癌症免疫療法 - neoantigen vaccine

免疫療法也是近來滿熱門的一個領域，就是另用免疫系統去殺死癌細胞，有的是改造免疫 T cells，讓他能夠辨識出癌細胞，然後消滅它，例如 CAR T-cells。另外就是去年得諾貝爾獎的 PD-1 和 CTLA-4，利用小抗體去阻斷 T cells 的訊息傳遞。簡單來說就是 T cells 會表現 PD-1，而體內的一些正常細胞會表現它的配位基(ligand) PD-L1，PD-1 和 PD-1 結合後會抑制淋巴細胞的活化(activation)和繁衍(proliferation)，然而癌細胞也會表現 PD-L1，誤導免疫細胞說它是無害的正常細胞，T cells 就不會去攻擊它，小抗體就是用來阻斷這兩個蛋白的結合。

相關閱讀：免疫系統中的檢測點 PD-1 和 CTLA-4

癌細胞的產生是因為一層層的突變所造成的，而這些突變會使癌細胞生產所謂新的氨基酸片段(也就是胜肽, peptide)，稱為 neoantigen，因為正常細胞沒有這些突變，所以不會產生 neoantigen。這些氨基酸片段會被 MHC (major histocompatibility complex) 表現在細胞表面讓免疫細胞檢查，而這些 neoantigen 會被免疫系統辨識為外來物，然後被免疫細胞殺死。這些會從血液遊走到腫瘤，然後清理癌細胞的免疫細胞稱為 tumour-infiltrating lymphocytes (TILs)。但是很多癌細胞，例如腦腫瘤 glioblastomas 的癌細胞並沒帶有太多突變，表現在細胞上的 neoantigen 也不多，因此可以躲過免疫細胞的攻擊。


Figure / Interaction between tumour cell and T cells via PD-L1:PD-1 and MHC:Ag:TCR; T cell receptor (TCR) (C Barnhart, JADPRO 2015; PMID: 26557410)

最近有兩篇刊載 Nature 的研究報告了免疫治療的臨床研究結果，這兩個臨床試驗還有一個重點，就是所謂的個人化治療(personalized medicine)，或是稱精準治療(precision medicine)。上面提到有些腫瘤因為突變會產生不同的氨基酸片段，每個人的腫瘤細胞產生的 neoantigens 會不太一樣，個人化治療就是指針對每個病人的腫瘤特性做客製化的治療。而免疫治療則是指利用這些 neoantigens 去啟動體內的免疫系統，進而殺死癌細胞。不過，既然有些腫瘤細胞會產生 neoantigen 的話，為什麼不會被免疫細胞殺死呢？有可能是 antigen 本身特異性不足以引發免疫反應，因此要在臨床治療上使病患體內出現足夠的免疫反應，用好的 antigens 作為疫苗是很重要的，可以引發免疫反應殺死腫瘤細胞的 antigens 稱為 tumour rejection antigens。

其中一篇是在病人的 glioblastoma 腫瘤切除手術後讓他們接受放射線治療和免疫療法，就是把帶有 20 種腫瘤 neoantigens 的疫苗打入病患體內。這二十種 neoantigens 是分析了病患腫瘤後得出的結果，也就是針對癌症病患而客製化的疫苗，不過雖說是客製化，腫瘤的定序分析顯示有幾個是常見的突變基因，例如 PTEN 和 EGFR。手術後到接受免疫治療中間大約是 17 到 24 週，之後抽血檢測病患體內的免疫細胞 CD4+ helper T cells 和殺手細胞 CD8+ killer T cells (CTLs) 的反應。整個治療中，八位病患中只有兩位不需要接受類固醇 dexamethasone 做免疫抑制治療。最後，也只有這兩位沒接受類固存治療的的病患有出現免疫反應 -- 主要為 CD4+ T cells，並且釋放出 IFNγ, IL-2 和 TNF。這八位病人後來都過世了，治療後病情未惡化(progression-free survival, PFS)的時間為 7.6 個月，術後存活時間(overall survival, OS)的中間值則是 16.8 個月。若是只有做標準的放射線治療或化療的話，治療後的存活時間大約為一年左右 (ref: American Brain Tumor Association)。

