組織內的正負離子分離並快速移動，進而摩擦生熱。這種組織自身產生的高熱可使組織細胞壞死，藉由熱傳達使腫瘤完整燒灼。溫度達42-60以上使細胞蛋白質開始變質，甚至壞死。射頻消融術不但能針對小於3公分的肝癌以單針做治療，即使是大如10公分的肝癌，也能以多針進入做治療，由於免開刀、復原快，對肝功能影響也較少。手術後第一年的生存率為95%，第二年為88%，第三年為78%，而局部再發率及合併症小於5%，在肝癌治療上是非常優異的成績。近幾年來燒灼治療術逐漸受到重視的治療方式，引領近十年來肝癌治療的主流。治療肝癌時，除了考慮治療方式的效果好壞之外，治療肝癌時，除了考慮治
7、療方式的效果好壞之外，其實病人本身的肝臟功能、腫瘤的特質（包括大小其實病人本身的肝臟功能、腫瘤的特質（包括大小、顆數、位置等），這些都需要詳加評估，才能達、顆數、位置等），這些都需要詳加評估，才能達到治療腫瘤的目的，但又不失安全考量。到治療腫瘤的目的，但又不失安全考量。其實每一種肝癌治療方式，都有其優缺點，以動脈其實每一種肝癌治療方式，都有其優缺點，以動脈栓塞治療為例，雖然它的治療效果可能不完全，但栓塞治療為例，雖然它的治療效果可能不完全，但卻能做較大範圍的處理，因此，如果是多顆腫瘤通卻能做較大範圍的處理，因此，如果是多顆腫瘤通常會以栓塞治療為優先選擇。常會以栓塞治療為優先選擇。此外，針對栓塞
8、後殘存的腫瘤，必要時，也會考慮此外，針對栓塞後殘存的腫瘤，必要時，也會考慮用無線射頻術加以補強，以達更好更完全的治療成用無線射頻術加以補強，以達更好更完全的治療成效。效。因此，並非不能手術切除，肝癌就無法得到良好的因此，並非不能手術切除，肝癌就無法得到良好的治療，還是可以用其他治療方式，將肝癌好好處理治療，還是可以用其他治療方式，將肝癌好好處理控制的。控制的。引起基因突變的物質被稱為致癌物質，又以其造成基因損傷的方式可分為化學性致癌物與物理性致癌物。例如接觸放射性物質，或是一些環境因子，例如，香煙、輻射、酒精。還有一些病毒可將本身的基因插入細胞的基因裡中，激活癌基因。但突變也會自然產生，所以即
9、使避免接觸上述的致癌因子，仍然無法完全預防癌症的產生。發生在生殖細胞的突變有可能傳至下一代。各個年齡層的人都有可能產生癌症，由於DNA的損傷會隨著年齡而累積增加，年紀越大得到癌症的機會也隨之增加。美國每年逝世的5個人當中有一人是因癌症致死，這一數字在世界範圍則是十萬分之一百到三百五十。癌症在已開發國家中已成為主要死亡原因之一。癌症藥物的發展癌症藥物的發展，如同其他的科學，是偶然與智慧交織的過程。化學治療的發展化學治療的發展化 學治療（chemotherapy），係Paul Ehrlich（1908諾貝爾獎得主），在19世紀末年所創。惟起初單只為了治療細菌感染而非癌症。19世紀末，Ehrlich
10、研究組織的化學染色。他找到能專一性與細菌結合而殺死細菌的化學物質；開發出arsphenamine（即俗稱-606或”salvarsan的抗梅毒藥物）。Ehrlich的實驗室筆記裡，描述一種化合物可用來治療癌症。這個化合物，經證實是一alkylating agent，也成了後世最常用的抗癌藥物之一。可惜當時癌症不是重要疾病，Paul Ehrlich的該項發現並未獲進一步發展。化學治療機制示意圖化療以阻止中央核心區（Central Dogma）從DNA RNA蛋白質合成的過程。From 台大校友雙月刊 鄭安理癌細胞分裂，需先有DNA複製，訊息再傳到 RNA及Protein，即所謂的Central
11、Dogma。化療的機制主要為阻止或破壞此一過程。譬如antimetabolites阻止purines/pyrimidines的合 成，alkylating agents造成DNA的斷裂等。另一方面，人體仍有許多的正常細胞需要不斷分裂增殖，包括造血細胞，黏膜細胞，毛髮，和生殖細胞等，卻因化學治療不可避 免地連帶受到損傷，而出現絕大多數化療共通的副作用：白血球及血小板低下，口腔潰爛，掉髮，及生殖功能受損等。20世紀下半葉，化療成了癌症病人共同的夢 魘。近代癌症化學治療的先驅，來自40年後的戰場。1943年12月2日，德軍轟炸盟軍Bari港（義大利，俗稱第二珍珠港）。被炸沈的John Harvey艦
