每小時解剖300隻蚊子的手速，才能做出這種疫苗

抗瘧疾疫苗的研發一向困難重重，如今我們終於看到了曙光。不過，一種疫苗的生產需要使用蚊子身上的瘧原蟲，為此技術人員需要手動操作，一隻一隻地解剖蚊子。為了提高操作效率，他們還開發了一種蚊子“斷頭台“。

圖片來源：Pixabay

來源 Wired

撰文 MATT SIMON

翻譯 祖瑋佳

審校 阿金

編輯 戚譯引

人們設計斷頭台的初衷是這樣的：如果要處決一個人的話，還是做得高效且人道一點比較好，至少按照 18 世紀的標準而言。一方面，用斧子或利劍斬下罪人首級，有時候可能需要劊子手多揮砍幾下，這是“文明”社會中執行正義所無法接受的做法；另一方面，斷頭台是全然 “外科式”的處刑方法，一種標準得變態的奪命手段。

現在，大批蚊子正在遭受同樣的待遇，而人類此舉的目的則是尋找瘧疾疫苗，瘧疾曾在 2016 年奪去了 440,000 人的性命。為了研發出能大規模應用的瘧疾疫苗，生物技術公司 Sanaria 需要把蚊子的頭切掉，以便解剖頭部的唾液腺，這是瘧疾寄生蟲所在的地方，這一切需要對每隻蚊子進行手工操作。為了加快這一繁瑣的過程，他們與約翰·霍普金斯大學（Johns Hopkins University）的醫療機器人專家合作，設計出一種“斬蚊台”，借助它，技術人員可以一次切下 30 隻蚊子的頭。這僅僅是研究的第一步，最終目標是設計出全自動斬蚊台，以便大規模生產有效的瘧疾疫苗。

儘管努力了幾十年，人們還是沒能實現瘧疾疫苗的廣泛供應。第一個原因是引發瘧疾的微生物——惡性瘧原蟲（Plasmodium falciparum）有著複雜的生命周期。不同於生命周期相對簡單的細菌或病毒，惡性瘧原蟲能夠同時在蚊子和人體內發育生長，所以蚊子和人類都是它的宿主。由於瘧原蟲的每個發育階段都很短暫，疫苗面臨的挑戰就是在它“轉移陣地”（比如從肝細胞轉移到紅細胞）之前就鎖定它。

衛生科技組織項目（PATH）瘧疾疫苗行動（ Malaria Vaccine Initiative）的負責人阿什利·比爾科特（Ashley Birkett）說：“沒有任何疫苗能夠被廣泛應用於對抗寄生蟲，因為寄生蟲非常複雜。” 比爾科特沒有參與這項研究。

蚊子腺體提取設備設計圖，包括分揀槽（藍色）、刀具組（粉色）、擠壓器（棕色）和工作台（淺綠色）。來源：Wired；翻譯：科研圈

疫苗沒能實現大規模供應的第二個原因在於疫苗的原理，即調動人體自身的免疫系統來對抗入侵者。例如，流感疫苗利用滅活的病毒誘發機體免疫系統增加抗體產量，從而保護身體免受外來活病毒的入侵。但對瘧原蟲而言，研究人員發現我們需要遠遠高於細菌或病毒疫苗所能激發的免疫反應，才能抵抗瘧原蟲的入侵。

比爾科特表示：“某些情況下，我們說的是更高數量級的免疫反應。”而這種能夠發揮保護作用的免疫反應或許只能持續六個月。“開發更有效瘧疾疫苗的另一個重要挑戰是，我們需要真正了解如何才能誘發機體的免疫反應，並且讓這種免疫反應維持在一定水準，從而在許多年中持續為人體提供足夠的保護。”

即使面臨這樣的挑戰，一種由葛蘭素史克（GSK）生產的瘧疾疫苗在非洲進行了試驗。這種疫苗名為 RTS,S，被認為大有希望。它利用了來自瘧原蟲的某種特定蛋白質，這種蛋白質被認為可以誘導機體產生抗體，從而阻止瘧原蟲進入肝髒細胞，這是它們發育成熟的地方。在對 5 到 17 個月大的兒童進行的臨床試驗中，RTS,S 減少了大約 40% 的瘧疾病例，這意味著10 起瘧疾病例中它可以預防最多 4 起。因此，世界衛生組織（ World Health Organization，WHO）目前正在協調籌備一項瘧疾疫苗試點引進工作，預計將在非洲的加納、肯亞和馬拉維等地向大約 100 萬名兒童提供 RTS,S 疫苗。

