未來個人化精準醫療：運用單一個人的健康數據和DNA，打造專屬的治療方式和藥物

名人推薦：各界人士專業推薦（依姓名筆畫排列）
左典修　捷格科技董事長
余金樹　慧誠智醫總經理
林謂文　臺安醫院心臟內科主任醫師／心臟血管專科醫師
洪惠風　新光醫院心臟內科主任
郭智超　Dr.Right 創辦人暨執行長
黃齊元　藍濤亞洲總裁

前言
未來個人化的精準醫療
這兩個數字哪一個比較大：可觀測到的宇宙銀河系總數，還是你的身體細胞總數？答案可能會讓你感到意外。我們對於人體細胞總數的最精準估計值，是根據一項平均值計算：三十歲成人，體重大約七十公斤，身高一百七十公分，體表面積約為一．八五平方公尺。這位「平均人」是各種不同的人的大雜燴：每個人的細胞總數不一樣，而且身體各部位的細胞密度也不同。考量這些變數，將「平均人」的細胞加總，會得到一個好大好大的數字：三．七二乘以十的十三次方，亦即三十七．二兆個細胞。
要計算可觀測的宇宙銀河系總數，必須將哈伯太空望遠鏡對準一片天空，計算這片天空的銀河系總數。但還是有漏洞：這種方法會漏掉要長時間才會出現的銀河系，以及我們看不見的銀河系。不過根據最精準的估計值，可觀測宇宙的銀河系總數，約為一千億至兩千億之間。所以是三十七．二兆對上……頂多兩千億。差距如此懸殊，根本沒得比。人體細胞總數比宇宙銀河系總數多出三十七兆。如果你很難想像這些數字，那不妨想想：一兆等於一萬億。
人體幾乎可以說是複雜到難以理解的地步。難怪現代醫學在過去兩百年來，都在努力破解人體的奧祕。第一隻天花疫苗於一七九六年問世。主張所有有生命的有機體，都是由細胞組成的細胞學說，是於一八三九年推出的。當時英格蘭與威爾斯男性出生時的平均餘命為四十．二年。女性則是四十二．二年。如今則是男性七十九年，女性八十二．八年。到了本世紀末，全球開發程度最高的各國國民的出生時平均餘命，可望超過一百年。要達到甚至超越這個里程碑，我們將進入新的醫療時代：醫師的責任在於維護健康，而非治療疾病。個人化醫療將取代一體適用的醫療。在這樣的未來，我們都會活得更久、更健康。而且這個未來將透過資料實現，很多很多的資料。
現在大多數的醫療數據，都是依據人口平均值計算。所以在英國，五十歲以上的女性，每三年可進行一次免費的乳癌篩檢。美國則是建議五十至七十四歲女性，每兩年進行一次乳房X光攝影。這種篩檢，是依據蒐集而來的人口資料所推測出的需求。但如果我們能知道，哪些人天生罹患某些疾病的機率比較高，會如何呢？如果我們在有生之年，醫師都能用高解析度的細部資料、而非只用概略的人口統計平均值，監測我們的身體狀況，又會如何呢？在未來的幾十年，我們的醫療紀錄不會是一生中散碎的觀察資料，而是依據我們有生之年蒐集到的資料，完整呈現我們的本質。蒐集的過程會在我們出生之前就開始，在我們還是胚胎的時候，就完成我們的基因組定序。我們的基因紀錄，會伴隨我們一生。出生以後，我們的基因組將與其他生理資料結合，可以更理解什麼會讓我們健康，什麼又會害我們生病。我們的個人健康檔案，也會包括身體個別細胞的資料，還有關於這些細胞的作用的詳細資訊。醫師參考這些資料集，就能做出有效預防疾病的決策。
