最全33大系列1000+節【理科生必刷】Crash Course 10分鐘速成課 33大系列之工程學外教講解課 快速對工程相關學科有個深度瞭解 P37 - 工程學-36-藥物發現&輸送

醫療事務至關重要 不論你是在接種流感疫苗 還是只是服用一粒阿司匹林 醫療領域對你生活的影響都是至關重要的 新療法幾乎每天都有新進展 這全靠科學家和工程師的辛勤努力 他們共同研發出突破性的藥物 並解決如何將藥物送達所需地點的問題 這些努力被稱為藥物發現與藥物遞送 它們正是你想要打造更健康世界所需要的 在這個時代 輕鬆獲得帶有個人風格的東西已經變得相當容易 每個人都是獨一無二的 人們希望過上能反映這些差異的生活方式 定製汽車、量身訂做的服裝、個性化的電子產品——還有許多 其他例子但是醫藥呢 假如你能夠走進醫院 獲得針對你自身狀況的完全個人化治療呢 那是生物醫學工程的夢想——一個醫生能根據個人差異進行診斷和治療的世界 這個概念稱為個人化醫療 也是未來的醫療方式 這是指可以將一個人的基因資訊與臨床資料結合 以最適合的方式為其量身訂做治療方案 滿足其特定且獨特的需求 醫學是所有我們知識聚集的領域 你必須具備生物學知識才能理解這個問題 化學知識才能找出解決方案 而物理學知識才能安全且精準地執行這個方案 作為工程師 你的工作是運用生物相容性和流體流動等概念 將所有這些整合成一個簡單易用的套件 可能拯救某人的生命 幸運的是 已經有一些地方開始採用這種個人化的做法 例如 基因檢測可以顯示某人罹患乳癌的機率 並在生命早期引導他們走適切的監測途徑 希望這能幫助早期發現疾病 此時治療方式較不具侵入性且成功率更高 但在個人化醫療普及之前 仍有许多挑戰需要克服 你需要開發更完善的系統 以快速評估病人的基因圖譜 利用這些資訊製造低成本的診斷裝置 並找到最佳的藥物投遞方式 以防萬一 而且在你首先提出一個好的治療方案之後才會有這 些藥物發現的重點就在於找到那種新的治療方法 這是透過你對成分的了解以及它們如何與人體互動來發現和創造新藥物的過程 即使在現代醫療出現之前 人們就已經發現了一些天然療方 這些療方往往是偶然發現的 卻能改善他們的健康或幫助他們戰勝疾病 藥物發現的早期階段主要是尋找那些藥方中的有效成分——真正對身體產生影響的部分——並學習如何複製或改進這些效果 辣椒在幾個世紀以來被用來緩解牙痛等疼痛 但如今我們知道真正起作用的是辣椒素這種物質 現在你可以購買它來治療類風濕性關節炎和帶狀疱疹等症狀 而且不會產生其他辣椒部位所引起的灼熱感 如今 我們擁有大量經過測試以確定其效果的合成分子、天然產物和化學萃取物的化學文庫 這被稱為經典藥理學 一種新的工具是基因組分析 即研究生物體完整的DNA序列 包括所有基因 這是人類基因組計畫的成果 該計畫成功解碼了我們的DNA 解碼你的基因組就像是繪製出你體內所有基因的圖譜 這是指找出你基因組中所有DNA核苷酸或鹼基的順序 人類基因組計畫中 研究人員能夠測序我們全部的32億個鹼基對 這使得大量純化蛋白質的快速克隆和合成成為可能 基因組分析是現代藥物開發方法——稱為逆向藥理學的基礎 逆向藥理學首先會確定這些蛋白質中哪一種與您想要治療的病情有關 你可以將該蛋白質與一組化學反應進行比較 以尋找已知會與之相互作用的分子 如果你發現有匹配的物質 可以對活細胞進行測試 以觀察反應是否產生任何正面影響 從單細胞開始 你可以逐步發展成簡單的動物 如果一切順利 最終將進行人體試驗 透過從問題區域出發並反向推導 逆向藥理學是一種更為明智且通常更快的發現新藥的方法 無論透過何種方式獲得 一旦開始治療 接下來就是藥物遞送問題—— 讓藥物在體內流動 找到問題所在 並與細胞的適當部分結合 注射器是解決這個問題的經典方法——只要抽取一些藥物 直接注射到需要的地方即可 過去使用這些針筒時 需要潤滑劑來幫助活塞下滑——也就是你壓下去的那個部分——現在已經不需要了 這通常意味著使用硅油 這可能會造成問題 矽油可能與藥物產生反應 而隨著藥物越來越專門化 反應情況也變得越來越嚴重 許多藥物也無法直接送入血液 而必須先在胃或腸道中進行代謝 因此 為你的藥物準備其他傳遞方式是一個好主意 