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台灣新冠疫苗最快3月到貨,5張圖看懂疫苗怎麼做

康健雜誌 標誌 康健雜誌 2021/1/22 出處/康健雜誌 文/謝佳君、邱淑宜 圖/Pixabay
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新冠肺炎疫情延燒全球一年,疫苗研發有成,多國陸續開打,我國中央流行疫情指揮中心指揮官陳時中表示,買到疫苗最快3月到貨。疫苗是怎麼做出來的?

台灣疫苗推動協會榮譽理事長李秉穎醫師表示,人體感染過某種病原體後,會產生專一性的抗體,保護人體免於下一次感染,疫苗的原理即運用人體免疫機制,把對人體無害的病原體(比如經過減毒或去活性處理後的病原或成分)注射進入人體,使身體在低風險的情況下,有類似自然感染的效果,幫助免疫系統辨識與記憶,以便真的病原體入侵時,免疫系統能發揮保護力、有效消滅病原。

從公共衛生及流行病學角度,疫苗是預防各種傳染病最符合成本效益的作法,這就是新冠肺炎疫情嚴峻不退,各國皆投入開發疫苗的原因。過去研發新疫苗大約8~10年才能上市,此次由於新冠肺炎疫情嚴峻,許多國家願意投注龐大資源或開大門,加速疫苗審核通關,目前全世界有超過200個新冠疫苗的臨床實驗正在進行,多支以最新技術研發的疫苗則已上市開打,台灣購買的疫苗,一種是AZ疫苗,另來自COVAX平台的疫苗為哪一家尚不得而知。

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(新技術投入研發,新冠疫苗呈現百家爭鳴的盛況。圖片來源 / Pixabay)

新冠疫苗百家爭鳴 技術與風險雙重考量 製造方式大躍進

國家衛生研究院感染症與疫苗研究研究員暨生物製劑廠執行長劉士任表示,在疫苗研發史上,新冠疫苗可說是百家爭鳴、百花齊放,中國大陸及印度開發傳統全病毒疫苗,台灣3家疫苗公司研發重組蛋白疫苗(次單位疫苗);國衛院研發中及已上市開打的輝瑞及莫德納疫苗為核糖核酸疫苗;另一種已上市的英國牛津大學AZ疫苗為病毒載體疫苗。其中核糖核酸疫苗及病毒載體疫苗都是最新技術製造、全球首次上市的疫苗。

「這是因為新冠病毒為P3等級病毒,危險性高,需要特別環境才能培養,所以大家努力另闢蹊徑。」劉士任解釋,生物病原體依對人體的危害風險程度分4個等級:

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(病原體等級表。圖片來源 / 邱淑宜)

如果要拿毒性很高來的病原體製造疫苗,基於安全考量,會先降低病毒毒性,比如P3等級的病原體減毒為P2等級再操作。全球疫苗廠的操作環境多為P2等級,無法直接培養P3等級的新冠病毒,而要把操作環境從P2升級為P3,拉高整個防護規格是很大工程,所以全球只有中國及印度投入直接培養病毒製造疫苗。

他指出,但很多國際大廠不採這種作法,不只是因新冠病毒危險性高,還因SARS經驗發現,用不活化病毒做疫苗有時會引起「病情加重型的免疫反應」,也就是打了疫苗不但沒有保護能力,被病毒感染後,病情甚至比沒打疫苗還嚴重。

新冠肺炎會不會發生類似情況不得而知,但在技術與風險雙重考量下,絕大多數藥廠都不願冒險,紛紛以新技術研發疫苗,其中DNA疫苗、mRNA疫苗及病毒載體疫苗,都是新一代技術,雖然過去未曾正式上市、沒有人體使用經驗,但科學界一直都在研發相關技術,這也是為什麼新冠肺炎疫情燒得又快又猛、疫苗需求迫切之際,採用最新技術的疫苗可以迅速研發上市。

4大類疫苗製造方式及種類

劉士任表示,疫苗的抗原成分為病毒的蛋白質,打到人體內刺激人體產生免疫反應製造抗體,抗體也是蛋白質,因此所有疫苗製造技術都圍繞在如何篩選出抗原基因並快速產製,以及打入人體後愈快刺激免疫系統愈好。新冠疫苗主要可分全病毒疫苗、次單位疫苗、核糖核酸疫苗及病毒載體疫苗4大類,技術製造各不同:

