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Taiwan Precision Medicine Society

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精準醫療: 過去、現在、未來

發佈日期:2021-03-18

林口長庚醫院 檢驗醫學部 盧章智部主任

由於過去一百多年來科學家們在基因體學領域內持續不斷的努力,使得精準醫學領域從以前的有希望的幻想轉變為有影響的實質。儘管這方面的科學領域已經有相當大的進展,但仍然需要將這一大量數據普遍轉化為臨床醫學實務應用。

何謂精準醫療?

根據維基百科定義: 精準醫療(Precision medicine),是一種針對病患的個別情形,進行醫療衛生個別化的醫學模式,包括醫學決策、治療、實務以及藥品都是針對此病患的情形所規劃的。此醫學模式下,診斷性的測試會配合病患的基因、分子分析或是其他細胞分析來選擇適當的最佳療法。精準醫學中會用到的工具包括分子診斷學、影像以及分析。它是一種新的疾病治療和預防方法,該方法會考慮每位患者的遺傳信息,環境和生活方式,以根據這些因素最終建立具體的策略。為此,可消除不必要的診斷測試和療法的希望下,精確的藥物旨在為每位患者創建最有效的治療計劃。此與個人化醫療(Personalized medicine)相比,雖這兩種個體的遺傳構成都結合了其臨床各項表徵與資料外,精確醫療則更多地依靠數據和分析來建立最終的治療中心。

早期突破

儘管先進醫學領域的許多工作可以歸因於2003年完成的人類基因組計劃,但一些早期醫學發現支持了針對患者的治療方法。例如,在1901年,維也納大學的卡爾·蘭德斯坦納(Karl Landsteiner)博士確定了ABO血型系統以進一步理解為什麼某些輸血成功,而其他輸血卻是致命的。 1921年Phoebus Levene發現核酸成分之組成,1951年Erwin Chargaff找出核酸配對規則(如A配T,G配C),1953年James D.Watson及Francis H.Crick發現DNA之結構,1970年Francis Cred之定義”中心教條,Central Dogma”和兩位科學家在分子技術上之發現,1977年Frederick Sanger以雙去氧方法(Dideoxy method)進行DNA定序及1987年Kary Mullisz發明PCR技術;以上各種的特別發現,闡明了RNA和DNA分子的結構和功能。這些科學家的革命性突破使研究人員有史以來第一次將疾病和人類健康與廣泛的個體遺傳和環境因素聯繫起來。

近期精準醫療的發展

人類基因組計畫自1990年由美國、英國、法國、德國、日本和中國科學家共同參與了這一價值達30億美元的人類基因組計畫,並於2003年完成人類自然科學史上三大科學計畫之一”人類基因組”。由於先前研究定序累積成果而發展出次世代定序(Next generation sequencing)。此次世代定序方法也加速各國定出國家精準醫療發展策略。目前主要國家精準醫療發展策略如下表。英國是最早開始進行精準醫療計畫的國家,在2012 年提出十萬人基因體計畫(Genomics England計畫),並投入3億英鎊,目標在3年內完成十萬人的基因體定序,但由於資料庫的建置、志願者招募及標準流程建立等工作規劃進度緩慢,於2018年底完成約9萬件的基因體定序,由於資料不斷擴充。已有數家公司(IQVIA、MongoDB、Edico Genome及Verge Genomics)與其合作開發各種不同平台,藉由電腦處理龐大的臨床與基因資料,找到可能的藥物標的。

美國於2015年由前總統歐巴馬宣布啟動「精準醫療計畫(Precision Medicine Initiative)」(現已更名為All of Us Research Program),2016年美國於精準醫療計畫投入2.15 億美元的研究經費,短期以癌症治療為目標。在此項目中,預計做100萬的個人之電子醫療記錄,DNA測序,個人報告信息以及其他數字健康技術(例如RNA,蛋白質和代謝產物)中獲取的個人數據,並希望藉由這些數據能深入的分析,以增進對各種疾病的起源和最終發病機制的了解。另外,此精準醫學計劃也可增強當前的診斷和治療技術,以創新更複雜,更精確的篩查,檢測和臨床管理方法。2016年更提出「癌症登月計畫(Cancer Moonshot2020)」,其經費為18億美元,期盼能加速癌症治療的研發進展。此「Cancer Moonshot」計畫,目前已有11個國家加入此計畫,主要從癌症免疫治療、蛋白基因體學、法規層面著手;希望透過技術平台及跨種族之蛋白基因體大數據的分析,能對於早期癌症病人,建立早期診斷及預後標記,並尋找預後不佳之早期疾病進行積極治療的黃金時機,以提供更好的精準醫療策略。而對於晚期癌症病人因應發展藥物療效標記,提供這些病患替代療法或優先新藥臨床測試的機會。