我們之前曾討論過一些可能性 例如奈米材料或生物材料 研究人員目前正在探索如何設計納米粒子 使其能夠將藥物送達體內的目標位置 同時避開免疫系統的正常防禦機制 你聽說過智慧型手機和智慧型汽車 但有聽過智慧型醫療設備嗎 設計一種能對身體內部狀況敏感的物體 讓藥物在適當的時間以正確的方式發揮作用 例如糖尿病患者 你可以設計更智能的裝置 使用更好的材料 使得胰島素只在血糖水平過高時才釋放到他們的體內 在組織工程這個新領域中 研究人員正結合生物學的原理與工程應用 以創造出能協助修復受損人體組織 甚至可能取代它們的新型生物材料 一個目標是製造一種醫療支架 能吸引幹細胞並利用生物信號引導它們生長成特定類型的組織 幹細胞是身體的構建基礎 未來掌握合成組織工程可能使組織甚至整個器官的再生成為可能 這已經是極其個人化的了 就連這也無法涵蓋我們希望醫療能做的一切 有時問題不在於你試圖修復或再生身體 而在於你試圖阻止某種東西首先擴散或生長 癌症是全球第二大死亡原因 每年導致數百萬人死亡 傳統治療通常依賴手術、放射治療和化療的組合 化療通常是治療多種癌症的首選方法 但它本質上是一種毒藥 你希望它能比摧毀健康細胞更快地殺死癌細胞 這與輻射的情況類似——很難將其影響僅限於壞細胞 在這種條件下 一種僅能將治療藥物送到需要部位的給藥系統是不夠的 你需要一種針對性的藥物傳遞方式 以免在途徑中傷害其他部位 這能讓你在體內特定位置達到最大的正面效果 同時減少其他地方的負面副作用 這也讓您能夠處理難以到達的部位 同時使用較小劑量 這種萬能藥的觀念已經引發了多種新型藥物載體系統 這些是直接局部給藥系統的優秀範例 例如貼皮藥劑 這些藥貼可以持續數天慢慢將藥物釋放到體內 它們常被用來提供避孕措施或幫助吸煙者緩解尼古丁戒斷症狀 一種藥物洗脫支架 這是一種能釋放緩釋藥物的網狀管狀物 可以從體內達到相同的效果 它們通常被植入患有冠狀動脈疾病患者的體內 以防止危險的阻塞 另一個有前景的工具是微粒 它們小到可以隨著血液在心臟中流動 但又大到無法進入毛細血管 一些研究人員利用這項獨特的性質 製作了如澱粉等可生物降解的藥物 它們可以將大劑量化療直接送達目標部位 這個過程也稱為化療栓塞術 這些粒子會積聚在體內指定的部位 有點像一個儲存倉庫 當它們分解時 藥物會緩慢而持續地釋放到目標區域 想要加快或減緩藥物的釋放速率 可嘗試使用不同種類的材料 其降解速度不同 或者設計粒子使其孔隙更大或更小 但假設你確實想要一種能夠進入微血管以持續在體內循環的物質 那麼納米粒子就是最佳選擇 粒徑約在110到140奈米的粒子似乎適合大多數應用 因為它們大到足以避開肝臟或腎臟的過濾 但又小到不會被白血球攻擊 其目標是讓它們在體內循環中停留足夠長的時間 以便被目標組織清除 而不是像你的免疫系統這樣 這種方法可能特別適合用來治療癌症 因為與腫瘤相連的血管通常相當粗大 藥物較不容易滲入周圍組織 導致一種稱為增強滲透與保留效應（EPR效應）的現象 基本上 你是在增加藥物到你想要的地方 同時減少到你不想要的地方 未來的技術可能更加精準 一種正在開發中的概念是微氣泡 它們是充滿氣體的超小氣泡 有一天 它可能攜帶一種化療藥物 這種藥物只會在氣泡接觸超音波波浪時釋放 超音波會針對身體的特定部位 只在腫瘤部位破裂微氣泡 從而僅在最需要的地方激活藥物 這些針對性的載體 加上良好的疾病檢測系統和豐富的藥物發現 將共 同構建出所承諾的個人化醫療世界 今天我們了解了藥物發現與藥物遞送 我們涵蓋了經典藥理學與反向藥理學 以及合成生 物學這個新領域 以及人們在這方面所取得的成就 最後 我們了解到良好的疾病檢測有多麼重要 以及為什麼我們需要更多針對性的藥物遞送系統 我下次再見你 屆時我們將進一步探討生物裝置 工程速成課是由PBS數位工作室共同製播 該工作室也 製播全球異常氣候 一檔探討氣候、政治等多個領域交集的節目 由氣候科學家凱瑟琳·海霍 主持請查看描述中的連結 《 Crash Course 》是由 Complexly 製作的 本集是在金尼博士工作室拍攝的 在這些優秀人士的幫助下 我們的精彩美術團隊是Thought Cafe