另一篇研究則是試了兩種疫苗，一種同樣是用客製化的病患腫瘤 neoantigens，另一種是非客製化、用非突變的蛋白片段而製成的，其蛋白片段則是分析了三十個 glioblastomas 而得出的結果。在這篇研究裡，十五位病患在腫瘤移除手術後接受化療，其中四位只接受非客製化的疫苗，另外十一位兩種疫苗都接受，後來有兩位退出臨床試驗，剩下的十三位之後檢測其免疫反應效果為何。結果發現不管是只接受非客製化疫苗的病患，或是接受兩種疫苗的病患，大多出現免疫反應。接受非客製化疫苗的病患，如果其腫瘤細胞出現疫苗裡的其中一種氨基酸片段，即可被殺手 CD8+ T cells 辨識出來。接受客製化疫苗的病患，其免疫 CD4+ T cells 則會辨識出腫瘤細胞。病患從診斷出來後的到過世的時間(OS)為 29 個月，病情未惡化時間(PFS)約為 14.2個月，其中一位有出現 CD8+ T cells 免疫反應的病患則是存活了三年多 。



Articles:

Nature News / Immune cells track hard-to-target brain tumours

U Sahin & O Türeci, Personalized vaccines for cancer immunotherapy. Science (2018)


Papers:

N Hilf et al, Actively personalized vaccination trial for newly diagnosed glioblastoma. Nature (2018)

DB Keskin et al, Neoantigen vaccine generates intratumoral T cell responses in phase Ib glioblastoma trial. Nature (2018)

個人基因體定序結合電子化病歷的未來

隨著個人化醫療(Personalized Medicine)和精準醫療(Precision Medicine)越來越夯，基因定序有必要成為例行的醫療項目之一嗎？

此篇新聞中的這位護士 Dana Atkinson 做例行的抽血檢驗時，她的血液被送到紐約的生技公司 Regeneron Pharmaceuticals 做基因定序，結果不久後接到電話通知說她的基因帶有罕見疾病 Long QT syndrome 的突變，會出現心律不整的情形，嚴重時會出現暈眩、癲癇，甚至是死亡的情況。之後她到賓州的醫學中心複診，醫療顧問說她雖帶有致病的突變，但不一定會出現症狀，醫生也可以幫她降低病發的機率。

然而，Atkinson 並不是唯一因此接到通知人。過去兩年，在賓州有超過四百人接到類似的通知。這是全世界最大的臨床基因定序試驗，也是第一個想把基因定序成為固定醫療程序之一的計劃，叫做 MyCode Community Health Initiative，是由 Geisinger Health System (GHS) 策劃的。GHS 在 2014 年一月開始和 Regeneron Genetics Center 合作，預計在五年內募集到十萬位參與者，沒想到今年六月就有十五萬人同意加入，目前已有 166,000 位加入此計畫，於是目標重設到 25 萬人。今年十月初時他們完成了 92400 位的基因定序，其中有 417 位發現帶有基因突變。參與者可以決定如果定序結果發現帶有疾病基因，要不要被告知，有超過 85% 的人(超過九萬人)同意，這些人也同時是 Genome FIRST Return of Results 計畫的參與者。Regeneron 會付所有定序的費用，最為交換，他們可以用這些結果來做疾病分析，而經由這個計畫，也可以估測全基因體定序用在疾病預防上是否能夠省下未來的醫療費用。

這個計畫的緣由是什麼，又為什麼會辦在賓州呢？十八世紀早期的時候，賓州的東北部開始了採鐵和煤炭等礦業，到十九世紀中期，這兩個礦業變成了這個地區的經濟命脈。1915 年的時候正值傷寒(typhoid)爆發，採鐵產業中的鉅豪 George Geisinger 的妻子 Abigail 在他去世後，用他留下來的財產開了一間醫院 Geisinger Hospital，在接下來的幾十年，Geisinger 成為這個地區主要的醫療提供者，旗下包括了十三家醫院和兩個醫學研究中心。2001 年的時候，Geisinger 吸引了幾位學者和醫生來到賓州，因為 Geisinger 早在 1990 年就開始電子化醫療記錄(electronic health record, EHR)，加上它龐大的醫療系統和這個地區穩定的人口(集合了祖孫三代的醫療記錄，共約三百萬位病患)，很適合用來做基因分析和疾病追蹤。2007 年的時候，MyCode 計畫開始第一批病患的基因定序，那時病患只同意 Geisinger 分析他們的 DNA，Geisinger 也不會告知病患的定序結果。2013 年的時候，GenomeFIRST 計畫啟動，病患可以決定是否讓 Geisinger 告知定序結果，並由醫生解釋。2014 年的時候，Geisinger 開始和 Regeneron 合作，Regeneron 免費幫忙做定序，同時也把結果和病患的病史做連結，用以深入分析基因和疾病的關係。分析結果一出來，便會立即送到醫生手中，並附在病患的病歷裡。在醫生收到結果後一個禮拜，病患也會收到通知，請他們打給醫院，由醫院的人員解釋。醫院也會建議病患做家族史的診斷，然後請他們和醫生做進一步的討論。

