新冠肺炎疫情大爆发，各国尽力研发速度更快、更方便的快筛试剂。中研院团队在短短 19 天内找到可检测病毒抗原的抗体，可应用做为快筛试剂。不过，快筛和传统核酸检测有什么差异呢？为什么能在 19 天达到任务，背后有哪些生技平台的贡献？你知道抗体不只用于快筛，还可用来开发治疗药物吗？中研院国家生技研究园区生医转译研究中心代理主任吴汉忠（见首图），为民众一一解惑。
核酸检测较耗时，但准确率最高
病毒诊断试剂有好几种，目前普遍采用核酸检测法。采集个案的呼吸道（痰、咽喉擦拭液等）、血液和粪便的样本，透过 RT-PCR（反转录聚合酶连锁反应）大量复制病毒 RNA 片段，“放大”病毒讯号，再检测是否存在病毒，精准度达九成以上 。缺点是耗时久，含检体的采集、处理到最后上机分析得到结果，平均约需 4 小时，由于需要特殊仪器检测分析，且检体可能带有病毒，因此检体必须依照疾病管制署及 WHO 的规范，在 Biosafety Level 2（BSL-2）实验室由专业人员处理，并非每间医院诊所都可进行，检验能量相当有限。
中研院廖俊智院长则在新冠肺炎疫情发生之初，即快速整合国内学研单位，形成“COVID-19 合作平台”，专攻可加速检测速度，但迫切需要研发技术的抗原和血清抗体两大快筛检测。
抗原检测较快速，适合大规模筛检
一般诊所常见流感等快筛试剂，只要取口鼻分泌物，即可在 15 分钟内确认是否感染，就是一种抗原检测。原理是：利用每种抗体只会与对应的抗原结合（如锁与钥匙的对应），只要抗原（锁）存在于检体中，即使量少，抗体（钥匙）也能立刻结合、确认病毒存在。因此，新冠病毒快筛研发的关键，在于找出可与病毒抗原结合的专一抗体。
日前中研院杨安绥研究团队的重大突破，即针对新型冠状病毒之核衣壳（nucleocapsid）蛋白，找到具有专一辨识性的单株抗体，只会对新冠病毒有反应，不会与 SARS、MERS 或其他导致一般感冒的冠状病毒“核衣壳蛋白”产生交叉反应。
（Source：吴汉忠）
虽然快筛试剂只要花 15 分钟即可诊断，但它不像核酸检测是复制大量病毒 RNA、可将讯号放大。在感染初期，可能因病毒量太少出现伪阴性。目前的流感快筛约十分钟完成，但灵敏度约 50-70 % ，专一性约 90-95 %。不过，由于抗原快筛试剂具方便性、经济、快速等优点，比较适合进行普筛，尤其是在医疗资源较不足的国家。
目前中研院已经将抗体检测试剂相关研发成果交付给九家厂商，厂商正与卫福部食药署沟通，进行后续认证，力拼 3 个月内上市。
血清抗体检测，找出感染时间先后
第三种检测称为血清抗体检测，是以合成的病毒抗原检测血液中是否具有抗体。在染病后，病人体内才会出现抗体，所以这是感染中、后期才能进行的检测方式。此法可判断患者是否曾感染，以及依照产生抗体的种类判断已感染多久，日前磐石舰案即用此法确认官兵感染的时间先后。
血清抗体检测试剂原理与抗原检测类似，只是侦测的是血液中的 IgM 与 IgG 抗体。 IgM 抗体，是人体免疫系统初次遭遇病毒抗原时，最早出现反应的抗体，大约在感染后 1-2 周出现，而且浓度会随着清除病毒的作用递减。然后，人体会产生第二种抗体：IgG。IgG 比 IgM 抗体更强、亲和力更高、更具保护性，并可能在体内停留数月之久。
因此在抗体检测试剂上，如果只显示 IgM 抗体阳性，表示感染者在感染初期；只有 IgG 抗体阳性，表示在感染的后期或是恢复期；如果同时出现 IgM 与 IgG 抗体阳性，表示在感染中期或称为感染活跃时期，目前中研院已与慈济大学完成血清双抗体检测开发。
▲ 血清抗体检测与抗原检测的原理相似，也是用胶体金显色，只是捕捉的不是抗原，而是抗体。测试线有两条，分别捕捉血液中的 IgM 与 IgG 抗体，用来推测感染时间先后。（Source：慈济大学）
血清抗体检测优势为：检体为血液，比病毒核酸 RNA 更为稳定；抗体在血液中分布均匀，不会有采样点的差异；抗体可持续于血中存留数周或数月之久。不过，因为 IgM 抗体可能在感染后的 1-2 周才出现，期间可能出现空窗期，产生伪阴性，仍必须比对核酸检测确认结果。但如同抗原试剂，在医疗资源不足之地区，血清检测可及时应付当地防疫检测所需；另外，在追溯不明感染源或是无症状感染者，可做为核酸检测互补的工具。
“所有检测都有优、缺点，两种快筛好处是病人不用等太久 ，操作简易的优势，使得快筛的便利性及时效性极高，尽管灵敏度没有核酸检测高，但紧急状态下，做为第一层筛选，能够加速疫情的控制。”吴汉忠解释。
抗体既能检测，也能治疗新冠肺炎
抗体除了用来制作检测试剂，也能治疗新冠肺炎。事实上，自从第一个治疗性抗体 rituximab 于 1997 年上市，至今已有 85 个抗体药物上市，是当今新药发展的重要方向，台湾更是全世界少数具有能力开发抗体药物的国家。
