未來5~15年值得戰略投資的 15項生物安全技術

2020/08/30
未來5~15年值得戰略投資的 15項生物安全技術
為因應全球災難性生物風險,美國一份《應對全球災難性生物風險的技術選擇 (Technologies to Address Global Catastrophic Biological Risks, GC

Cover Story | 封面故事 2020年 Vol. 71

未來5~15年值得戰略投資的 15項生物安全技術

撰文/王璽豪


為因應全球災難性生物風險,美國一份《應對全球災難性生物風險的技術選擇 (Technologies to Address Global Catastrophic Biological Risks, GCBRs)報告於2018年10月發佈,該報告從5個方面評估並遴選出,未來5-15年值得進行戰略投資的15項生物安全技術。

隨著生物技術的進展,使得生物科技的操作更加容易、且能更有針對性地增加了微生物被濫用或成為流行病發生的偶然原因的可能性。
然而,儘管生物技術確實帶來一些社會風險,但使用得當,技術可以提高我們識別和解決新出現的生物安全問題,進一步幫助保護世界免受災難性生物事件影響。
美國約翰霍普金斯大學健康安全中心(Johns Hopkins Center for Health Security, JHCHS)為促進和加強技術的積極利用,以應對全球災難性生物風險,早於2018年10月9日就發佈了《應對全球災難性生物風險的技術選擇 (Technologies to Address Global Catastrophic Biological Risks, GCBRs)報告,該報告從5個方面,評估並遴選出未來5-15年值得進行戰略投資的15項生物安全技術。
JHCHS報告指出,一旦出現嚴重的流行病,就需要全球範圍內採取應對措施。但許多國家並沒有能力作出有效應對,這將使整個世界陷入危機。

最有利減少GCBR的技術發展和未來變化


JHCHS評估這些有前途的技術目標,包括:⑴ 有明確需要技術解決方案的領域,以應對嚴重的流行病爆發和災難性生物事件;⑵ 確定具有減少GCBRs的重要潛力技術;⑶ 能為這些技術提供展示其前景、局限性以及成功開發和正確使用的環境條件。
通過這項研究,將可聚焦於減少GCBR的變革性技術,及具有的特性包括:⑴ 更好的靈敏性,從而促進預防;⑵ 更早做出因應的決策能力;⑶ 擴大規模和觸及範圍的分散化式方法;⑷ 適合或方便在各種環境下使用;⑸ 能減少開發、供應和部署方面的時間延遲。
為了確定可能與嚴重流行病和災難性生物事件相關的技術解決方案,JHCHS研究小組進行了一次盤點,以瞭解相關技術領域,找出最有利於減少GCBR的技術發展領域和未來的變化。
JHCHS研究小組除進行了文獻研究,還採訪了該領域的一些專家,以提供有關當前和未來科學狀態的判斷。探索問題包括:什麼是技術 ? 它能解決什麼問題? 我們現在怎麼做 ? 如何才能取得成功?

5大類技術組合
因應傳染病緊急事件


該報告最終整理出五大類技術,且每一類技術都包含一組可能非常重要的相關技術,或用於預防和因應嚴重傳染病緊急事件的技術。

1.疾病檢測、監測和狀態感知:
⊕ 基因體定序和傳感(Sensor)技術
作為一種監測工具,基因定序將允許對病原體生物學進行近乎實時的鑒定,包括毒性、傳播性、對藥物或疫苗的敏感性或耐藥性的測定。
⊕ 用於環境檢測的無人機
可自主進行環境監測的陸地、海洋和空中無人機,將有助於監測重要生態系統的生物破壞和生物恐怖事件。
無人機可以穿越不同的生態系統,可利用光學相機到複雜的生物技術等各種傳感器和工具收集數據。
⊕ 農業病原體遙控感應技術
先進的衛星成像和圖像處理技術可用於正在進行的、廣泛的、系統性的農業監測,以監測重要作物和其他植物的健康狀況,從而在潛在威脅蔓延之前及時發現。