中國大陸在2016 年國家發展委員會制定了國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要(簡稱十三五),規劃了中國大陸各重點產業的發展方向,而在”十三五”生物產業發展規劃」中,為了加快發展精準醫學新模式,在發展目標中提出於2020 年要實現基因檢測(含孕前、產前、新生兒)比例達出生人口50%以上,其生物產業規模預計要達到人民幣8 至10 兆元,並打造出標準化基因檢測、基因資料解讀、液態生物檢體/ 液態切片(Liquid biopsy) 等第三方服務機構,同時推動檢測和診斷新興技術在生物產業各領域的商業化,並全方位培育符合國際規範的基因治療、細胞治療、免疫治療等專業化之服務平臺。

澳洲於2016 年雪梨兒童醫院蘭德威克兒童癌症研究所和兒童癌症中心公布了「零兒童癌症計畫(Zero Childhood Cancer Initiative)」,預計投入2.15億澳幣,主要聚焦兒童癌症的治療策略;如對每個兒童獨特的癌細胞進行詳細的實驗室分析,包括殘存疾病檢測、標靶基因圖譜分析、全基因定序及實驗室內藥物篩選測試等,最後由實驗室研究人員和臨床醫生組成的集成團隊共同合作,開發出更安全,更有效的治療方法,並依不同的個案給予不同的治療方式及策略。此「零兒童癌症計畫」期待與國際組織建立新的夥伴關係,加速研究和臨床項目的進展,為各個國家的兒童癌症治療提供有效幫助。

台灣精準醫療計畫(Taiwan Precision Medicine Initiative)於2018年由中央研究院郭沛恩院士發起,目前已結合全台13家頂尖醫院共同合作,目前使用為台灣精準醫療晶片(TPM array/TWB 2.0),其涵括醫學研究用的全基因體關聯性分析變異位點及已知的臨床應用的位點如癌症風險篩檢、遺傳帶因篩檢及藥物風險篩檢等,約有686,463個基因位點,預計分析一百萬名參與者所提供的臨床資料與基因資訊,盼望藉由分析台灣人專屬的數據,開發出專屬華人的基因型鑑定晶片,從而照顧國人健康並永續發展台灣精準醫療促。

未來發展方向

當前已可以在個人生命週期內的任何時間點找到精確的醫學應用,範圍從婚前、懷孕之前到個人生命中的晚年,如下圖。從婚前及生命的起點開始守護,如地中海貧血檢測、X染色體脆折症篩檢(X-fragile testing)、脊髓性肌肉萎縮症(SMA)篩檢、婦女懷孕中時非侵入性胎兒染色體檢測(NIPT)及出生後各種遺傳性代謝疾病基因篩檢、罕見疾病基因檢測以及先天性聽損基因檢測。在生命週期間可以各項精準之分子診斷技術來快速檢測病原菌、抗藥基因、突變基因或藥物過敏基因。最近有學者提到精準健康,如可利用次世代定序方法來分析個人之免疫體、藥物代謝體和腸道宏觀菌、全癌基因體及全外顯子基因定序或利用AI來分析各種腫瘤標誌之值以預測得到癌症或疾病之風險。目前精準醫療也提供免疫新療法及細胞療法等之協助。

                                                                  

      圖一:精準醫療在人一生的應用時間表

儘管精準醫療已經在其領域內進行了大量的改進,但不幸的是,仍然缺乏將該數據轉換為臨床醫學的應用。期待未來可藉由各主要國家精準醫療發展策略之結果,與各研究單位及廠商等發展各項平台將可基因組數據整合到患者的電子健康記錄中,然後將該重要信息可為所有患者提供具體的診斷和治療計劃。

結論

以前憑藉「嘗試與錯誤」(trial and error)或是一體適用(one size fits all)之醫療模式,即將成為過去式!目前精準醫療可透過一種或多種工具或技術,同時可取得有關患者之遺傳、生理、環境與生活習慣等數據,加上大量全面性的數據收集、整理及綜合分析,可設計出個人化的醫療方案;透過精準醫療,事先預測病人對療程的反應或在病症發生前採取預防措施將不再是天方夜譚。

目前次世代定序產出的巨量數據與複雜的遺傳訊息,正改變我們的醫療方式與治療決策。在邁向精準醫療目標的同時,此領域的檢測平台、試劑技術與資訊分析都不斷地在改良與更新,疾病研究、臨床判讀與解釋也都陸續有新的知識產出,需要我們持續關注此領域之發展,無論產官學及醫院相關同仁需互相合作配搭,才能將此技術真正落實於臨床照護,使更多病人受惠於精準醫學。