12、，溢出大量芥子氣，導致許多人死亡。由於芥子氣屬化學戰劑，為日內瓦公約所禁止，故盟軍封鎖該則消息。所幸，隨行軍醫在病理解剖中發現，死亡的人出現嚴重骨髓造血抑制及淋巴萎縮的現象。此一發現密傳回耶魯大學後，研究者推測該化學物質可能對於分裂中的細胞有毒性。而癌細胞的特徵之一便是不斷分裂增殖。經過持續改良，第一個癌症治療藥物nitrogen mustard，一種alkylating agent，終於問世。（Goodman LS et al.JAMA 1946;132:126-32）之後的50年，癌症藥物的主流便是化學治療。然而化學治療藥物的攻擊對象為分裂增殖的細胞，不論是癌細胞還是正常細胞。如圖1所示。
13、芥子氣是一類皮膚糜爛性毒劑，可通過皮膚、眼、呼吸道及胃腸道等途徑使人中毒，導致皮膚及黏膜組織細胞發炎、糜爛、壞死等病理變化，利比亞芥子氣吸收，引起多臟器中毒症狀。其化學結構式為S(CH2CH2CL)2，工業芥子氣呈黑褐色，精餾芥子氣無色或呈微黃色。芥子氣為油狀液體，揮發度小，有類似大蒜的氣味，但低濃度或嗅覺適應後，氣味不明顯。芥子氣微溶於水，易溶於有機溶劑和脂肪，易穿透皮膚、黏膜，對布料、木材、皮革、橡膠、塑料等物品穿透作用較強。標靶治療的出現標靶治療的出現分子生物學的快速發展，在20世紀的後30年，讓我們對癌症致病機轉有更深入的理解。隨著各種致癌基因（oncogenes）的發現，癌症治療出現
14、了新的可 能性。慢性骨髓性白血病（CML）即是最好的典範。CML的細胞有專一性的突變，過去被稱為費城染色體，即第9及第22染色體之間的轉位，造成了一個 正常細胞所沒有的新蛋白質（Bcr-Abl）。Bcr-Abl本身是一個已活化的激酶，不斷刺激CML細胞的生長。針對Bcr-Abl尋找抑制其功能的化 學物質，在1980年代即展開。終於，一個嶄新的藥物imatinib在20世紀末誕生了。Imabtinib與其他化療藥物不同，其所抑制的主要標的 Bcr-Abl，只存在癌細胞中，所以對正常細胞的影響很小。標靶治療對正常細胞的傷害遠低於化學治療；一般的化療，難免傷及其他正常的分裂細胞，而標靶治療作用在癌細
15、胞特有的標的上，突顯其癌細胞專一性。Imatinib在臨床應用上甚為成功，它 CML的治癒率提升了將近50%，且副作用遠少於化學治療。Imatinib在2000年獲FDA核准，標示了癌症治療新世紀的來臨。21世紀 前10年，抗癌藥物的發展即以標靶治療為主以次世代定序技術為癌症病患篩選抗癌藥物以次世代定序技術為癌症病患篩選抗癌藥物及診斷標的及診斷標的癌症的發生主要是細胞基因發生變異，常見的是在染色體內或染色體間發生相互重組的現象，而導致染色體結構的不穩定。根據研究指出，即使是同一種癌症，在不同病患內的癌細胞顯現出的基因變異模式皆不相同。因此，為了防止病患接受不適當的抗癌藥物治療，導致化療後不但沒
16、有成 效，更受到副作用的侵害，癌症的治療需分析每個病患基因變異的模式，針對每個病患特有的變異做最精確的抗癌藥物篩選，除此之外，找出的變異區也可做為後續 診斷的依據。以往在臨床上現有分析癌細胞基因變異特性的方法，僅侷限於與生長週期有關的重要基因部分片段。直到近年來，次世代定序技術的成熟，配合mate pair sequencing的技術，能在短時間內及較低成本的狀況下，瞭解病患癌細胞基因體的重組狀況。Rebecca J.Leary研究團隊在2010年提出的personalized analysis of rearranged ends(PARE)2，即完整表達上述的治療策略雖然次世代定序技術目前