Sanaria 公司正在研發的瘧疾疫苗和 RTS,S 有些不同。他們在疫苗中使用的不是瘧原蟲的某個特定蛋白質，而是經過低劑量異塵餘生滅活處理的完整瘧原蟲，含有超過 5000 種蛋白質。Sanaria 研發的這種瘧疾疫苗叫做“惡性瘧原蟲孢子體”（Plasmodium falciparum and sporozoites，簡稱 PfSPZ）。研發者認為，PfSPZ 可以誘導殺傷性 T 細胞（即細胞毒性 T 細胞，cytotoxic T cells，簡稱 Tc）攻擊在人體肝髒中發育的瘧原蟲。一項在瘧疾肆虐的馬裡進行的研究發現，66% 的成年受試者在接種 PfSPZ 疫苗後依舊染上了瘧疾，但相比之下，另一組接種安慰劑的成年受試者的瘧疾感染率為 93%。研究結果於 2017 年發表。（瘧疾疫苗專家警告說，很難直接比較兩種疫苗的療效，因為試驗進行的地點和受試者群體是不同的。）

PfSPZ 目前正處於 Ⅱ 期臨床試驗階段，生產這種疫苗需要完整的瘧原蟲。因此，Sanaria 公司的技術人員在人工解剖蚊子這一精細操作方面接受了深度培訓。“一隻接一隻，我們捏住每隻蚊子的腹部，然後切斷它的頭，擠出腺體，”Sanaria 公司的疫苗提取、免疫學和模型系統總經理蘇馬納·查卡拉瓦提（Sumana Chakravarty）說，“這樣的擠壓流程能夠保證擠出來的只有所需腺體與其周圍的鄰接物質，也就是這些寶貴的瘧原蟲的寄生場所，沒有其它物質。”

這些蚊子“劊子手”需要進行為期兩個月的培訓，每周 3 天，每天 6 小時，才能充分掌握這門手藝。Sanaria 公司剛開始生產 PfSPZ 時，解剖人員每小時大約可以提取 60 隻蚊子中的寄生蟲。現在，接受了各種訓練之後，有的解剖人員平均每小時能搞定 300 隻蚊子。

理論上，將這一解剖過程自動化能大幅提高效率，哪怕是部分自動化也好。而且考慮到每劑 PfSPZ 疫苗都需要 1 隻蚊子提供瘧原蟲時，自動化這件事情就更加重要了——全球有 32 億人受瘧疾威脅，每年約有 2 億人感染瘧疾。

這使我們轉向了斬蚊台。約翰霍普金斯大學的工程師拉斯·泰勒（Russ Taylor）協助研發了這個系統，他說：“我們設想，如果能把蚊子安放到斬蚊台上的這些凹槽裡，讓蚊子的頭、頸和胸處於經過精心計算的位置，就可以一次斬下多隻蚊子的頭，然後批量擠出腺體並收集起來。”這一設備可以大幅縮減培訓技術人員所需的時間：如果純手工操作，技術人員需要經過 60 到 120 個小時的培訓，才能達到每小時處理 300 隻蚊子的速度；而借助該設備，實現這一目標只需大約 4 到 6 小時。

（下圖）被斬首後的蚊子。圖片來源：Wired

這是不是說明沒有不能被機器人取代的工作？其實，自動化工作並不完全是這樣的，尤其是在這個場景。短期內，機器人更有可能只是接管部分工作。想想文字處理器吧，它的出現使工作人員更有效率，而並非使人工成為冗余。蚊子斷頭台也一樣，這個流程仍需要人類某種程度的參與，並且很可能長期如此。Sanaria 公司的首席執行官兼首席科學家史蒂夫?霍夫曼（Steve Hoffman）表示：“公司的目標是做到盡善盡美，以便當我們真正采納機器人的時候能夠實現大規模生產。”

不過，為什麽要費這麽大力氣？如果這兩種疫苗都有療效，何必還要研製兩種，而不是專注其一？這是因為這兩種疫苗各有優勢。來自美國國立衛生研究院（National Institutes of Health，NIH）的帕特裡克·達菲（Patrick Duffy）說：“PfSPZ 疫苗已被證明可以在整個瘧疾流行季為成年人預防感染風險，這點是 RTS,S 未被證明能夠做到的。”達菲在 NIH 研究瘧疾，並且曾經和 Sanaria 公司在疫苗有效性現場試驗（field efficacy trial，即在真實社區環境中進行的試驗）中合作。他還補充說，另一方面，RTS,S 疫苗已被證明可以減少兒童的瘧疾感染，這是 PfSPZ 未被證明能做到的。

事實上，在抗瘧疾戰爭中，現在我們所達到的地步已經是一項科學的豐功偉業了。就在幾十年前，還有相當一部分人對瘧疾疫苗能否研製成功持懷疑態度。達菲說：“我想到了現在這個程度，我們的問題已經不是能不能成功研製瘧疾疫苗，而是我們的疫苗能達到多高的防護水準。”