2016 年的時候，Geisinger 和 Regeneron 合作的 DiscovEHR 計畫結果發表在 Science，五萬多位參與者為 GHS 系統裡的病患，也就是 MyCode Community Health Initiative 計畫裡的參與者，他們平均有十四年的 EHR 病歷記錄，因此定序結果可以直接和其病史做比對。分析結果顯示平均每個人有 21 個罕見的 LoF (loss-of-function)基因變異，這些 LoFs 的變異中有 43% 是 frameshift indel 造成的。參與者中有 3.5% 的基因變異達到問診的標準，而當查閱這些人的 EHR 時，發現有 65% 的確有看診記錄，顯示了定序結果和疾病表徵是相呼應的，例如被發現有 CSF2RB (colony-stimulating factor receptor 2β)基因變異的患者有長期咳嗽和非結核性分枝桿菌感染(pulmonary mycobacterial infection)的症狀，或是帶有 APOB (apolipoprotein B)基因變異的病患，其低密度膽固醇 LDL-C (low-density lipoprotein cholesterol)和甘油三酯(triglyceride)比較低，表示有肝細胞受損(hepatocyte injury)的狀況。

這個計畫到目前的結果和之前的 Human Knockout Project 差不多，定序出來的基因變異都可以對應到參加者顯示出來的病徵。這兩個計畫的目的除了用來幫助藥物研發和醫療研究外，也希望能更深入做到個人化醫療或精準醫療。另外，這些結合也可用在預防性治療，當你知道帶有某種可能治病的基因變異後，簡單點的可以藉由改變生活或飲食習慣達到預防的效果，也可以必免未來龐大的醫療費用，就像家族有糖尿病史的會在飲食上注意一樣。不過，目前的全基因體定序成本仍是不低，不是每個人都負擔得起，但如果列入基本醫療項目內的話，真的能為國家省到錢嗎？還有，這種預防性治療能有多少效果？（我是就算有 BRCA1 也不會先去做手術拿掉的那種，但如果是改變飲食可能可以避免疾病的話，我會改變生活和飲食習慣。）除此之外，還有隱私和醫療保險等等的問題需要考慮和討論。我個人認為如果可以降到兩百加幣以內的話，我願意自付，但要變成健保項目之一的話，我覺得沒那個必要。



延伸閱讀：

除了人類基因體計畫，還有另一種：Human Knockout Project

商業化的基因服務


Articles:

Geisinger Caring / MyCode Community Health Initiative hits another milestone; 150,000 signed up to largest health system sequencing project (June 2017)

Science / Is health care ready for routine DNA screening? A massive new trial will find out (2017)


Papers:

The Geisinger MyCode community health initiative: an electronic health record–linked biobank for precision medicine research. Genetics in Medicine (2016)

FE Dewey et al, Distribution and clinical impact of functional variants in 50,726 whole-exome sequences from the DiscovEHR study. Science (2016)

商業化的基因檢測服務

最近靠基因檢測賺錢的服務越來越多了，之前有個很夯的廣告宣傳是找尋你的祖源的，後來還有用基因找尋你的伴侶的，北美做這幾樣服務且上新聞，比較多人知道的大概是 23andMe，之前因為 FDA 事件股票大跌之後 [註 1]，最近好像又回升了，而且也在 LinkedIn 上面看到他們在徵不少職缺。

除了尋找祖源外 [註 2]，隨著個人化醫療(personalized medicine)，或是稱精準醫療(precision medicine)的興起，這些基因檢測在美國 FDA 給了綠燈後，陸續開啟了疾病檢測的服務，但這些檢測只能供參考，不能當作醫療診斷，有疑慮還是要跟醫生商量。