17、大部分仍然侷限於應用在學術研究，但在定序技術快速成長而定序成本越來越低的趨勢下，相信在下個十年內，對於臨床醫療的診斷及治療，次世代定序技術能有著相當關鍵的幫助。標靶治療藥物讓癌症病患有了新希望，但是一個比一個昂貴的藥費，也讓病患卻步，有的藥價一年高達240萬元，由於健保給付嚴格，部份藥品甚至不願走健保給付，直接訴求自費市場，讓病患只能望藥興嘆。國家衛生研究院電子報指出，化療不論好壞細胞通殺，因此產生嚴重副作用，但是隨著標靶治療藥物問世，治療效果好，副作用低的治癌計畫不再是夢想。目前共有 九種標靶治療藥物，適用癌症從乳癌、大腸直腸癌、頭頸癌、肺腺癌、腎癌等，紛紛表現良好的療效。一般相信，未來20
18、年，癌症標靶治療將逐漸取代傳統化療，成為抗癌的主流。知名英國癌症研究專家，現為英國白金漢大學醫學院院長Kar l Sikora醫師指出，相對2005年標靶治療只有50億美元之市場，未來20年將大幅成長10倍之多。標靶藥物費用昂貴，國內健保給付也格外嚴格，許多 藥廠因此寧可轉走自費市場，有些藥物甚至貴到一年要價240萬元，一般病家根本負擔不起，標靶治療也再次宣告，有錢人才看得起病的時代來臨。全文網址:標靶藥1年240萬 窮病患吃不起-標靶治療-癌症防治-udn健康醫藥 http:/ 用藥指引用藥指引止痛階梯止痛階梯 逐級用藥逐級用藥【明報專訊】世界衛生組織強調，處理中等至嚴重疼痛，絕對需要強效鴉
19、片類藥物，而鴉片類止痛藥更是治療癌症疼痛的黃金標準，不過，張志偉醫生表示，香港以至亞洲地區對使用鴉片類藥物極之保守，甚至有部分癌症病人和家屬，拒絕使用紓緩痛楚。擔心成癮擔心成癮 拒絕採用拒絕採用用 於非癌症的慢性疼痛，病人最擔心是耐藥性和成癮問題，張志偉以紓緩癌症疼痛的嗎啡為例，因為隨腫瘤惡化，病人痛楚加劇，所以用藥劑量需要不斷增加；然 而，用於治療慢性疼痛，研究顯示，醫生一旦找到病人所需要的止痛劑量，就不需要繼續增加劑量。此外，醫生不會單靠鴉片類藥物為病人止痛，通常會合併其他 藥物和治療，務求儘量減少鴉片類藥物的劑量。至於成癮的憂慮，張志偉強調，以紓緩疼痛為目標的情況下使用鴉片類藥物，合情合
20、理，就是治療；不是因病痛而胡亂濫用藥物，才叫成癮。後標靶治療時代後標靶治療時代標靶治療的成功，取決於癌細胞具有驅動性突變(driver mutations)的存在。如CML之Bcr-Abl，肺癌之EGFR mutants，乳癌之Her-2 amplifications，胃腸基質瘤的C-kit mutants，黑色素瘤的B-Raf mutants等。對於無驅動性突變的癌細胞仍頗為棘手。譬如抗血管新生的VEGFR-TKI，並非針對癌細胞的驅動性突變，其療效也極其有限。到目前為止，仍有近8成的癌病找不到其驅動性突變。對於這些癌症，研究者除了以更新的基因研究方法尋求突破外，也嘗試其他療法，其中，以免疫
21、治療及溶瘤病毒(oncolytic viruses)特別值得注意。2011年，美國FDA核准兩個免疫藥物（ipilimumab及sipeulucel）。這些藥物可改變人體對於癌細胞的免疫強度，以達到治療的效果。2011年9月，Nature雜誌刊登了一個溶瘤病毒的第一期臨床試驗(Breibach CJ et al.Nature 2011;477:100-4)。這個研究指出，以靜脈注射JX-594（一種經基因改造的vaccinia virus），經過7-9日後，病毒僅在腫瘤細胞中大量增殖，未在正常細胞中增殖。這個病毒雖還不足以殺死癌細胞，但該研究已隱然指出溶瘤病毒將是未來深具潛力的研究方向。臨床試
22、驗依其目的不同可分為三階段臨床試驗依其目的不同可分為三階段:第一階段第一階段臨床試驗之目的在於尋找最佳之藥物劑量、給藥方式及研究可能發生之副作用，所能參加試驗患者相當有限，僅某些以現有藥物均無法得到任何助益之患者適合參加。當藥物之使用劑量、給藥方式及安全性被確認之後，便可進行第二階段臨床試驗。第二階段第二階段臨床試驗主在測試某種新藥對某種癌症在人體是否真正具有療效，由於仍有許多未知數，此階段臨床試驗亦僅適合刀部分者參加。當第二階段臨床試驗完成並確定新藥對某種癌症確有療效之後便可進行第三階段臨床試驗。第三階段第三階段臨床試驗主旨在比較某種新藥與現行標準治療之療效及副作用，看究竟何者為佳。此階段臨