2.傳染病診斷,包括:
⊕ 微流體設備
微流體設備被稱為「晶片上的實驗室」的診斷設備,可以在某些情況下增強或取代傳統的實驗室測試設備,從而使診斷在臨床和資源受限的環境變得更容易、更可用和更實用。
⊕ 手持式質譜分析
未來的質譜分析儀將變成一種真正便於攜帶的手持裝置,可以在現場和護理點提供先進的診斷功能。一些質譜分析技術甚至可能提供適用於任何病原體或廣泛診斷能力,進而減少了在進行診斷測試之前需要區分細菌、病毒、真菌或原生動物的步驟。
⊕ 無細胞診斷
無細胞診斷(Cell-Free Diagnostics),是合成生物學中強大而靈活的技術,可以在沒有活細胞的情況下,透過蛋白質工程合成技術,合成、設計有毒蛋白質,膜蛋白質和具有非天然氨基酸的新型蛋白質等複雜的蛋白質,提供更簡單、更快速的方法,增加對生命理解,以用於環境、生物醫學上。

3.分散化醫療對策品製造:
⊕ 化學藥品和生物製品3D列印
3D藥物列印可用於醫療對策產品(Medical Countermeasures, MCMs)的分散化製造以及個性化訂製藥物劑量和配方。3D列印機現在已經幾乎可以在任何地方合成關鍵的化學物質和藥物,目前的研究正在探索使用這種技術列印疫苗。
⊕ 製造MCMs的合成生物學
合成生物學為發現和生產治療藥物新方法提供了機會,並且提供了分散式和訂製的方式生產這些治療藥物的能力。這可能意味著與傳統製造技術相比,現在的藥物和疫苗的研究週期更短,生產速度更快,數量也更大。

4.醫療對策分布、分配和管理:
⊕ 用於疫苗管理的晶片貼片
晶片貼片(Microarray patch,MAP)是一種新興的疫苗接種技術,具有使大規模疫苗接種活動實現的潛力。MAP技術的廣泛使用,將大大減少人群完成疫苗接種所需要的時間,使他們能夠在緊急情況下進行自我管理。
⊕ 自我傳播型疫苗
經過基因工程的自我傳播型疫苗可以在被傳染病人群中傳播,但它們並不引發疾病,而是提供保護。目標人群中的小部分人接種這種疫苗後,疫苗株就會像致病性病毒一樣在人群中傳播,從而產生快速、廣泛的免疫效力。
⊕ 可攝入細菌的疫苗接種
細菌通過基因工程可以改造作為疫苗,並在人體宿主中產生抗原,從而對相關病原體產生免疫力。這些細菌可以被放置在溫度穩定的膠囊中,它們可以在大流行的情況下實現自我管理。
⊕ 自我擴增mRNA
(Self-Amplifying mRNA, SAM)疫苗
SAM疫苗在人類內轉譯可以識別帶有正指向RNA的改良病毒基因體。一旦被送入人體細胞內,SAM就會被轉譯並產生兩種蛋白質:一種是刺激免疫反應的目標抗原,另一種是在細胞內擴增疫苗的病毒複製酶。SAM自我複製的能力能比其他疫苗產生更強、更廣泛、更有效的體液和細胞免疫反應。
⊕ 無人機遠距物流運輸
無人機運輸網絡可以使臨床物資和藥品快速運送到因物理或地形障礙,或人員存在感染風險而難以進入的地區。
醫療護理和緊急應變能力
⊕ 機器人和遠程醫療
機器人和遠程醫療是兩大類最可能因應與災難性生物事件的相關醫療護理技術。在此類活動中,成功使用這些技術將有助於在非傳統環境(如家庭)中進行醫療護理。
⊕ 易於使用的攜帶式呼吸機
在嚴重的呼吸疾病爆發時,最危重的病人需要呼吸機來支持病情最嚴重時間和恢復期間的呼吸。大流行時,便宜的、具有直觀、自動化使用界面的攜帶式機械呼吸機,可以讓更多的患者得到有效護理最終存活下來。

籌組共同開發技術解決方案聯盟

以上這些技術,一些已經在許多事件中得到應用,若透過對科學的進一步開發和投資,以及相應配套的法律、監管、道德、政策和運營問題措施,這些技術將可以幫助世界做出更好地準備、配備更好的裝備,以防止未來的傳染病爆發成為災難性事件。
不過,JHCHS報告也指出,要實現這些技術的承諾,仍需要投入大量的精力和投資。但若要認真面對流行病和災難性事件這些威脅,就必須滿足預防和應對的需要。
JHCHS因此呼籲,應該成立一個由技術開發人員、公共衛生從業人員和政策制訂者組成的聯盟,以共同瞭解關於流行病和災難性生物風險的緊迫問題,並共同開發技術解決方案。

 

>>本文刊登自《環球生技月刊》Vol.71

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