今天看到這篇文章才知道原來有這種商業模式。Illumina 的子公司 Helix 和幾個 Apps 小公司合作，客人付美金 $80 寄自己的口水給 Helix 定序，Helix 會用口水定序兩萬個重要基因，建立客人的基因檔案(所以只需要寄一次口水，不需要每次做分析都要寄口水)，再把一部份結果分給合作的小公司做分析，而這些分析服務需要另外付費。目前的小公司們做的 Apps 包括看看你有沒有尼安德塔人的基因($29)、用你的基因序列做一張圖($69.99)或做一條圍巾($149.99)、是否帶有遺傳性疾病的基因($199)，還有跟健康相關的，例如練肌肉($119.99)和遺傳性糖尿病檢測($149.99)等等。也就是說如果你想知道你是否帶有尼安德塔人的基因，就要付 $80 + $29 = $109，如果還要做一條圍巾，那就再付 $149.99。Helix 除了收到客戶的 $80，另外會從各個 Apps 服務的費用中抽 40%。

"A customer’s first purchase on Helix.com requires a saliva collection kit that has a one-time cost of $80. When a customer mails in a saliva sample to Helix’s CLIA- and CAP-accredited sequencing lab, their DNA is read with the Exome+ assay. Exome+ is a proprietary Next Generation Sequencing (NGS) assay that sequences all 22,000 protein-coding genes as well as additional information-rich areas identified by Helix’s scientific team. This yields 100 times more data than other techniques such as microarrays." (Helix Launch Press Release, July 2017)

"With its ties to Illumina, Helix thinks it can decode the most important part of a person’s genome — all 20,000 genes and a few other bits — at a cost of about $100, about one-fifth of what it costs other companies. That’s why Helix can afford its second gambit: to generate and store this type of data for all customers, even if they initially make only one specific genetic query — such as whether they have the sweet tooth gene or a risk for a certain disease." (MIT Tech Review / DNA App Store)

之前有報導說定序完整基因成本費約要一千鎂，如果八十塊就可以定序兩千個基因，說實在真便宜啊(我們隨便定序一個 sample 就要十塊加幣，但美國好像只要五、六塊鎂)，只可惜 Helix 好像不會給客戶所有的資料，八十鎂只是用來建檔，其他的資訊只能靠買分析服務來知道自己的部分基因資料。如果客戶只花 $80 + $70 = $150 買一個自己的基因圖，那 Helix 其實就虧了吧？如果 Helix 要回本，一個客戶需要買約十個服務。這篇文章說某心臟科醫生指出客戶可以花了 $1999 卻買到一堆沒價值的資訊，是說我也不覺得有到沒價值，像是買基因圖或圍巾純粹就是買爽和買新鮮的啊，就像有人會花四、五百塊加幣買一件始祖鳥的外套一樣，但他們會覺得花這錢買一件外套沒價值嗎？

Helix 在自己的 blog 上寫的："Comparable exome sequencing can cost $1,000 or more, but for just $80, Helix is able to offer Exome+ sequencing for use with partner products in the Helix Store."

雖說我對裡面有些 Apps 的分析和其準確度感到懷疑(這也是 FDA 之前禁 23andMe 的原因)，例如練肌肉那個，但有些其他的，像是看自己是否帶有尼安德塔人的基因，還是可以參考一下，也不算沒價值的資訊，而且只要三十鎂。另外，如果 Helix 可以把這些資料用在疾病基因的分析上，其實對醫療研究是很有幫助的，根據它在七月發的新聞稿，跟醫療相關的合作對象主要是政府計畫 [註 3]。是說我比較懷疑真的會有人花 $1900 在這些 Apps 上面嗎？感覺怎麼算 Helix 都會虧，不過他們之後會推出 health panel，我猜這會是讓客戶花大錢和讓 Helix 回本的服務。