也許你聽過「人類基因組計畫」，它可以說是一門頗具潛力的全新科學的金本位制度。這項計畫於二○○三年完成，總共辨識出組成我們所有基因指令的三十億個化學單位，並予以定序。計入通貨膨脹，這項於一九九○年開始的計畫總共耗資五十億美元。現在你只要花費不到兩百美元，即可完成你的基因組定序。基因體學（Genomics）具有改變醫療的潛力。二○一八年，英國的研究人員將英國國家健保局（NHS）的十萬名病患的基因組予以定序，展現了基因體學改變醫療的能力。參與研究的病患同意將他們的資料，與他們的病況資料及醫療紀錄對照，並讓研究人員參考這些資料。這項研究的目的，是徹底了解基因是如何引發罕見疾病、癌症，以及傳染病。這個基因資料寶庫，現已成為研究與診斷的利器，未來還會加入幾十萬名病患的資料，就更能掌握疾病的治療與預防之道。而且基因資料只是個開端。未來還會加入人體各層面的高解析度資料。這些資料，來自症狀出現之前即可發現患病跡象的穿戴式裝置，以及能察覺最細微的異常現象的診斷檢查。
這些巨量的資料，可望改變製藥業，同時催生出製藥業研判目前無法生產，或者殘酷一些說，即使生產也注定要虧損的療法。很多例子都是科學理論已經發展完備，可是主管機關與製藥公司卻沒有做好準備。現在的臨床試驗已經找出癌症之類的疾病療法，而世界各地的研究實驗室，也在努力蒐集解析度越來越高的資料，處理之後即可得知疾病的根源，包括罕見疾病與常見疾病。以積極而審慎的方式，推動更為個人化的精準醫療，將創造莫大的效益。而在其他的例子中，則有些自大的人、還有一些喜愛空想的億萬富豪，嚮往著科幻故事般的另一種未來，所有的疾病皆有解方，醫學還能戰勝死亡。
但我要說的並不是自大與傲慢的故事，而是關於悲痛、犧牲，以及克服萬難、努力活下來的故事。未來醫療的故事，是由當今的開路先鋒所寫下的，這是一則關於我們如何活著、變老，然後死去的故事。在醫療的新興領域奮鬥的專家，一致認為改變確有必要，且能夠實現。他們也一致認為，改變是可以做到的，而且很快就會到來。在某些例子中，改變已經發生，例如使用細胞治療對抗癌症。法令已經完備，製藥公司也得以將創新科技轉化為可營利、可量產的事業，甚至拯救數百萬條人命。在分子精神病學、長壽等等的領域，類似的法令、量產，以及獲利能力的問題尚未浮現，但也即將到來。
下一波的科技，並不會取代現在的專業醫療人員，而是輔助他們。往後我們例行就醫，醫師將能參考一個廣大的、可能涵蓋全球的匿名病患資料庫，然後做出正確的診斷與治療決策。新創生技公司已經大規模使用的人工智慧（AI），將會是我們分析、理解從全球各地幾十億病患那裡蒐集來的海量資料，所不可或缺的戰友。
從基因體學到分子診斷，以及人工智慧輔助的藥品開發，這場即將到來的醫療革命潛力無窮。但挑戰也將隨之而來。為了向前邁進，我們的社會與立法單位必須與前所未有的難題搏鬥。倘若一位懷孕的女性，從基因檢測得知腹中的孩子一出生，就會罹患會導致身體衰弱的疾病，我們該如何介入？移除致病的基因突變，孩子當然就能享有更長久、也許更快樂的人生。但要判斷哪些狀況是「不可醫療」的，卻涉及不少道德爭議。改變基因，創造所謂的「訂做寶寶」，更是充滿道德爭議。界線究竟在哪裡？未來我們面對各種問題，從個別病患資料的隱私權到基因改造的道德爭議，必定要畫出非常多條的界線。
無論醫學有多少突破，我們似乎不可能將平均壽命延長至幾百年。但在你的有生之年，數十億人確實有可能享有個人化的精準醫療。我們為天下人提升醫療品質，即可減輕疾病帶給社會與經濟的負擔，進而讓每一個人享有更長久、更快樂的人生。

