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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從缺工到食安:古吉系統科技如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
從缺工到食安:古吉系統科技如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?

Computex 2026 圓滿落幕,除了 AI 與機器人應用之外,服務業數位化也成為展場上的另一項焦點。其中,自助服務設備品牌古吉系統科技展出的多款新品,以「雙機整合」概念吸引不少參觀者目光。無論是雙面自助點餐機、POS 與自助點餐二合一雙系統機,或桌上型 1 托 2 點餐機,皆為台灣首創、自主研發的創新設計,不僅展現古吉深厚的產品研發與系統整合能力,放眼國際市場也具有高度差異化。

古吉系統科技總經理吳三奇表示,古吉長期聚焦於如何用更高效率、更低成本的方式協助業者解決營運痛點,希望透過持續創新,滿足不同場域與業態的需求,進一步推動服務業數位轉型。

#3 從缺工到食安:古吉系統如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
圖/ 數位時代

從連鎖品牌走向街邊小店,自助設備迎來新一波普及潮

事實上,相較於連鎖餐廳、速食店或手搖飲品牌,自助設備在傳統市場、市集攤販、街邊小吃等中式餐飲場域的普及率一直不高。古吉系統科技總經理吳三奇分析,背後原因主要來自資訊落差、經營習慣與成本考量三大因素。

不過,隨著食藥署修正《食品良好衛生規範準則》,明定餐飲從業人員在調理即食食品時,手部不得接觸現金,這樣的市場現況正逐漸出現改變。關鍵在於,傳統餐飲業者的人力本就有限,「老闆一人負責點餐、備餐兼找零」的作業模式已成常態,即便有意增聘人力,也往往受限於缺工問題而不易實現。

在此背景下,自助點餐機/售票機、自助付款機等自助設備成了最佳解答。吳三奇形容,業者導入自助設備就像多聘請一位櫃檯人員,不僅能協助處理點餐、收款等重複性工作,符合法規要求及降低第一線人力負擔,也能減少找錯錢、收到假鈔,以及尖峰時段來不及應對顧客需求等問題,讓業者能將更多心力投入餐點製作與服務品質提升。

從早餐店到主題樂園,自助設備如何解決不同產業的營運痛點?

而從古吉服務的客戶案例來看,自助設備所解決的問題,不只是作業效率而已,而是涵蓋人流分散、收款管理與消費體驗等不同面向,且應用場景橫跨餐飲業、觀光休閒等各種服務場域。

像連鎖早餐品牌晨間廚房便透過自助設備解決尖峰時段的人流問題。由於早午餐產業的顧客高度集中在特定尖峰時段,且普遍不願久候,因此,點餐與出餐效率往往直接影響門市營運表現。為此,晨間廚房在原有的 POS 與手機點餐系統外,再導入古吉自助點餐機進行分流顧客,不僅提供更多元的點餐選擇,也有效降低櫃檯壓力並提升整體點餐與出餐效率。

而手搖飲品牌茶之魔手則透過自助收款設備改善門市收銀流程,其將自助收款機整合既有 POS 系統,店員只需負責點餐即可,由消費者自行完成付款流程,不僅減少收款、找零所耗費的時間,也能降低錯誤風險,進而快速消化排隊人流。

值得注意的是,自助設備的應用也早已跨出餐飲產業。例如主題樂園遠雄海洋公園便導入自動售票機並整合園區消費系統,遊客在購票的同時,還可取得折價卷,折抵在園區內的消費,不僅降低售票窗口的人力需求,也讓遊客從購票到入園的流程更加順暢。

#1 從缺工到食安:古吉系統如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
圖/ 數位時代

從店家痛點出發,打造跨產業的一站式解決方案

從餐飲到觀光,不同產業面臨的營運挑戰雖然各不相同,卻都能在古吉的解決方案中找到對應答案,關鍵在於,古吉從市場需求角度出發,建立起涵蓋點餐、收款、叫號、廚房作業及營運管理的一站式解決方案,並透過多元產品組合滿足不同場域需求。

吳三奇進一步說明,古吉系統科技早在 2014 年便投入研發自助點餐系統,長期與第一線店家合作的過程中,發現許多業者面臨相似的經營難題,例如:人力不足、店面空間有限等。因此,古吉的產品開發始終圍繞著「省空間、更有效率、降低成本」三大目標,希望透過科技協助店家減輕人力負擔,同時優化營運流程。

正因如此,古吉系統科技不斷研發新產品,目前市場上多數品牌僅能提供 3 至 5 種機型,古吉卻已發展出 12 至 15 種不同尺寸與安裝形式的設備,讓業者能依照自身業態與空間條件選擇最適合的配置。

這樣的研發思維,也體現在古吉 2026 年推出的多款新產品上。例如:雙面自助點餐機採用兩個螢幕共用一台主機的設計,可同時服務兩位顧客;桌上型 1 托 2 點餐機則讓兩台點餐機共用一台付款設備,在有限空間中提升服務量能;而 POS 與自助點餐二合一雙系統機,則兼具店員服務與顧客自助操作兩種模式,可依現場需求靈活調整,無論是店員點餐、顧客自助結帳,或由顧客自行完成點餐與付款,都能有效提升整體營運效率。

「我們不是為了追求產品數量而開發新產品,而是從店家真正遇到的問題出發。」吳三奇表示,正因為持續思考如何解決店家在人力與空間上的限制,古吉才能持續創新產品,並成為台灣商家導入數量最高的自助點餐機品牌。

展望未來,吳三奇認為,隨著食安規範逐步落實,加上缺工問題短期內難以緩解,自助設備在服務業中的角色也將持續轉變,從過去提升效率的選配工具,逐漸成為維持營運、兼顧合規與優化顧客體驗的基本配備,並進一步推動餐飲業展開新一波數位轉型。

#0 從缺工到食安:古吉系統如何推動餐飲業數位化的下一波浪潮?
圖/ 數位時代

面對市場需求持續升溫,古吉系統科技也將持續投入產品創新,包括導入 AI 應用、縮減設備體積,以及開發更多符合不同場域需求的解決方案。同時,古吉也正積極布局日本、香港、越南等海外市場,希望將台灣自主研發的自助服務技術推向國際,讓更多企業透過科技提升營運效率與服務品質。

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