註 1：位於加州的 23andMe 當時是因為主打幫大家找到自己的源頭(祖先)而出名的，之後又推出只要 USD $99 就可以基因檢測 240 種疾病的風險，例如乳癌和心血管疾病。2013 年的時候，FDA 禁止它推出這些服務，因為不知道檢測的準確度，而檢測結果可能會讓客戶拿到這些資訊後，不跟專業醫師商量，自己判斷要不要或怎麼接受治療的結果可能會造成錯誤醫療。2015 年時，FDA 解除部分禁令，公司可以提供會不會可能會影響子代的基因檢測，於是 23andME 推出 USD$199 幫你檢測是否帶有會傳給子代的 36 種疾病基因，包括 Bloom Syndrome, cystic fibrosis 和 β-thalassaemia。2017 年，FDA 允許公司提供幾種疾病(突變)基因的檢測，包括 Parkinson’s disease, late-onset Alzheimer’s disease, coeliac disease 和 thrombophilia，但要讓客戶了解這只是個人的基因資料，並不是疾病的診斷結果。

註 2：2019 年一月的時候，美國電視節目 Marketplace 的主持人 Charlsie Agro 和她的雙胞胎姐妹 Carly 把他們的檢體送到幾個知名的基因定序公司，想看看自己測出來的祖先是哪裡人，定序公司包括惹 AncestryDNA, MyHeritage, 23andMe, FamilyTreeDNA 和 Living DNA。沒想到結果出來後發現，不但每家公司的結果不一樣，而且 23andMe 測出來的是連兩姐妹的祖先都不太一樣。

Marketplace 把從 23andMe 得到的定序結果 raw data 給耶魯大學的電腦生物學家 Dr. Mark Gerstein 分析，結果兩姐妹的序列不意外的幾乎完全相同，99.6% 相同。那為什麼分析出來後的祖先卻不太一樣呢？兩人序列中最大的比例是義大利人(38%, 37%)，再來是東歐人(28%, 25%)，最大的差別在 Broadly European (13%, 6%)。23andMe 解釋說可能是運算法的關係，所以只要是一點差別都會出現不一樣的結果。

AncestryDNA 分析的結果則是兩姐妹主要來是東歐和俄羅斯(39%, 38%)，再來是義大利(27%, 29%)。MyHeritage 的結果是兩姐妹的祖先為巴爾幹人(Balkan, 61%)，再來是希臘人(19%, 20%)。這兩家分析的結果雖然不一樣，但是兩姐妹之間的祖先分佈比例是差不多的，幾乎一樣。FamilyTreeDNA 的結果則是兩姐妹有相當比例的中東血統(13-14%)，但另外兩家分析的結果卻是幾乎沒有中東。McGill University 的基因學家 Dr. Simon Gravel 說每家公司用的 reference panel 都不同，可能是造成分析結果不一致的原因。

註 3：其中一個合作者是 Geisinger，這個合作計畫是美國第一個，也是全世界最大的全基因體定序結合醫療(Personalized / Precision Medicine)的臨床實驗，相關文章請看此篇：個人基因體定序結合電子化病歷的未來。



Articles:

Helix / “Is Helix really sequencing for $80?” And other great questions from our ASHG workshop (Oct 2017)

MIT Tech Review / How to Spend $1,900 on Gene Tests Without Learning a Thing (Oct 2017)

MIT Tech Review / DNA App Store: An online store for information about your genes will make it cheap and easy to learn more about your health risks and predispositions (2016)

Nature / The rise and fall and rise again of 23andMe (Oct 2017)

Nature / 23andMe given green light to sell DNA tests for 10 diseases (April 2017)

Science / US regulators try to tame 'wild west' of DNA testing (Feb 2015)

Scientific American / 23andMe Is Terrifying, but Not for the Reasons the FDA Thinks (Nov 2013)

現在的生技領域在關注什麼？

（這篇是之前寫給台加的，所以很淺很白話。）

隨著科技日新月異，以前沒想過會發生的事，現在飛速前進地快要超越人類的想像，人們也要開始思考這些改變將如何影響生活，例如 Airbnb 和 Uber 帶給旅遊業和計程車業的衝擊。同樣的情況也發生在生物科技，以前以為做不到的事，現在看起來似乎有可能發生，我們也許也要開始思考，人類該如何應變這些進步。這裡介紹幾個目前熱門的技術，在驚嘆它們將如何改變人類生活之餘，它們引起的一些爭議也值得我們思考。