第三章　　從每一顆細胞了解人體地圖
細胞是很神奇的東西。細胞是生命最小的單位，由英格蘭博學家羅伯特．虎克於一六六五年發現，以基督教僧侶居住、冥想的小格狀房間命名。沒有這些保護膜包圍的小格狀的細胞質，就不會有生命。細胞至少在三十五億年前就出現在地球，賦予所有生物生命，從單細胞細菌到人類都是如此。僅僅是你的大腦，就由八百億個細胞組成。細胞無所不在，但我們對於自己體內的細胞卻所知有限。
二○一六年十月，由全球科學家組成的團隊宣布，要蒐集有史以來最大量的資料。這項「人類細胞圖譜計畫」有個偉大的目標：為每一個人類細胞，製作詳盡的參考圖。他們並不是要製作三十七兆個細胞的參考圖。你的身體是由幾千種不同的細胞類型與細胞狀態組成，很多會出現不只一次。這個計畫是要研究人體的器官、組織與系統。莎拉．泰希曼是維康桑格研究所細胞遺傳學主任，也是人類細胞圖譜計畫的創始人與主要領導者。她認為這項計畫就像是Google 地圖。我們現在對於人類細胞與組織的理解，就像以縮小地圖的方式，觀看整個大洲。泰希曼希望將解析度拉高到「街景」等級，科學家就能以清晰的解析度，觀看一棟房屋，也就是一個細胞。為了達到這個目的，人類細胞圖譜計畫使用過去十年研發並普及的創新技術，也就是單一細胞基因組學與空間基因組學「放大顯示」，以理解人體各種細胞的功能。
辨認細胞種類的傳統方式，是用顯微鏡觀察細胞的形狀。這種方法非常緩慢，而且嚴重受限，例如研究人員只能看出肌細胞與骨細胞的差異。但僅僅是肌細胞，就包含許多不同的種類：有些肌細胞能讓你行走或揮手，有些肌細胞能讓你的器官起伏悸動。解析度有限，理解也就有限。
可以想像成水果冰沙與水果沙拉。我們現在觀看細胞，是一次觀察數十萬個細胞，評估這些細胞的基因表現價值，研究人員也就能了解細胞功能。這種方法聽起來有些不精確。簡單說就是一團混雜，很像水果冰沙。研究人員運用單一細胞基因組學，能將每一種水果單獨呈現，每一塊草莓、覆盆子、香蕉與藍莓都獨立呈現，再結合空間基因組學，就能告訴你草莓的旁邊是香蕉，這樣就能逐漸得知冰沙裡究竟有哪些水果，還能知曉水果之間如何互動，又會如何影響鄰近的水果。從一團混雜的水果冰沙，到擺盤精巧的水果沙拉，人類細胞圖譜計畫的目的，是呈現完整的細胞與組織的架構。人類細胞圖譜計畫之於細胞及組織，就如同人類基因組計畫之於DNA，就是製作一個參考圖，把每一個人放上去比較。
「想想我們的皮膚，」泰希曼以我們已經很熟悉的一種組織為例，「皮膚分為很多層。」在靠近我們皮膚組織的最底層，小小圓圓的基細胞生成。基細胞在這裡分裂，自行推升到皮膚表面，取代死亡的老細胞，這些老細胞隨即脫落。泰希曼說：「我們若不了解這種簡單的組織的架構，就無法徹底理解功能。」但還有很多細胞類型與組織仍是個謎。以子宮內膜為例。子宮內膜是子宮內裡的黏膜，在月經週期逐漸變厚，準備迎接可能來臨的胚胎。她說：「人類細胞圖譜計畫開始之前，我們對於子宮內膜所知甚少。有些東西我們研究得很深入，有些並沒有研究得很詳細。」了解子宮內膜組織的架構，就會知道子宮內膜在女性生命各階段的變化，不僅是月經週期與懷孕期，也包括好幾十年的期間。如此也就能了解，哪些細胞與細胞群體與老化、疾病有關。
二○二○年九月，人類細胞圖譜計畫的研究團隊，發表了人類心臟的第一個細胞圖譜。他們使用十四位捐贈者的健康心臟，研究將近五十萬的個別細胞，檢視每個細胞有哪些基因發揮作用。這項研究揭露了心臟各區域的細胞類型與細胞習性的主要差異，進而得知健康的心臟如何形成，有朝一日可望發展出更精準、更成功的心血管疾病療法。史上最詳盡的人體圖譜終將問世，細細揭露一個個細胞、一個個組織、一個個器官。這項研究雖然還在初始階段，卻已有傲人的成果。
二○一九年十二月三十一日，中國湖北省武漢市的武漢市衛生健康委員會宣布，該市出現二十七起肺炎案例，起因不明。唯一的線索是販售魚類與活體動物的武漢華南海鮮批發市場。市場於隔日關閉。病患出現各種症狀：發燒、乾咳、呼吸困難，第一批病患當中，有七位出現嚴重症狀。二○二○年一月九日，確認一種新的冠狀病毒出現，後來命名為SARS-CoV-2，不僅是引發新冠肺炎的病毒，也是這二十七起肺炎案例的起因。一天之後，中國研究團隊完成SARS-CoV-2 的基因組定序，並公開發表。一月十一日，一名六十一歲的男子成為死於這種神祕新疾病的第一人。中國當局當時表示，沒有人傳人的證據。二週過後的一月二十三日，整個武漢市連同超過一千一百萬人遭到封鎖。此時已有十七人死亡。
