疫情緩解的關鍵,疫苗種類、原理、研發一次看懂

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 06 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


2020 年起,全球科學家為了和時間賽跑,紛紛開始研發安全有效的新冠病毒疫苗。截至目前全球 COVID-19 疫苗已有 71 種在臨床測試階段,20 種處於最終測試階段,也有至少 78 種正積極進行動物試驗階段(《紐約時報》新冠病毒疫苗追蹤更新報導:〈Coronavirus Vaccine Tracker〉)。但在這麼多疫苗裡,每支疫苗的開發進程、效用機制、核可地區各有不同,究竟要如何看懂來頭?

疫苗原理

認識疫苗前,需要了解疫苗如何幫助我們抵抗外來病原體,但在這之前,我們得先認識免疫系統如何運作。當細菌、病毒等病原體入侵時,會攻擊身體系統並開始繁殖複製。病原體入侵體內的過程稱為感染 (infection),也是造成疾病的原因。病原體感染人體同時,免疫系統也會運用各種機制對抗感染。在血液中,有負責運送氧氣及養分至組織器官的紅血球,以及對抗外來感染的各類型白血球 (也稱為免疫細胞)。

(Source:shutterstock)

白血球主要包含巨噬細胞(macrophages)、B 淋巴球(B-lymphocytes)及 T 淋巴球(T-lymphocytes)。巨噬細胞能吞噬消化病原體及受感染的細胞,並留下入侵病原體部分結構,讓 B 淋巴球與其他免疫細胞辨識此次入侵的病原體。接著 B 淋巴球就可藉此產生抗體對抗病原體。T 淋巴球是能攻擊受感染細胞的免疫細胞。當身體初次遭遇某種病原體感染時,通常免疫系統需花幾天才能完全消滅清除病原體。但感染後的免疫記憶就可讓免疫系統再次遭受同樣病原體感染時快速應對,讓 B 淋巴球產生抗體對抗感染源,進而保護人體健康。

因免疫系統擁有記憶機制,疫苗就可透過模仿病原體感染的方式,製造一次「演習」,讓免疫系統建立對抗該病原體的記憶。這種「演習」式感染幾乎不太會造成症狀,但又能讓免疫系統在人體真正受感染時產生有效對抗病原的 T 淋巴球及抗體。不過疫苗有時仍可能因個體差異,導致發燒等程度不同的輕微症狀。因此,產生輕微症狀是施打疫苗後的正常現象,也是身體建立免疫記憶的過程。施打疫苗後通常需幾週才能產生有「記憶」的 T 淋巴球及有抗體的 B 淋巴球,因此如果施打疫苗完短期內受感染,仍可能因免疫系統尚未提供保護而生病。

疫苗種類

科學家面對不同病原體研發疫苗可利用的機制有許多種,需要對病原體本身及感染過程有足夠研究資訊才能應用。除此之外,就算面對同一種病原體,不同地區的病毒變種、氣溫、接觸環境條件、疫苗運送技術等都需納入考量,也會使各地適用疫苗不同。

以下簡單介紹目前幾種較常見的傳統疫苗類型:

 

各類型的 COVID-19 疫苗

目前全世界最關心的各種新冠病毒疫苗,主要除了上述傳統技術研發的不活化疫苗、次單位疫苗等,還有討論度非常高的 mRNA 疫苗及病毒載體疫苗。

  • mRNA 疫苗:

是新型態的核酸疫苗 (nucleic acid vaccine,也稱作基因疫苗 genetic vaccine)。傳統疫苗常運用減毒或不活化的病原體製成疫苗,但 mRNA 疫苗的原理是直接將病毒一小部分 mRNA 打到體內,直接利用這段 mRNA 序列讓人體細胞製造小部分甚至不完整病毒蛋白質,在體內引發免疫反應後就能讓免疫系統獲得記憶,保護我們對抗真正的病毒感染。

COVID-19 mRNA 疫苗即是將病毒表面的棘蛋白(spike protein)mRNA 片段打進人體,製造對人體無害的病毒棘蛋白部分結構,建立免疫保護。疫苗的病毒 mRNA 並不會進入細胞核,也不會改變 DNA 或與之發生作用。此外,mRNA 在細胞內快速降解的特性也能讓 mRNA 產生蛋白質後快速代謝。

mRNA 疫苗乍聽之下似乎是很新的技術,但事實已有數十年歷史,過去也曾用於流感病毒、茲卡病毒、狂犬病毒及巨細胞病毒(cytomegalovirus,CMV),未來也有潛力為許多疫苗開發的重要技術。美國輝瑞和德國生物新技術公司合作研發的 Pfizer-BioNTech 疫苗及美國莫德納(Moderna)研發的 COVID-19 疫苗皆為 mRNA 疫苗。

(Source:shutterstock)

  • 病毒載體(Viral vector) 疫苗:

屬核酸疫苗的一種,利用沒有毒性的病毒為載體,將目標病原體的基因送入細胞,使細胞產生病原體的蛋白質片段,進而誘發對目標病原體的免疫反應。由於病毒載體本身就會促進免疫反應,因此會比單純送入目標病原體的核酸序列產生更強烈的反應。

目前討論度很高的牛津─阿斯利康(Oxford-AstraZeneca)COVID-19 疫苗(AZ 疫苗) 即屬此類,以黑猩猩普通感冒病毒載體 ChAdOx1,讓細胞製造新冠病毒棘蛋白片段。此外,俄羅斯加馬列亞流行病與微生物學國家研究中心(Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology)、中國康希諾生物股份公司(CanSino Biologics Inc.)及美國嬌生(Johnson & Johnson)研發的 COVID-19 疫苗也屬此類,但以腺病毒為載體(Adenovirus vector)。

(Source:AstraZeneca

漫長的疫苗研發測試階段

疫苗從基礎研究到開發成功大量生產上市,從實驗室走到臨床應用,需要經過非常多步驟,經過各種階段的測試,才能確保疫苗安全並有效。

疫苗研發測試階段可分為以下幾期:

全球疫情蔓延至今已一年多,疫情防治需要全球官方及非官方合作才能發揮成效。疫苗雖然重要卻只是防疫其中一環,但一支疫苗面世通常需要各界合作及大量人力物力參與,才能走到臨床應用階段,為全球疫情緩和做出貢獻。

(首圖來源:pxiabay

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