CRISPR-Cas9

CRISPR 的全名是 clustered regularly interspaced palindromic repeats，是古生菌(archaea)的基因體(genome)裡重複的 DNA 片段，當初發現的是西班牙的研究生 FJM Mojica，那時是 1993 年。他從那時起花了近十年的時間持續研這些重複的 DNA 片段的功用，然後在 2012 年的時候正式把它命名為 CRISPR [1]，Cas9 則是其一種切割 DNA 的酵素(endonuclease)。CRISPR-Cas9 是細菌用來對抗病毒感染的一種機制，病毒 DNA 進入細菌後，會嵌入 CRISPR 之間用來偵測之後入侵的病毒，當細菌找到對應的病毒 DNA (跟嵌入 CRISPR 之間為相同的序列)後，Cas9 則會去切碎它，使病毒無法在細菌裡面複製。2012 年，美國柏克萊大學 Dr. Jennifer Doudna 的研究團隊利用這個特性來編輯基因，並把結果發表在 Science 期刊上 [2]，刊出來之後造成轟動。這個技術會引起大量關注除了因為它能用來修正 DNA 裡突變的地方外，它還號稱便宜、快速又好上手，使得科學家們躍躍欲試，想把它應用在自己的研究上。把想要編輯(修正)的基因片段嵌入 CRISPR 之中，Cas9 找到對應的 DNA 序列後會切一個口，這個切口會使 DNA 自行修復，修復的時候會把突變的地方改回正確的，更進一步的技術是可以把它改成你想要的序列。不過，這個技術目前還有個瓶頸需要突破，因為 CRISPR-Cas9 雖然可以把突變的地方修正，但同時也可能會修改到其他地方，把原本正確的地方改成錯誤的，變為其他的突變，或是改到你不想改的地方，而我們不知道可能會被改變的地方是哪裡，只能取一些重要的基因做檢測，因此目前還無法用於人類胚胎上。另外，如何有效地把 CRISPR-Cas9 系統送進體內，讓所有細胞或局部區塊的細胞裡的基因都改正，也是需要繼續研究的地方。

雖然不能用於人類胚胎上，但仍然可用於治療疾病。美國賓州大學的 Dr. Carl June 和其團隊計畫用這個技術來治療 HIV，方法是把病人的免疫細胞 T cells 抽出來後，用 CRISPR-Cas9 插入一個癌症細胞才有的接受器基因 NY-ESO-1，然後阻斷 T cells 表面本來就有的一個蛋白的基因 PD-1，之後再把基因改造過後的 T cells 輸回病人體內，讓它們去殺死癌細胞。這個計畫去年六月已通過美國 NIH 核准，現在在等 FDA 認證，準備在今年年底進入臨床試驗 [3]。

iPS cells

自從日本京都大學的山中伸彌教授找出把已經分化的細胞變回幹細胞的方法後，好像沒什麼不能發生了。卵子受精後成為 zygote，會經過幾次細胞分裂，之後繼續分裂變成 blastocyst，到這個階段的細胞都屬於胚胎幹細胞(embryonic stem cells, ES cells)，這個時期的細胞可以自我複製(self-renewal)，也可以繼續分化(differentiation)成各種細胞，例如表皮細胞。胚胎幹細胞可以說是生命的起頭，而分化後的細胞則是終端，無法再變成其他種細胞。

Blastocyst 的內層細胞通常會被抽取出來體外培養，也就是研究用的 ES cells，這個階段的幹細胞屬於多能性幹細胞(pluripotent ES cells)。而山中伸彌的研究，則是利用四個 transcription factors (Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc) 把分化後的細胞重新設定(reprogram)，使它變回多能性幹細胞，這些被重新設定的人工多能性幹細胞就是 iPS cells (induced pluripotent stem cells, 誘導性多能幹細胞)。當細胞被變回幹細胞後，你可以誘導它分化成你想要的細胞，例如卵子或精子。這個技術除了避免了使用胚胎幹細胞作為研究用途的爭議，也擴展了治療疾病上的可能性，山中伸彌教授的 iPS cells 研究讓他獲得了 2012 年的諾貝爾生醫獎。

