精準醫學之未來展望

文章發表:2018/07/27

李英雄,林克亮

一、精準醫學之緣起

「Precision Medicine」一詞是西元2011年由美國國家研究委員會(the US National Research Council)揭開序幕提出的概念(Concept),若將其翻譯成「精準醫學」則是廣義的醫學領域(The Field of Medicine),如譯成「精準醫療」則是狹義的一門臨床實踐學科,不論是廣義與狹義的解讀,都意味著當今的醫學/醫療(Modern Medicine)純就科學的觀點來做評論是不準確的科學(Inexact Science),這是無可厚非的事實,醫界同道理應虛心接受,不應固執己見、墨守成規,否則將會被趨勢潮流所淘汰。

原本在醫學界人士只將精準醫學的概念視為是「一陣微風吹皺一池春水」,風過水無痕,哪想到世事難預料,西元2015年一月美國總統歐巴馬(the US President Barack Obama)在一年一度國情咨文中宣布啟動精準醫學計畫(Precision Medicine Initiative),這位大導演歐巴馬的「臨門一腳」撼動全球生技醫藥界紛紛響應、共襄盛舉,原本是一陣漣漪,如今卻變成海嘯般的浪潮,席捲世界上先進的國家,爭相投入鉅資開發拓展精準醫學相關的事項,當然台灣政府亦隨之起舞,於西元2016年11月26日由行政院相關單位發布全力推動「利基型的精準醫學」,將建立四大系統,包括健康監測記錄系統、快速即時檢測系統(精準診斷需求),用藥確效檢測系統及疾病風險評估系統(回饋治療策略),並將統整產、學、研界的研發能量,推動精準醫療產業的發展,涵蓋基因型鑑定、己測診斷技術(DIY diagnostic technology)及新藥等的研發應用。我國政府對精準醫學/醫療的重視是一件可賀可喜的大事,期盼能落實執行、促使台灣醫學領域之結構性轉型,邁向破壞式創新醫學(Creative Destruction of Medicine),引領醫學更上一層樓。

二、精準醫學之延伸

精準醫學的發展,開始是奠基於人類基因體(Human genome)之基因體醫學(Genomic Medicine)為依據,研發標靶藥物做針對性的個人化醫療(Personalized Medicine),尤其是個人化的癌治療獲得突破性的進展。可是對疾病的標靶治療雖然有顯著的效果,至於人的客觀反應率(Objective response rate)、免於進展存活(Progression-free survival)及整體存活(Overall survival)的改善卻是有限的,換言之,這種「治病不治人」的標靶治療並非是理想適當的醫療照護模式。

近年來,對人的觀念(Concept of Humans)起了重大的改變,人體是由一個動物體與逾百兆(trillions)計數的微生物(microbes)融合而成為不可分割、相互依存共同塑造的共生體(Symbiont),更恰當的比喻應該稱為全(合)生體(Holobiont)。因此,人視為是超級生物的觀念(Concept of Superorganism)已廣被生物醫學界人士所接受,更正確的闡明,人體是地球上最複雜的微生物生態系統(Microbial Ecosystem)之一。人體的生態系統受內、外環境的影響甚鉅,因此人的健康狀態與疾病生成決定於這個複雜的生態系統之非線性動態變化(Nonlinear dynamic changes)。基於「人是超級生物與人體是生態系統」的新觀念,精準醫學的臨床實踐就必須超越基因體學(Beyond Genomics)的束縛,換言之,基因體導向的精準醫療(Genomics-based Precision Medicine)之作法需要重新審慎評估適當性與正確性。

邁入21世紀的後基因體時代(Postgenomic Era),高通量多重體學技術(High-throughput multiomics technologies)的突破性進展,結合超級電腦(Supercomputer)的快速演算分析以及資訊與通訊技術(Information-Communication technologies,簡稱ICT )的應用,無遠弗屆收集數據資料,使得在短時間內可獲得人體生態系統的生理與生物特性(Physiological and Biological Properties)之巨量資料作為健康狀態的評估參考和疾病治療的依據與結果的預測,在大數據(Big Data)的支撐下,才能真正地做到精準醫療,因此基因體導向的精準醫學(Genomics-based Precision Medicine)就順理成章延伸為大數據導向的精準醫學(Big-Data-based Precision Medicine)。由於內、外環境的動態變化會導致人體生態系統恆定狀態(Homeostasis)呈現波動影響人的健康狀況及疾病的易感性與產生,因此精準醫學的臨床實踐就必須將情境(Context)列入考慮的重要因素,遂衍生出所謂「情境導向精準醫學(Context-based Precision Medicine)」的出現了。總之,精準醫學的支撐依據隨著時空轉變、科技進展及觀念更新不斷地調整翻新,由起初的基因體導向轉變為大數據導向邁入情境導向的精準醫學,整個演化過程如圖一所示。