全世界為了對抗一個世代最嚴重的公衛危機，被一分為二。為了遏止新冠肺炎的擴散，幾十億人被迫封鎖，經濟與社會活動全面停擺。這種粗糙的疾病防治方法，可以追溯到十五世紀。當時義大利各城邦強制隔離染上瘟疫的人。在這幾百年間，科技的發展幾乎無法想像，但我們面臨最新爆發的疫情，卻再度啟用中世紀的辦法。但在其他許多方面，全球對於新冠肺炎疫情的回應，也讓我們看到醫療短期的未來發展。人類細胞圖譜計畫的研究團隊，除了迅速完成新冠病毒的基因組定序之外，也揭露新冠病毒如何攻擊人體的一個個細胞。這兩者的結合，讓治療方法、圍堵策略，以及疫苗得以迅速問世。
阿維芙．瑞格夫是計算生物學家，也是人類細胞圖譜計畫的領導人之一，目前是瑞士製藥巨擘羅氏的生物科技部門的研究與早期發展主管。她說：「你問的第一個問題是：病毒接觸到宿主時會怎麼樣？然後要研究宿主感染病毒的情況。」全球發現新冠病毒僅僅幾週之後，瑞格夫與同僚運用人類細胞圖譜計畫蒐集來的資料，整理出可能感染新冠病毒的細胞清單。要製作清單，必須參考兩種資料：未感染新冠肺炎病毒者的組織樣本資料，以及已感染新冠肺炎病毒者的組織樣本資料。「一開始是傳染的問題：哪些細胞會先感染？」瑞格夫說：「然後是發病的問題：病毒可能會鎖定身體的哪些部位？接著是流行病學的問題：年長者罹患重症的機率，為何高於年輕人與兒童？然後，一旦感染病毒，受到感染的是某些細胞：某些人的病程發展迅猛得出奇，是不是與這些細胞有關？我們用人類細胞圖譜計畫，一一回答這些問題，也得到不錯的答案。」
為了得到這些答案，研究團隊必須找出新冠病毒用以感染宿主的分子。新冠病毒會與受體分子結合。受體分子附著在人體許多種類的細胞表面，包括心臟、腸，以及肺部的細胞。這種受體分子叫做ACE2，能控制血壓、發炎，以及傷口癒合。但病毒要進入細胞，需要一種叫做輔蛋白酶的分子。人類細胞圖譜計畫顯示，輔蛋白酶有很多種，所以新冠病毒才會如此容易傳播。
瑞格夫與同僚研究未感染新冠肺炎者的二十五種不同的組織樣本。她說：「我們研究了他們的腸、肝、肺、鼻道、眼睛、心臟、胰臟、膀胱、睪丸、前列腺、腎臟、大腦、乳腺組織、血液與骨髓、扁桃腺、皮膚、脂肪組織、腹膜組織、骨骼、淋巴結，還有各種腫瘤與卵巢。」僅僅是第一次分析，他們就檢視了七百五十個樣本以及四百萬個細胞。他們的研究證明，新冠病毒理論上可以寄宿在腸、肝、鼻道、氣道、眼睛、胰臟、膀胱、睪丸、前列腺、腎臟、大腦、胎盤的細胞內。「我們研究得出這些結果的時候，還沒有公開發布的新冠肺炎神經系統症狀，」瑞格夫說，「現在有了。」
瑞格夫的研究結果，一次又一次呼應第一線醫師在病危病患身上所看見的現象。她說：「我們從未以這樣的角度，檢視整個人體，深入每一個細胞，每一個組織。」她與團隊發現，肺臟、心臟等器官的細胞感染新冠病毒，可能與血管有關。醫院裡止血困難，或是有凝血問題的重症病患，也呼應了這項研究結果。這項研究也解開了年齡的謎團。她說：「三歲以下嬰幼兒肺部的ACE2濃度，尤其在重症爆發的肺部深處，是低到幾乎不存在。年長者的ACE2濃度則是高得多。」所以兒童即使感染新冠肺炎，重症的機率也不高，因為病毒最有可能附著在鼻道與腸的細胞上，卻很難深入肺部深處。
瑞格夫與團隊完成第一階段的研究，接著檢視新冠肺炎病患的樣本，以追蹤病毒在人體內的進程。他們蒐集病患氣道內側的血液與組織樣本，最後也研究驗屍報告裡的血液與組織樣本。他們依據這些樣本，發表了史上第一份新冠肺炎重症患者人體組織的個別細胞分析報告。在這個階段，人類細胞圖譜計畫的資料才開始展現價值。瑞格夫說：「我們真的看見受到感染的細胞。我們看得見細胞裡面的病毒核糖核酸（RNA），所以可以研究同一個人的兩個細胞，一個有病毒，另一個沒有病毒。我們可以將這兩個細胞拿來比較，就能了解病毒對細胞的影響。這對於想了解病毒感染的醫師與生物學家，還有想開發更好療法的製藥商都有益。」