23、床試驗須數百位以上之患者參加，故常為跨國性多醫院之研究。試驗完戍後可以決定這種新藥是否能夠取代原有之藥物治療某種癌症。參加臨床試驗當然也可能有潛在之缺點參加臨床試驗當然也可能有潛在之缺點新的治療不一定比現有之治療效果好，也可能會致不可預期之藥物副作用;新的治療雖然可能有效但亦可能對某一些患者卻完全無效;參加臨床試驗可能會隨機分配到傳統療治療組而傳統療法可能較新的治療方法療效差;保險公司可能不給付，屬者因此須負擔部分醫療。臨床試是一規範十分嚴謹之過程，絕非任將病患同小白鼠般做實驗，當癌症患者或家屬無治自己決定是否要參加臨床試驗時，最好是微詢兩位上癌症專科醫師之意見後再做最後之考量。2012201
24、2年年1010大處於晚期臨床階段的癌症藥物大處於晚期臨床階段的癌症藥物癌症免疫療法（CANCER IMMUNOTHERAPY）是現代癌症治療的領先趨勢，包括癌症疫苗、免疫調節激素及標靶治療在內的癌症免疫療法，都是利用身體免疫反應來治療癌 症。癌症疫苗(CANCER VACCINE)廣義來說，所謂除了可以預防致癌病毒的感染外，也可用來直接治療癌症。部份癌症的形成原因是正常細胞受到病毒的感染後產生癌化現象，例如肝癌、子宮頸癌等等。而傳統的疫苗可以預防這些病毒的感染，比如B肝疫苗、子宮頸癌疫苗等等。部份科學家認為人體平時就有癌細胞的存在，但大部份的時候會被健康的免疫系統所消滅；當免疫系統失靈時，癌症
25、因此而產生。傳統治療癌症的方式是接受手術、化學治療和放射線療法，但化學治療和放射線治療除了能殺死癌細胞外，也可能會傷害到正常的癌細胞。所以目前所發展的癌症疫苗，其目的除了能治療癌症外，也將副作用降到最低，甚至無明顯副作用產生。癌症疫苗治療癌症疫苗治療(一一)主 要是活化體內免疫細胞(樹狀/樹突狀細胞)的特異性免疫功能，提高辨識癌細胞之能力，強化並誘導毒殺性T淋巴細胞(CTL)攻擊癌細胞，以清除體內剩餘之癌細胞。由於常規治療後，殘餘的癌細胞會經由循環系統到處轉移，故癌症疫苗可以輔助常規治療之不足，以達到更佳的療效。可減 輕其他治療產生之副作用。肺癌(非小細胞)治療後肺癌(小細胞)治療後http:
26、/ immune effector cells,TIE），又稱為T細胞輸入療法（adoptive cell therapy,ACT），是將高效能的自體T細胞直接標靶到癌細胞特異抗原上，直接殲滅癌細胞。T細胞是身體免疫系統中對抗癌細胞最強而有力的防衛成員，它藉著所擁有的接受器（T cell receptor,TCR），直接與癌細胞上的特異抗原結合。今天，包括美國國家癌症中心（National Cancer Institute,NCI）在內的幾所頂尖實驗室，已經可以將癌症病人的T細胞在體外（ex vivo）進行篩選分離出特異性高、生命力強的T細胞，然後再擴增這些有效的T細胞的數量（約幾千萬個至幾億
27、個），最後回輸到體內消滅癌細胞趙榮傑醫師（台中市傑出診所）、張隆基博士根據最新一份研究報告，他們使用T細胞輸入療法治療惡性黑色素瘤的有效率達到72%（objective response rate）。而德州貝勒醫學院的赫斯洛普博士領導的T細胞治療團隊，則對白血病患者在接受骨髓移植後產生的血癌復發及EB病毒引發的淋巴癌有優異 的治療成果，現在更進一步使用基因改造的T細胞來治療包括多形性膠質母細胞瘤（glioblastoma multiforme）在內的其它癌症。因為EB病毒特異抗原是很好的標靶目標，所以使用T細胞治療EB病毒併發的鼻咽癌也有不錯的成果。一病人在治療6個月後病理切片檢查呈現陰性第12週：生物科技於生殖醫學上的應用：不孕症治療、臍帶血與幹細胞
