器官移植者福音?一窺矽谷人體合成技術,量產皮膚超乎你的想像
器官移植者福音?一窺矽谷人體合成技術,量產皮膚超乎你的想像

《明鏡週刊》駐矽谷特派員湯瑪斯.舒茲(Thomas Schulz),以獨家管道深入矽谷祕密研究實驗室與工作現場,匯集超過150次以上的訪談內容,以觀察入微的細膩筆觸帶領讀者由淺入深,一窺這個當紅產業的獨家內幕。

編按:取其他生物可用之處,為人類截長補短,以及生物3D列印技術,生物合成科技用在醫療領域上將會呈現何種光景?無論你能否接受?是否有道德倫理的疑慮?從皮膚、大腦、心臟、肝臟、骨頭...良好運作的人體器官與組織陸續出現,未來的生命很可能完全於實驗室中誕生。

合成生物學,多方應用創意無限

種種以人工重現自然的嘗試,其實是某個研究領域的一部分,而且日趨重要,這個領域就是合成生物學。在這個領域中,醫學專家與生物學家彷彿化身為工程師:他們設計與建構新的人造生物系統、器官與儀器。

蛋白質基因
控制基因、人造器官、合成生物,造物主不再是傳統宗教中的神話,人類正不斷驗證自身、挑戰成為這個代稱的可能性。
圖/ Shutterstock

他們也研發人造蛋白質,用細菌或奈米粒子製造生物偵測器,只要把它吞下肚,就能對人體內的毒素或重金屬提出警示。研究人員正努力製出合成精子、卵子,甚至人造基因組:生命,就要自實驗室誕生了。

而合成生物學,尤其更是「匯聚」這一概念的產物,因其集化學、物理、生物、資訊工程、機械與電子工程之大成於一身。一個涵蓋範圍寬廣,因此,對於該如何為它下定義也意見分歧的領域。

不過,若要如以下說明來理解該領域,應該也相去不遠:一種被醫學界與生物界愈來愈視為科技手工業的各種嘗試,一個與傳統醫學天差地遠、專供巧手工程師以新概念發揮創意的空間。

光合細菌為心臟供氧
科學家為動脈堵塞的實驗鼠注入細長聚球藍細菌,當燈光照射時,細菌產生氧氣供老鼠缺氧的心肌細胞使用,從而改善了心臟的整體功能。

其中,還包括以下這種方法:將光合細菌急速送入心臟裡,用以阻止心肌梗塞病情惡化。心肌梗塞是因動脈堵塞而致使心臟組織壞死,是個可用手術停止其病程的症狀,但手術產生效用通常已在發作一兩個小時之後。這時,心臟多半已受到損害。

因此一直以來,醫學專家不斷嘗試另闢途徑以改善心肌供氧狀態。有種存在淡水中的細長聚球藍細菌(cyanobacterium Synechococcus elongatus),向來以光合作用產生氧氣,研究人員將其注射入動脈堵塞的實驗鼠體內,並施以大量的光照⸺結果實驗鼠的心臟功能立刻明顯改善,比起那些梗塞發作後沒有加以治療的實驗鼠,狀況好很多。

各種合成生物學結合聰明電腦的創意應用範圍,可說自具體實用至天方夜譚,從已實際採用,到僅停留在未來夢想階段的都有。但這一切都已不是遙不可及。

除了Organovo之外,許多新創公司、實驗室及愈來愈多大集團,也已陸續加入3D列印人類身體部位的行列。而目前已可成熟推出的產品,則是人造皮膚。

與其他部位相較之下,皮膚的生理構造是比較簡單的,因此也較容易在體外仿製。2017年初,西班牙科學家發表了一種可在35分鐘內印製出100平方公分皮膚的生物列印機。該機器按照皮膚的構造,從真皮到表皮層層堆疊,內含細胞的血漿在模型裡一層一層壓製,最後並融合一起生長。目前這種合成皮膚已成功移植到小鼠身上。

「這個成果顯示,3D生物列印技術所製出的生物結構皮膚,很適合作為治療或工業用途之用,並且可自動化生產。」馬德里大學(Universidad Complutense de Madrid,簡稱UCM)的科學家發表其皮膚列印機時這麼說。

皮膚近照圖
由3D列印機製造出的人類皮膚是否還有一般人肌膚的紋理呢?