前言
未來個人化的精準醫療
這兩個數字哪一個比較大：可觀測到的宇宙銀河系總數，還是你的身體細胞總數？答案可能會讓你感到意外。我們對於人體細胞總數的最精準估計值，是根據一項平均值計算：三十歲成人，體重大約七十公斤，身高一百七十公分，體表面積約為一．八五平方公尺。這位「平均人」是各種不同的人的大雜燴：每個人的細胞總數不一樣，而且身體各部位的細胞密度也不同。考量這些變數，將「平均人」的細胞加總，會得到一個好大好大的數字：三．七二乘以十的十三次方，亦即三十七．二兆個細胞。
要計算可觀測的宇宙銀河系總數，...

《未來個人化精準醫療》用淺顯語言，闡述「精準醫療」及「個人化醫療」的意涵及趨勢。作者把複雜的大概念，聚焦為清楚的小場景，引領讀者走向未來。
　　　　　　　　　　　　——黃齊元　藍濤亞洲總裁

科學的算命，精準的改運，是醫學的未來。《未來個人化精準醫療》以作者淵博的知識，譯者流暢的文筆，帶給讀者閱讀時喜悅而欲罷不能的感受。
　　　　　　　——洪惠風　新光醫院心臟內科主任

隨著醫療科技快速發展，人類在面對疾病預防治療及避免死亡上常出現許多難解習題，也許「未來精準醫療」是這一切問題的答案！
　　　　　　——林謂文　臺安醫院心臟內科主任醫師

基於AIoT+Bio產生的精準醫療，將真正實現以病人為中心的醫療照護，並打造全新的臨床治療方式與重塑大健康產業的生態。
　　　　　　　　——余金樹　慧誠智醫總經理

在這個科技與醫療技術不斷創新突破的新時代，健康、醫療、照護與養生，是未來泛醫學的主流趨勢，然而一般人難以一窺堂奧。《未來個人化精準醫療》的內容精采自無庸置疑，翻譯的文體精煉，讓各類讀者都能容易理解，本書將帶給想一探未來醫療的讀者，豐富多彩的探索樂趣。
　　　　　　　——左典修　捷格科技董事長

標準化的醫療，已不敷人們對於治癒結果的期望。透過《未來個人化精準醫療》可以了解個人化醫療的趨勢，在未來應對複雜疾病時，能有概念來與醫師溝通治療計畫。
　　　　　　　——郭智超　Dr.Right 創辦人暨執行長

《未來個人化精準醫療》用淺顯語言，闡述「精準醫療」及「個人化醫療」的意涵及趨勢。作者把複雜的大概念，聚焦為清楚的小場景，引領讀者走向未來。
　　　　　　　　　　　　——黃齊元　藍濤亞洲總裁

科學的算命，精準的改運，是醫學的未來。《未來個人化精準醫療》以作者淵博的知識，譯者流暢的文筆，帶給讀者閱讀時喜悅而欲罷不能的感受。
　　　　　　　——洪惠風　新光醫院心臟內科主任

隨著醫療科技快速發展，人類在面對疾病預防治療及避免死亡上常出現許多難解習題，也許「未來精準醫療」是這一切問題的答案！
　　　　...

目次
前言　未來個人化的精準醫療
第一章　只為一個罕見疾病病患研發藥物
第二章　維持你個人的健康數據
第三章　從每一顆細胞了解人體地圖
第四章　改造人體免疫系統治療癌症
第五章　培養人造腦治療大腦疾病
第六章　解開人體老化之謎
中英名詞對照

目次
前言　未來個人化的精準醫療
第一章　只為一個罕見疾病病患研發藥物
第二章　維持你個人的健康數據
第三章　從每一顆細胞了解人體地圖
第四章　改造人體免疫系統治療癌症
第五章　培養人造腦治療大腦疾病
第六章　解開人體老化之謎
中英名詞對照