但不是所有的抗体都能化身为治疗药物。以新冠病毒的抗体为例，新冠病毒是靠着表面皇冠状的棘蛋白（spike protein）与呼吸道细胞的 ACE2 受体结合，如果某株抗体与棘蛋白结合后，可抑制病毒抗原与 ACE2 受体结合，以及阻挡病毒侵入细胞，表示具有中和能力，才有机会成为治疗性抗体。
但，上哪找治疗性抗体？某些传染病灾难片，主角取出痊愈病患身上的血清，打到另一名患者身上，病人就神奇的痊愈了……“这次中国在新冠肺炎患者、台湾过去在 SARS 病人身上均尝试过取出恢复期病人血液，纯化出抗体，打到重症患者身上，大幅改善症状。不过风险很高，因为病患身上可能带有其他病毒。最好还是研发安全有效的治疗性抗体。”吴汉忠说：
中研院研究团队已研发出 12 株单株抗体，可阻断病毒抗原结合至 ACE2 受体，并且在 P3 实验室证实可有效抑制新冠病毒感染细胞，有机会发展成治疗性抗体。
这些珍贵的单株抗体，来自中研院国家生技研究园区生医转译研究中心之四大抗体技术平台，包括：噬菌体显现法平台、高通量合成抗体工程技术平台、单一 B 细胞抗体平台以及小鼠融合瘤 / 抗体工程技术平台。面对此次新冠肺炎全球大流行的严峻挑战，杨安绥研究团队能够在 19 天内找出快筛试剂的关键单株抗体，吴汉忠研究团队亦研发出 12 株单株抗体，有机会发展成治疗性抗体，这些平台功不可没。吴汉忠强调：“此次能够快速完成这些研究，都是长期团队养成，加上廖院长整合‘COVID-19 合作平台’，并有 3 次练兵的经验，以及各实验室协力合作的成果。”
四大平台开发诊断与治疗性抗体
人类天然抗体库平台：
吴汉忠团队从人体的骨髓、周边血球或脾脏的 B 细胞等取得人类抗体，将抗体的部分基因（表现与抗原结合区域）插入噬菌体的基因组，再让噬菌体去感染细菌并大量复制。复制完成的噬菌体，它们的 pIII 蛋白上就会出现人类抗体的片段，而且每个片段只能对应特定抗原。中研院以噬菌体显现法建构的人类天然（naïve）抗体库，总容量已达到 600 亿株的有效人类抗体。
如何从茫茫的抗体大海，筛选出所需的正确抗体呢？研究员让大量噬菌体 pIII 蛋白上的抗体片段与预订抗原（如新型冠状病毒的抗原）结合，经过三至五轮淘选，挑出最具有结合力的噬菌体。最后由 DNA 定序，确认抗体的基因序列，即可得到正确的抗体。
▲ 噬菌体显示法解说。（Source：诺贝尔奖官网）
噬菌体显现法平台的优点是可大规模快速筛选，而且抗体都取自人体，临床上可减少排斥性问题。目前中研院的研发成果已获得超过 20 项国内外专利，研发产品包括：区别四型登革热的检验试剂、癌症相关的治疗性抗体等。面对此次新冠肺炎全球大流行的严峻挑战，研究团队亦运用此抗体库在 18 天内快速完成筛选，并制造 12 株有机会成为药物的人类抗体。
高通量合成抗体库技术平台：
抗原与抗体接触与结合的部位，称为互补性决定区（Complementarity determining region，CDR），如果抗体与抗原的亲和力不佳，可运用基因工程使抗体 CDR 区域突变修正，称为合成抗体。中研院杨安绥团队已完成一百个合成抗体库（Synthetic library ），每个抗体库至少有十亿种有效抗体变种。此次他即是运用数十年来累积成果和技术，日以继夜进行抗体合成及筛选，将原本需要两个月的研究，缩短在 19 天内达标！
（Source：中研院秘书处）
单一 B 细胞抗体平台：
从病患或疫苗接种者的血液样品中，选出能辨识抗原的记忆型 B 细胞，再用 RT-PCR 技术取得抗体的基因序列，以复制（cloning）技术和抗体工程制备后，筛选出单株抗体，所需时间较短，可快速应付传染性疾病爆发。中研院林国仪研究团队用此法成功从老鼠体中取得可与多种流感病毒结合的单株抗体。
小鼠融合瘤／抗体工程技术平台：
把抗原打入小鼠体内、诱发免疫反应并产生抗体，然后取出小鼠脾细胞和骨髓癌细胞融合，透过融合瘤细胞可不断增生的特性来获得单株抗体，若得到具有中和能力的单株抗体，可进一步运用抗体工程技术改造成人类化的治疗性抗体。目前中研院研究团队在极短的时间内，已成功生产 60 株对抗棘蛋白（spike protein）及 47 株对抗核衣壳（nucleocapsid）之单株抗体，这些单株抗体对于新冠肺炎的诊断及治疗将有重大助益。
这一波是求快，接下来要求好，希望未来研发准确度、灵敏度更好的诊断试剂以及安全有效之治疗性抗体，以因应下一波疫情到来。
如今在中研院里，快筛试剂和抗体药物等各项研发工作，正如火如荼进行。吴汉忠表示，新兴传染病出现的频率越来越高，造成的疫情亦日趋严峻。未来将建全抗体平台与 P3 等级生物实验室的编制内常驻人力，接受完整训练，并且定期模拟演练快速研发抗体与确效之流程，以期当新兴传染病发生时，可具时效性抑制其扩散与爆发，降低疫情对国人健康与社会经济之冲击。
（作者：欧宇甜、黄晓君；本文由 研之有物 授权转载）
延伸阅读：
- 中研院找到武汉肺炎快筛关键，15 分钟可完成
- 台湾防疫火力全开，中研院、国卫院各自合成出武汉肺炎新药“瑞德西韦”