這對於燒燙傷患者與罹患嚴重皮膚疾病的人來說,不啻為一大福音。除此之外,化學與化妝品集團也斥重金投資生物列印,因為人造皮膚可用於產品測試。

例如萊雅(L'Oreal),它已可自行在實驗室製造合成皮膚,不過還未達到完全仿真的程度。因此,該集團便於2015年與Organovo結盟。另外,它還與法國新創公司Poitis合作研發人工髮根⸺這可比印製合成皮膚複雜得多,因為毛囊是由至少十五種細胞類型組成。

還有寶鹼(Procter & Gamble),無數清潔用品的生產廠商,旗下產品包括Ariel 洗衣粉與Meister Proper清潔劑等等,以及德國化學公司巴斯夫(BASF)集團,也紛紛投資3D列印皮膚,用來測試產品的副作用。

許多新創公司正在進行的下一步,則是在所需的身體部位直接印製合成皮膚,進而取代原本繁複麻煩的移植手術。美國新創公司RenovaCare進行中的實驗,是一種傷口治療噴槍,皮膚幹細胞可經由這種噴槍直接噴在燒燙傷口上。

目前市場上約有100種以上的醫療用3D列印機,並陸續有新的生物列印應用項目推出。幾乎所有大型製藥公司與醫療設備廠商,都有自家的合成生物學計畫。

瑞士羅氏大藥廠與兩家生技公司合作研發人工胰臟;西門子(Siemens)則致力於研究「在生物反應器中製造器官的作業系統」,不僅提供各種不同的新式實驗技術,也與符茲堡大學(Universität Würzburg)的組織工程與再生醫學系合作。

合作案中的研究人員已合成出一小段人類氣管,並成功移植至重症病人體內。此外,他們也在研發人造皮膚的自動化生產線。

有鑑於生物列印領域眼前所創出的榮景,美國官方機構於2017年末首度發布一份指南,用以規範這些新技術的發展,並促進這些技術的進步。

「 3D 列印醫療設備、藥物與人造生理組織,這些在不久前還屬於未來想像的技術,感覺那麼遙不可及的東西,如今已迅速成為可滿足多方需求的事實。」前食品與藥物管理局局長史考特.高特里布如此說。生物列印產品的研發與許可,想必將因而更加快腳步。歐洲相關機構也有類似的計畫。

從合成肝臟開始,終結器官捐贈的漫長等待

不過,生理組織與皮膚只是第一步。最終目標,其實是為了在實驗室再造人類身體的重要部位:我們的器官。全球每年約有十三萬個器官移植病例。這數量不算多,但並不是飽受心臟、腎臟、肝臟或其他器官衰竭而有生命危險的患者不多,而是因為缺乏足夠又適合的捐贈器官可移植。

器官移植
世界各地的人體器官交易黑市一直是人道團體所關注、抨擊的,等到人造器官普及後,這個問題能終結嗎?目前技術上還有很長的一段路要走。

等待器官捐贈的名單是很綿長的,許多人等不到適合的器官就已先離世。德國2016年接受心臟移植的病患,還不及名單人數的一半;在英國,等待一顆可移植的腎臟需時3年半;而美國的情形則是,據專家估計,若有足夠的器官與生理組織可供移植,每年將有上千上萬人可免於死亡。

由此看來,人工器官的優點已不言而喻:有了人工器官,無人再須寄望善心人士捐贈器官,或等待某個捐贈者死亡以得到適合的器官。

有些專家很確信:幾年之內,或至少在2020年代中,第一個可供移植的人體部位3D生物列印技術便可臻成熟。因為其相關技術,其實跟列印生理組織所用的技術沒什麼兩樣:在實驗室製作準備器官所需的特定細胞,以凝膠或高分子聚合物傳送,再根據電腦鉅細靡遺的編程內容,印製出一個三度空間的結構體。然後,細胞就會在此成長為一個有生命的器官。

依目前Organovo實驗室確實可運作的肝臟組織看來,首先可行的必然是合成肝臟。不過在人工腎臟方面的研究也大有斬獲。20年來,許多醫師嘗試以人工方式重建腎臟功能的運作,為的就是讓數百萬人免除洗腎透析治療的痛苦,因為那是一個既耗時又累人的療程,而且效果還遠不如人類自己的腎臟。

哈佛研究人員日前以改良過的生物列印方法,成功生仿出腎臟繁複構造中的基本功能單位:即所謂的腎元(nephron),在腎臟中負責過濾血液。若能仿造出這個功能,理論上就有辦法再造出整個腎臟。

3D列印心臟
世上首顆3D列印心臟具備人類真實心臟的功能,它還能跳動呢!