三、精準醫學的轉譯應用

精準醫學的概念若要能夠轉譯到臨床實踐應用就必須將「概念落實到產業結合服務」,達致「三位一體」,才能實現真正的精準醫療(圖二所示)。精準醫學領域涵蓋的範疇非常廣泛,目前是以精準腫瘤學(Precision Oncology)作為主要的基礎探究與臨床實踐,但是現今的腫瘤學家常以基因體導向從事精準治療癌症,這是不十分正確的作法。最新的觀念不將腫瘤視為是「組織器官」,而是認為「生態系統」,欲對腫瘤這個生態系統的異常變化做精準的診療,考慮的層面就不單單是基因體,而是全面性的深入剖析,概括腫瘤內、外環境的因素、動態的演化過程等,因此,檢測分析的數據是包羅萬象的大數據,必須藉助於超級電腦才能達到事半功倍之效。鑒於目前腫瘤科學者專家對於腫瘤學的了解經常侷限於狹窄的知識層面,根本沒有通盤地對腫瘤生態系統做徹底的探究,因此,本人基於系統整合的概念,特別編著「精準腫瘤學(Precision Oncology)」教科書,涵蓋的內容非常完整、井然有序(如圖三所示),唯有全面性的洞悉每個章節的細節才能真正地落實腫瘤/癌症的精準治療。

由於精準醫學的概念已經開始超越基因體奠基的思維,邁向大數據導向,甚至情境依歸的實踐作法,這是趨勢的轉變,朝向流行病學(Epidemiology)的思考模式,目前歐盟國家已經著手策畫啟動「精準公共衛生(Precision Public Health)」計畫,期望落實精準預防重於精準醫療。事實上,台灣政府規劃設計的「利基型的精準醫學」之四大系統,內容隱約涵蓋「精準公共衛生」的概念與思維,只要在實踐的過程中融入流行病學的作法,加上相關的配套措施就能從個人化精準醫療邁向群眾健康導向的精準公共衛生,畢竟21世紀的後基因體時代(Postgenomic era)是以健康促進(Health Promotion)為訴求,而非是醫療照護(Medicare),醫界同道應該體認對抗趨勢潮流永遠是失敗者,唯有審時度勢的調適順應才是永久的成功者。

四、精準醫學之展望

美國知名市場調研分析機構Gartner提出西元2018年的《十大戰略技術趨勢報告》裡,AI(人工智慧)是其中的一項。該報告強調這些十大戰略技術都擁有潛在的顛覆力量,未來幾乎所有的應用服務,包括醫療服務都將採用一定程度的AI。醫學界近年來已經廣泛地使用AI從事臨床的診療服務,截至目前,奠基於AI的癌診療系統還是以IBM研發問世的Watson(華生)系統最完整且被世界各國廣泛的使用。華生AI系統從西元2011年開始構建,迄今已經儲存了超過300種著名的醫學專業期刊,250種以上的醫學書籍,1500萬篇以上的論文研究資料,目前可提供的癌診療方案包括乳腺癌、肺癌、直腸癌、結腸癌、胃癌、卵巢癌、子宮頸癌、攝護腺(前列腺)癌、膀胱癌等共9癌型,預計西元2018年將增加到12種癌型(cancer types)。華生系統是透過認知演算技術(recognition-algorithmic technique),在輸入癌患者的基本數據資料、疾病狀況、治療史等詳細的內容,經過10幾秒後,就可提供一份妥善適宜的診療方案,涵蓋幾套全方面治療與用藥方案等作為抉擇的參考。認知演算是機器人華生的計算方式,每秒運轉數據資料量為500 GB (gigabytes),相當於1秒閱讀100萬本書。如果1000萬份病歷讓醫師看完需花費192年,但華生機器人只要15秒。華生系統可以同時演算超過1000項的數據分析工作,協助醫師減輕工作負擔及節省分析費用。此外,華生系統結合美國國家癌症信息網(NCCN)的治療策略方針,可為醫師提供實(循)證醫學的、個人(性)化的、有輕重緩急優先順序的診療方案之建議,協助腫瘤專家醫師與臨床甚至基礎醫學團隊根據病人的個性生態情境選擇精準的治療方案。由於IBM成功開發人工智慧華生治療系統之啟發,生技、醫、藥、健康產業的公司行號和大型醫療機構亦爭相投入巨資從事AI導向的醫學轉譯(化)應用,尤其在腫瘤學領域最為熱門,咸信在未來的10年內,AI奠基精準醫學/腫瘤學(AI-based precision medicine/oncology)將大放異彩,健康照護隨著邁入健康4.0新時代(New Era of Health 4.0)。


  • 資料來源:台中市醫師公會台中醫林,98期,36頁

李英雄

林克亮

  • 中山醫學大學醫學檢驗暨生物技術學系
  • 詳細履歷

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