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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以數位公共建設金流平台為橋樑,打造民眾、商家與銀行共贏生態圈
以數位公共建設金流平台為橋樑,打造民眾、商家與銀行共贏生態圈

在中央銀行與財金公司引領下,數位公共建設金流平台不僅整合「TWQR」,更連通銀行與民間電支機構,透過統一的QR碼「TWQR」,以「跨機構、一碼付」、「款券合用」、「跨境支付」以及即將上線的「多券合用」等功能,讓很多部會的券,甚至是金融機構發行的,都可以一起使用,逐步吸引民眾、商家與金融機構加入,民眾能即時使用、商家快速收款,銀行也能結合金融服務創新。隨著「TWQR」平台成熟,2026 年應用場景也從生活消費、公共繳費拓展至交通運輸等領域,形成涵蓋支付與生活服務的數位金融生態圈。

「數位公共建設金流平台」讓政府能運用既有的金融通路,完成艱鉅的數位政策推展,數位化取代紙本作業,不僅提升發放效率,更能大幅節省印製與回收的行政成本。對民眾而言,領取補助不再受時間與地點限制,免去紙本券排隊、保管不便的痛點,輕鬆取得「全時服務」,真正做到「數位領券免排隊、消費折抵更直覺」。為響應政府推動非現金支付的目標、打造更普惠的金融環境,玉山銀行率先將數位公共建設金流平台整合進玉山 Wallet App,於 2025 年 1 月推出「數位券」服務,同時,也領先同業推出「券+點+支付」整合付款功能,民眾可以在 App 內完成登記、領取與使用政府補助,並在 TWQR 與台灣 Pay 商店消費抵用,大幅簡化支付流程。

玉山銀行個人金融事業總處資深副總經理林榮華表示:「我們很重視客戶體驗,整合數位公共建設金流平台後,民眾不僅能透過玉山 Wallet App 領取各類政府補助券,例如客家幣,還能透過玉山電子支付與玉山 e point ,一鍵完成『券+點+支付』合併付款。」未來,玉山銀行也將與特約商店合作,透過「數位券」服務,發送更多數位優惠,讓商家能更容易推動數位行銷並提升支付體驗。

玉山銀行個人金融事業總處資深副總經理 林榮華
玉山銀行個人金融事業總處資深副總經理 林榮華
圖/ TWQR

以TWQR為核心,打造多方受益的數位金流生態圈

過去,面對不同政府機關發送的消費券或振興券,民眾常需要在不同平台登記、領取與使用,不僅流程繁瑣,商家核銷程序也相對複雜。為了解決這類問題,政府積極建構「數位公共建設金流平臺」,整合部會、地方政府與銀行,讓政策補助與振興措施更智慧,從三個面向共創生態系多贏:

提供民眾更便利的「全時服務」:民眾領取跟使用補助券不再受限於時間與地點,真正做到「想領就領、想花就花」。

玉山銀行信用卡暨支付金融處處長張正志進一步解釋,傳統的紙本券除了領取時間與地點受限,還有排隊等候、保管不易與使用不便等問題,即使金融機構推出數位券,民眾也面臨需要下載不同 App 才能使用的狀況。「整合數位公共建設金流平台後,民眾不需切換平台,即可在同一個 App 內完成電子支付、數位券與點數的整合付款。」

協助商家簡化核銷流程並增加客源。舉例來說,玉山銀行特約商家無需更改既有系統,也不用支付額外費用或重新簽約,可以原有收單系統完成收款與核銷,大幅降低導入門檻;此外,玉山銀行亦積極打造好玩、有趣、高互動性的數位券行銷活動,商戶可以透過參與這類活動提升曝光、接觸新客群,進而創造新的營收機會。

玉山分享不僅2月的「一馬當先好運金」活動帶動 10 倍流量,3月推出的「2026新年數位任務挑戰賽」等活動也吸引大量客戶參與,創造民眾、商家與玉山的共贏。對金融機構而言,則是擴大支付場景與深化客戶關係的關鍵平台。透過 TWQR 約 60 萬家商家通路,銀行等金融機構不僅能提升客戶使用頻率,也能逐步建立點數與支付整合的生態圈。

玉山銀行的作法是將數位公共建設金流平台與玉山 Wallet App 整合在一起,開通電子支付並綁定支付工具,藉此引導客戶多加使用玉山 Wallet App,以及透過 TWQR 通路優勢以及交通(乘車碼)跟生活繳費場景應用等方式提升客戶往來頻次與增加跨售機會。「根據我們的統計數據,玉山電子支付帶動玉山銀行開戶的數量,是其他錢包的 6 到 10 倍。」

民眾透過玉山Wallet掃描TWQR,即可在消費場景中使用一鍵完成「數位券+點數+支付」合併付款
民眾透過玉山Wallet掃描TWQR,即可在消費場景中使用一鍵完成「數位券+點數+支付」合併付款
圖/ TWQR

TWQR數位券再進化:從優惠工具、場景金融到實現精準行銷

對玉山銀行來說,整合數位公共建設金流平台不僅是優化民眾領取與使用消費券與振興券體驗的重要工具,更是實現多元場景金融、貫徹精準行銷的重要平台。舉例來說,相較於沒有精準分眾的活動,透過數據分析遴選出的玉山特選用戶領券繳費折抵的轉換率超過 8 成、重購率逾 7 成,成效十分亮眼。

張正志面帶微笑的說:「未來,我們將以系統平台為核心,由跨部門籌組的科技聯隊以數據分析跟 AI 持續優化行銷成效,打造差異化服務體驗。」例如,計畫推出行銷智能化服務:不用人工事先挑選名單,當客戶行為樣態觸發系統預判條件,AI Agent 便會智能發券,提供專屬禮遇。

總體來說,TWQR數位券讓支付更簡單、更智慧,也讓政策補助落地更快速,也為銀行與民間支付合作提供舞台。而玉山銀行除透過舉辦與TWQR相關活動引流、吸引客戶申請數位券服務,更透過平台將獎勵回饋發送到玉山 Wallet App,協助客戶開啟使用電子支付服務,使用後將再度獲得回饋進而養成使用習慣,爾後,以有趣且高互動的客戶經營方式,引導客戶從使用一個銀行服務擴展到使用多個服務,發揮獲客、活客、留客與悅客的正向循環,更好實現跨生態多贏。

#0 台灣Pay
玉山銀行個人金融事業總處資深副總經理 林榮華(右)、玉山銀行信用卡暨支付金融處處長 張正志(左)
圖/ TWQR
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