iPS cells 能夠如何應用在治療上面呢？2014 年的時候，日本兵庫縣一位七十歲的女性接受了幹細胞移植手術治療黃斑病(macular degeneration)，地點在鼎鼎有名、位於京都的 RIKEN Centre for Developmental Biology (CBD)。這個手術由三位眼科醫師執行，為首的是任職於神戸市立医療センター中央市民病院的栗本康夫，RIKEN 中心的高橋政代把一位七十歲的女性病患的皮膚細胞轉成 iPS cells 後，再把它轉成 retinal pigment epithelium cells (視網膜色素上皮細胞)，讓它長成一片後，再取一小片細胞植入病患眼中，這是史上第一次用 iPS cells 治療的手術 [4]。 時隔三年後，2017 年三月底，同樣的團隊再度幫另一位病患動同樣的手術治療黃斑病，只是這次用的不是病患自己的細胞，而是別人的，比對過 HLAs (human leukocyte antigens)後可以避免產生免疫反應 [5]。RIKEN 的 iPS cell bank 有人類(HPS)和其他動物(APS)的，每個 iPS cell line 都有詳細的資料，如果可以建立起一個龐大的 iPS cell bank，那使用的用途就會變得比較多，也可以供給更多病患使用（基本上可以變成像幹細胞銀行那樣）。

Genome profile

人類基因體計畫(Human Genome Project)完成於 2003 年，之後 DNA 定序(sequencing)的技術越來越進步，近幾年主要用的技術是次世代定序 NGS (next-generation sequencing)，比原本的定序技術 Sanger sequencing 能定序 DNA 序列的量要大，也讓全基因體定序(whole-genome sequencing, WGS)的價格漸漸降低，從之前的每人要價五千美金降到一千美金左右（和研究計畫合作）。全基因體定序除了能夠幫助科學家們研究各個基因的變異(variations)，也能應用於疾病治療上。目前很夯的 Personalized Medicine (或稱 Precision Medicine)是指針對各個病人做不同的治療，例如乳癌的突變基因除了大家都知道的 BRCA1 和 BRCA2，還有其他種類的突變，不同的突變對藥物的反應不見得一樣，不同的病患也可能對同樣的藥物反應不同，可能這個藥對這個病患有效，但對其他的效果不大。Personalized Medicine 便是對不同的病患設計不同的治療，已達到最大的治療效果。當全基因體定序的資料庫建立起來，便可供大家研究各個基因和其突變間的變異，科學家可以用資料庫裡的基因資料做比對，然後針對某些致病的突變做研究，以利於後面的藥物研發，不同的突變可用不同的治療方式，增加治癒的機率。

註：除了全基因體定序，另有 whole-exome sequencing，是指定序所有已知的 exomes。

關於技術的爭議和需要思考的地方

上面介紹的技術雖然在未來可以解決不少問題，或用來治療目前無法治療的疾病，但仍有些地方是需要考慮的。iPS cells 是目前爭議性最低的，之前科學界用人類的胚胎幹細胞來做研究遭到一些外界的反對，認為違反倫理，而 iPS cells 的出現算是解決了這項爭議，因為可以用 iPS cells 代替人類胚胎幹細胞做研究。不過，類似的爭議同樣浮現在 CRISPR-Cas9 的應用上，例如把 CRISPR-Cas9 用在人類胚胎上面：如果父母對於自己的基因不滿意，我們可以用這個技術去改造胚胎的基因，讓他成為一個完美的小孩嗎？父母有權利用自己主觀的想法去更改小孩的基因嗎？這個例子好像還太遙遠，那如果在父母有遺傳性疾病，我們可以用 CRISPR-Cas9 去編輯受精卵帶有的突變基因嗎？其中的風險有人能幫小孩承擔嗎？當然，要知道自己是否有突變的基因，是否會遺傳給後代，可以做全基因體定序，未來當價格越來越便宜後，是否要為自己的全部基因做定序呢？其中是否會有隱私問題？保險公司是否能因為你帶有高致病風險的基因而提高保費或拒保呢？雖然這些都還沒發生，但隨著科技進步之快速，我們可能要開始思考這其中是否有些界線是不能跨越的，或是當它成為無法阻擋的趨勢時，該如何用法律去規範。



References

1. E Lander. The Heroes of CRISPR. Cell (2016)
2. M Jinek and K Chylinski et al. A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science (2012)
3. First CRISPR clinical trial gets green light from US panel. Nature (2016)
4. Japanese woman is first recipient of next-generation stem cells. Nature (2014)
5. Japanese man is first to receive 'reprogrammed' stem cells from another person. Nature (2017)