但反之,在實驗室中製造出人工心臟就困難多了,因為這個器官的內部結構複雜得不得了。(延伸閱讀:世界上首顆3D列印心臟問世!有血有肉會跳動

不過材料科學方面的進步又為人類帶來了希望:蘇黎世聯邦理工學院的研究人員研發出一種矽膠做的心臟,外觀上與人類心臟非常接近,跳動起來也宛如人類心臟⸺至少可持續一小陣子。其心室收縮則交由外部連接的唧筒負責,用以取代心肌的功能。

不過跳動約3,000下後,矽膠就會開始欲振乏力:這種心臟還沒有辦法運作超過45分鐘,研究人員在科學期刊《人工器官》(Artificial Organs)上如此報導。是的,連器官工程領域的專業刊物都有了。

責任編輯:張庭銉

本文整理、摘錄自:《明日醫學:終結絕症×訂製基因×永生不死,迎接無病新世紀

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AI Agent 時代來了!SUPER 8 Studio ORRA 如何讓企業快速招募、治理 AI 團隊?
AI Agent 時代來了!SUPER 8 Studio ORRA 如何讓企業快速招募、治理 AI 團隊?

隨著微軟、Google、AWS 等巨頭紛紛喊出「AI Agent將接管工作流程」,企業營運已正式宣告進入 AI 代理人時代。在可預見的未來,真人員工將與大量 AI Agent 協同工作,而企業也將面臨新的挑戰—如何規模化部署與管理這些 AI Agent。

對企業來說,打造一隻 AI Agent 並不難,但當企業需求的是數十、甚至數百隻 Agent 時,該如何快速招募、有效管理,並確保每位 AI 員工都遵循企業的權限規範與治理機制,成了普遍的落地痛點。對此,SUPER 8 Studio 雲發互動科技創辦人暨執行長陳子龍認為,解方就在於一套兼顧開發效率與治理能力的平台。

從招募一位 AI 員工,到管理一支 AI 團隊

陳子龍觀察,市面上的 AI Agent 開發工具多半要自行寫程式、設計工作流程或串接 API,且缺乏權限管理、流程控管與稽核追蹤等治理機制,導致企業無法大規模部署。

也因此,SUPER 8 Studio 推出能建立企業 AI 員工團隊的平台 – ORRA,使用者不需撰寫程式,只要以自然語言描述需求,例如:我需要一個每天整理競品動態、9 點前發到通訊軟體的 AI 員工,或依照 ORRA 平台引導回答三個問題,也就是 AI 員工的權責範圍、日常工作內容及角色定義,ORRA 就會生成一個已經設定好角色、權限與工作流程的 AI 員工,並於半小時內完成調校與部署,且每位 AI 員工都能在相同的治理框架下運作。

換句話說,ORRA 不是 Agent 開發工具,而是建立企業 AI 團隊的平台。企業需要什麼樣的 AI 人才,ORRA 就能快速打造符合需求的 AI 員工。

#2 AI Agent 時代來了!SUPER 8 Studio ORRA 如何讓企業快速打造、治理
SUPER 8 Studio 推出能建立企業 AI 員工團隊的平台 - ORRA,企業免程式,以自然語言描述需求,生成具治理機制的 AI 員工團隊並快速部署。左起 SUPER 8 Studio 資深產品總監王婕、SUPER 8 Studio 雲發互動科技創辦人暨執行長陳子龍、SUPER 8 Studio 商務長陳之逵
圖/ 數位時代

招募只是開始,AI 員工更需要管理

招募只是第一步。真正決定 AI 員工能否進入企業日常營運的關鍵,在於治理。為此,ORRA 將治理機制納入平台設計,建立一套涵蓋角色定義、權限設定、測試驗證到持續優化的 AI 員工管理五階段。

第一階段是定義角色,如同招募人才前必須先寫好職務說明(Job Description),企業在尋找 AI 隊友前,也必須先清楚界定它的工作內容、責任範圍與目標,再進入招募階段。

通常具備「高頻率、重複性高」、「有明確輸入與輸出」、「可用數據評估品質」及「可以設定清楚權限與邊界」四項特性的工作,最適合作為 AI 員工的第一個應用場景。相反地,涉及財務匯款、人際互動、情感信任,或美感判斷等高風險、難以標準化的工作,則不應完全交由 AI 執行,而應保留 Human in the Loop 機制,由人在關鍵節點負責把關與決策。

