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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數位時代 X 國泰金控 從百套系統上雲到 Cloud First:國泰如何把雲端變成AI成長引擎?
數位時代 X 國泰金控 從百套系統上雲到 Cloud First:國泰如何把雲端變成AI成長引擎?

2019年金融監理機關正式將雲端納入委外規範後,揭示金融業上雲時代來臨,國泰金控數數發中心成立雲端策略發展部,負責擬定集團上雲策略,並於2020年正式啟動7年集團雲端轉型計畫;在多數金融機構仍停留在單點遷移或IT現代化的現下,國泰金融集團在 2025 年即完成 100 套系統上雲,更將雲端轉型階段從 Cloud Ready、Cloud Adoption 推向 Cloud First,成為數據與人工智慧應用的關鍵引擎。

國泰金控資訊長|吳建興 James Wu
圖/ 數位時代

「百套系統上雲不僅僅是數字,更是讓國泰從『 IT 進化業務』邁向『 IT 驅動成長』的關鍵轉折。」國泰金控雲端策略發展部協理顏勝豪表示,上雲帶來的效益十分顯著,包括提升資源可用性與營運敏捷度、減輕 IT 維運負擔;同時,雲端業者多具備零碳排或綠能機房機制,亦有助於企業朝向 ESG 永續營運邁進。「金融上雲不是單純的現代化基礎設施或者是升級技術,而是為了換取速度與可靠度,讓集團可以加速創新腳步、彈性調配資源,以及培育所需人才與技能,為未來做最佳準備。」
為讓集團員工、金融同業以及有志上雲的夥伴可以進一步探討雲端轉型的各種可能,國泰金控舉辦雲端轉型成果發表會,會中除有集團子公司分享最新成果,三大公有雲平台業者也從不同技術視角共同探討在合規、資安與 AI 應用的可能。

七年、三階段,國泰金融集團將雲端內化為營運流程與創新引擎

國泰金控科技長|姚旭杰 Marcus Ya
圖/ 數位時代

為什麼國泰可以領先市場完成雲端轉型、數據與 AI 賦能業務?

顏勝豪認為,雲端轉型的起點不是直接遷移系統,而是從四個面向打底:應用系統盤點評估、雲端架構設計、雲端遷移藍圖規劃,以及組織治理框架建立,而這也是 Cloud Ready 階段最重要的事情。
「不同子公司有不同商業模式與節奏,若沒有共同語言與平台底座,上雲很容易各自為政。」顏勝豪表示,為讓所有員工可以齊步前行,國泰以雲端遷移方法論 Cathay 6R(註1)作為共同語言、用平台作為共同底座,讓轉型不只是技術選擇,而是集團行動。
完成單一系統的雲端遷移後,便進入 Cloud Adoption 階段。在這個階段中,要透過大規模遷移建立更成熟的上雲標準作業流程(SOP),透過 FinOps 機制控管與優化雲端營運成本,以及透過自動化與治理模型確認多雲環境與安全與維運穩定性,目標是將雲端內化為組織日常運營的一部分,進而邁向 Cloud First 階段:在合規前提下,新專案與系統升級預設在雲端環境開發,並善用雲原生優勢加速新產品功能開發速度。
「集團雲端策略只有一個核心原則:讓雲成為 AI 時代的成長引擎,而不是單純的基礎設施。」關於國泰的未來雲端布局,顏勝豪如是總結。

國泰金控 雲端策略發展部 協理|顏勝豪 Otto Yen
圖/ 數位時代

以雲端為 AI 資源引擎、發揮數據燃料價值,實現 AI 賦能業務應用

國泰不僅在2025年完成集團百套系統上雲,也啟動數據上雲計畫並為 GenAI 奠定基礎建設。
例如國泰金控實現數據上雲,打造資料湖倉與 GAIA 生態系統架構為 AI 賦能業務做準備:成立國泰風險聯防中心(CRC)攜手集團洗防人員強化風險控管與金融犯罪因應能力;釋出國泰員工 AI 助手–Agia–Beta
版,提供差勤、福利與權益、技術支援、職務職能與集團其他資訊等五大類別管理辦法等查詢服務;此外,亦推出集團數據共享平台、集團法規知識庫、 AI 評測中心等服務,更好發揮 Cloud First 與 AI 賦能業務應用的價值。
雲端是 AI 時代的關鍵底座、數據則是 AI 的燃料。顏勝豪指出,發展AI需要龐大的 GPU 算力,若自建 GPU 機房,不僅硬體設備昂貴、折舊速度快,光是散熱系統一年就高達兩、三千萬元的成本,若採取雲端資源,可以隨啟隨用,同時,大幅降低試錯成本。「當雲端打好基礎、AI成為能力模組,銀行、人壽、產險與證券的創新不再是單點突破,而是放大集團級綜效。」

國泰以 Cloud First + AI 持續領先市場、形塑未來樣貌

「雲端可以優化算力成本,資料則決定 AI 應用上限。」顏勝豪解釋,在 AI 新世代,AI 模型定調能力「下限」,集團子公司掌握的「獨特資料」則決定應用的「上限」,考量雲端有許多好用 AI 服務,唯有資料上雲才能發揮數據價值、用 AI 賦能集團各子公司業務。
例如國泰世華銀行將採取多公有雲策略,打造雲端智慧生態圈,並以現代化雲原生技術拓展應用場景;同時,運用 AI 與資料分析優化客戶服務體驗,並藉由跨雲整合機制支援多元業務模式,以充分發揮上雲效益。至於國泰產險,不僅在兩年半內完成13套核心系統上雲、優化營運流程,如以 Serverless 架構打造百萬級效果、萬元成本的短網址系統等,讓雲端成為產險驅動長期成長的核心引擎與標準配備。

國泰人壽則是透過雲端與 AI 滿足不同客戶需求,如以 AI Search 精準呈現關鍵字搜尋結果,讓客戶可以精準且快速的查找所需資料、大幅優化官網體驗與滿意度。至於國泰證券則是於2026年初推出「庫存管家」服務,以客戶持股為核心,應用 AI 技術打造個人化推播服務,協助投資人更有效率地掌握庫存狀況,提供更即時、系統化的投資管理體驗。
總的來說,國泰金控在集團的雲端轉型不僅是技術升級,更是思維革新,從百套系統上雲進展到 Cloud First 階段,可以預期在雲地基礎下,國泰將進一步引領 AI 時代變革,持續提升營運韌性與放大創新價值。

註1:Cathay 6R 國泰設計 Cathay 6R 雲端遷移方法論,將系統遷移方式依據上雲模式、系統開發成本分為 Rehost 、Replatform、Refactor、Rewrite、Replace 和 Retain 共6種遷移架構,並能對應到 IaaS、PaaS、SaaS 三種不同上雲模式。

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