1.全病毒疫苗─死毒疫苗

全病毒疫苗是傳統疫苗製造方式,培養整隻病毒來製造疫苗,分為把病毒殺死的死毒疫苗(不活化疫苗)及降低病毒活性後的減毒疫苗,台灣民眾從小的預防接種的疫苗多為全病毒疫苗,比如百日咳疫苗、日本腦炎疫苗、流感疫苗都是死毒疫苗;減毒疫苗則有卡介苗、麻疹疫苗、德國麻疹疫苗、水痘疫苗等。

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(死毒疫苗製作原理。圖片來源 / 鄭佳玲繪)

由於減毒疫苗需要更多時間驗證確認效力,中國、印度研發的全病毒新冠疫苗為死毒疫苗。也由於全病毒疫苗有其風險及限制,讓科學界積極為疫苗製造尋找新方向,隨著技術演進,次單位疫苗、核糖核酸疫苗及病毒載體疫苗相繼誕生。

2.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。

劉士任解釋,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,因此新冠疫苗目前尚無蛋白質疫苗上市,還在臨床試驗階驗,「因為它就是沒那麼快,它做起來就是要比較慢。」

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(重組蛋白疫苗製作原理。圖片來源 / 鄭佳玲繪)

3.核糖核酸疫苗─DNA疫苗及mRNA疫苗

核糖核酸疫苗屬於最新技術,分為DNA疫苗及mRNA疫苗兩種,研發思維是:既然人體免疫系統偵測到病毒的蛋白會產生抗體,而蛋白質由RNA生成,RNA又由DNA產生,於是科學家嘗試直接把病毒蛋白的DNA或RNA注入人體產生蛋白質抗原,再促進抗體產生,由於跳過細胞純化出蛋白質這個步驟,提高了效率。

「核糖核酸疫苗最大好處就是合成很快,可以快速做出疫苗,」劉士任說,在疫情緊急、疫苗需求迫切時,這種技術備受重視與倚賴,目前已經進入3期臨床試驗以及已上市開打的新冠疫苗,多為核糖核酸疫苗,像輝瑞(Pfizer)與德國BioNTech研發的新冠疫苗以及莫德納(Moderna)疫苗,就是mRNA疫苗。

DNA與mRNA不同之處在製程,DNA疫苗製程快,只要把病毒DNA打進人體,就會在體內啟動DNA→RNA→抗原→抗體的製造流程,但因為多了製造RNA的步驟,轉換為抗原的效率較差,劑量必須投放更多。假設RNA疫苗製造出的蛋白質抗原有1克,同樣的劑量,DNA疫苗轉換出的蛋白質抗原可能剩不到1克,影響到疫苗保護力。

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(DNA疫苗製作原理。圖片來源 / 鄭佳玲繪)

mRNA疫苗製造時必須先讓DNA轉化為RNA,但打進體內後可省略DNA→RNA的步驟。至於名為「mRNA」,劉士任解釋,不同種類RNA功能不同,mRNA可以製造蛋白質,「m」代表「messenger傳訊」,意為疫苗帶著給細胞的訊息進入人體,告訴細胞:「製造疫苗帶進去的蛋白質片段」,來刺激免疫系統形成抗體。

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(mRNA疫苗製作原理。圖片來源 / 鄭佳玲繪)

4.病毒載體疫苗─腺病毒疫苗

病毒載體疫苗也是最新技術,原理和核糖核酸疫苗相似,差別在於核糖核酸疫苗是把DNA或RNA直接注入人體細胞,病毒載體疫苗則是用另外一個病毒,裡面帶著要對抗的目標病毒DNA,去注射感染人體,進而產生抗體,有點「借屍還魂」味道。為什麼要多這一道工?劉士任解釋,這是因為病毒喜歡、也比較容易感染細胞,光只有DNA本身,沒什麼動機、也不喜歡靠近細胞,所以需要借助一個管道,讓真正要對付的病毒DNA可以快速通關,進入細胞,造成感染而誘發免疫反應。這次各國研發毒載體新冠疫苗,幾乎都以腺病毒為載體。

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(病毒載體疫苗製作原理。圖片來源 / 鄭佳玲繪)

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