第二階段則是設定權限邊界,包括 AI 員工可以存取哪些資料、串接哪些系統、哪些動作必須經過人工核准、產出結果是草稿還是可以直接上線等,避免因權限設定不清而超出職責範圍。

第三階段是進入沙盒(Sandbox)環境測試,AI 員工開發完成後,不能直接進入正式環境,必須先在可控的測試環境裡驗證能力。陳子龍形容,沙盒就像 AI 員工的專屬訓練室,在接觸真實資料與工作流程前,企業可以先觀察它如何完成任務、沒有 AI 幻覺、提示詞注入(Prompt Injection)等風險,再加以調整與修正,確認符合預期後,再讓它進入正式環境。

第四階段則是指派一位員工,擔任正在招募的 AI 員工的直接負責人:就是這位 AI 員工的主管,雖然不必盯著這位 AI 員工的每一個動作,但要檢視其是否達成既定 KPI、何時需要真人介入,以及是否需要調整工作內容,而非放任它自行運作。

#1 AI Agent 時代來了!SUPER 8 Studio ORRA 如何讓企業快速打造、治理
陳子龍表示,招募只是第一步。真正決定 AI 員工能否進入企業日常營運的關鍵,在於治理。
圖/ 數位時代

與管理真人不同的是,AI 員工的每一次任務執行都會留下完整的數位軌跡與數據,以便負責人檢視 AI 員工的運作狀況與執行成果,了解 AI 員工 有沒有出錯或做了超出權限的行為,如果有,也能進一步找出原因再思考解決方法。

最後一個階段,企業還必須像管理員工績效一樣,定期檢視 AI 員工的表現,包括品質、用量、成本、延遲、失敗案例等,若表現未達預期,便透過調整能力、重新訓練,甚至汰換更適合的 AI 員工,持續優化整體運作品質。

只有 1 名員工,卻有一支 AI 團隊:SecureTalk 的營運新模式

「在目前的亞洲市場中,我還沒有看到像 ORRA 一樣,能夠同時兼顧快速招募 AI 員工並能嚴謹治理的平台,」陳子龍強調。

ORRA 的核心價值,不只是讓每個人都能快速招募 AI 員工,更重要的是,將開發與治理整合於同一個平台,讓企業可以快速招募、部署與管理大量 AI 員工,加速建構出一支能被信任、能被管理的 AI 團隊。

新創團隊 SecureTalk 只有一名員工,卻能同時處理產品研發、銷售、行銷、出貨與客服等作業,背後靠的就是這樣一支各司其職的 AI 團隊。

陳子龍分享,ORRA 在正式發表前,曾邀請部份企業試用,SecureTalk 便是最早導入 ORRA 的合作案例之一。該公司的核心產品為 AI 離線語音辨識與翻譯工具,初期在群眾募資平台上架,目前已順利達標並進入出貨階段。在這過程中,該公司運用 SUPER 8 Studio 的 ORRA 平台招募多個不同職責的 AI 員工,例如:專責回答客戶問題的 AI 客服、協助解決客戶使用問題的售後 AI 客服等,與 SecureTalk 創辦人並肩作戰,撐起日常營運作業。

「以前什麼都得自己做,現在,人不必親自處理每一項工作,只要管理 AI 員工、確認任務完成就可以。」陳子龍表示,透過 ORRA,企業能快速建立一支分工明確的 AI 團隊,讓真人員工可以從大量重複、繁瑣卻不得不做的工作中抽身,轉而專注於產品創新、策略思考、與 AI 員工的協作管理,以及真正需要創造力、同理心與判斷力的工作。

#3 AI Agent 時代來了!SUPER 8 Studio ORRA 如何讓企業快速打造、治理
陳子龍表示,AI 時代最值得追求的方向,就是人擁有更多時間與心力投入對企業、社會與未來做有價值的事情,這正是 ORRA 誕生的初衷。左起 SUPER 8 Studio 商務長陳之逵、SUPER 8 Studio 雲發互動科技創辦人暨執行長陳子龍、SUPER 8 Studio 資深產品總監王婕
圖/ 數位時代

這不僅是他希望 ORRA 能為企業帶來的價值,也是 SUPER 8 Studio 提出的品牌使命—Infinite Power for Infinite Good。陳子龍表示,當 AI 能無限放大每個人的能力,人就有更多時間與心力投入對企業、社會與未來更有價值的事情,這正是 ORRA 誕生的初衷,也是 AI 時代最值得追求的方向。 了解更多 https://no8.io/zh-tw/

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