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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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探索未知世界 創造經濟價值

口述/翁啟惠 整理/陳玉鳳

工研院主辦系列「孫運璿講座」,在首場演講中邀請到中央研究院院長翁啟惠蒞臨,主講基礎研究與創新發展的關係。他認為基礎研究在進行之初,並不會考量未來的商業利益,但是累積一定能量之後,就會產生進一步的創新發展。

對於基礎研究與創新發展的關係,我首先要強調的是,一般在基礎研究領域中並不強調創新發展,創新發展基本上是屬於技術研究及開發機構,例如工研院的工作範圍。然而,創新發展對於一國之經濟有極為重要的影響,且重要的基礎研究一定有其創新價值。接下來我會以生命科學研究為例,說明基礎研究與創新發展之間的連結。

以生物科技領域來看,最近幾十年來的生命科學基礎研究事實上已衍生出不少的創新發展。例如,在1950年代,因為有DNA雙螺旋結構的發現,分子生物學才得以開始,這就是基礎研究的貢獻之一,也就是開啟了一門新學科,能夠將生命科學研究提升到分子的層次。另外,像是由於聚合酵素連鎖反應 (Polymerase chain reaction; PCR)的發現,使得科學界開始複製和定序基因。進入1980年代,基因重組技術的發展,更促使生技產業的誕生。

生命科學開創更多可能性

拜上述研究所賜,基因定序成為可能,後續更展開了「人類基因組計畫(Human Genome Project; HGP)」,這是一項規模宏大、跨國跨學科的科學探索工程,其宗旨在於測定組成人類染色體中所包含的30億個鹼基對組成的核苷酸序列,從而繪製人類基因組圖譜,並且辨識其載有的基因及其序列,達到破解人類遺傳信息的最終目的。此計畫堪稱是繼曼哈頓計畫和阿波羅登月計畫之後,人類科學史上的又一個偉大工程。相關研究的進行,未來更讓個人化醫療可能實現。

結合半導體技術的基因晶片設計,讓基因可以在半導體上面合成,我們可以利用更簡便及快速的方式來進行基因及疾病的檢測。許多疾病的生物標記(biomarker)的發現,則有賴於質譜儀技術的進展。過去的質譜儀只能分析分子層次,後來則能讓科學家看到蛋白質,也因此促使研究人員得以透過分析蛋白質與特定疾病之間的關係,進而開發出新的檢測技術及進行新藥研發。其中,分子影像的發展是一大關鍵。

2014年諾貝爾化學獎得主──美國科學家Eric Betzig、德國科學家Stefan W. Hell、美國科學家William E. Moerner,就是因為「超解析率螢光顯微鏡技術(super-resolved fluorescence microscopy)」而摘下桂冠。他們的研究成果之所以可貴,在於可以超越光學顯微鏡技術的限制。長期以來,傳統光學顯微鏡的解析率最多只能到達可見光波長的一半(0.2微米),然而這項技術利用螢光分子將光學顯微鏡技術帶入奈米(1公尺的10億分之1)領域。

如此一來,科學家可以看到活體細胞中個別分子的路徑,能追蹤巴金森氏症、阿茲海默症與杭丁頓氏舞蹈症的致病蛋白質如何堆積,並觀察受精卵發育成胚胎過程中的特定蛋白質。這項技術的快速發展將廣泛造福人類。

此外,累積過去的研究成果所衍生出的合成生物學,現在已能利用生物技術來製造化學分子;免疫學也已進入分子層次,讓研究人員得以了解免疫系統在面對外來物質,例如癌細胞的侵入時,相關化學分子的反應機制為何,這是屬於分子免疫學及分子疫苗領域的研究,這方面的進展將進一步找出治療癌症等免疫疾病的有效方法。其他生命科學及生物科技的重要進展,還包括幹細胞的發現,促使再生醫學的誕生,而基因修補機制的發現,將使得人類對於某些遺傳疾病不再束手無策。

合成醣晶片 促進新藥研究

在這些生命科學的發展歷程中,我所累積40年的研究,主要是在生物有機化學及醣分子科學有一些貢獻。例如以酵素技術大量合成複雜多醣物(多醣及醣胜肽),也發明了「程式化一鍋式反應」,這是第一個自動化合成多醣體的化學方法,也是目前唯一可大量而快速合成寡醣的方法,這使得過去不可能或是非常困難的寡糖化學合成成為可能。

另外,在以醣化學為主的藥物研發上也有重要發現,包括合成醣晶片、對抗病毒及細菌之藥物研究,以及具治療效果的乳癌疫苗等。值得強調的是,過去學界研究癌症疫苗,多從蛋白質下手,我的團隊則是選擇更複雜的醣分子進行研究,進而發展出醣晶片,對於感染症、新藥研究有很大的助益。

累積基礎研究能量 創新發展水到渠成

透過這些基礎研究的例子,我們可以了解研究人員在進行研究時並不會考慮經濟層面,如果基礎研究有特定的經濟目標,則一切就會不一樣,因為研究會侷限在經濟層面,就失掉從基礎角度突破已知範圍的意義,也就會錯過未知的世界。從以上的例子可以得知,基礎研究累積一定的能量後,自然就會出現進一步的創新發展。

接下來再以基因定序為例,我們可以看出基礎研究如何發展為具經濟效益的技術。美國耗費32億美元於基因定序的研究計畫,在進行十餘年後,檢視此研究的經濟效益,發現因為基因定序技術而衍生出許多新創企業,且每年創造出31萬個工作機會,基礎研究對於經濟層面的貢獻不言可喻。

基礎研究該如何和創新發展連結,首先從定義上來看,創新意謂價值的產生,其範圍不僅是技術開發,也含括商業模式(business model)、設計思維、組織架構的新發展等,創新的前提是這些改變會帶來價值,我認為,沒有價值的產生,就不是創新。因此,現今許多人在談的不是創新,只是創意,例如,未產生價值的專利,就並非是真正的創新。

沒有基礎就沒有應用,這是眾所周知的事,我們目前需思考的是要透過基礎研究的連結和創新發展的連結,來推動臺灣生物科技產業的進一步發展。

自1980年代以來,臺灣已經成功地發展半導體產業、資通訊技術產業。然而,為了面對新的挑戰與改善經濟,臺灣已選出有必要積極投資的新興產業,生物科技便是其一。

我國的生物科技產業發展重點包括醫材、製藥、保健食品及農業生技等。臺灣的強項則在於農業生技、臨床醫學、華人特有疾病研究。臺灣發展生技產業的優勢,包括我國的法規接近美國食品藥物管理局(FDA),因此容易與國際接軌。值得一提的是,「生技新藥發展條例」在2007年通過後,帶動新藥及高階醫材快速發展;「科技基本法」則進一步強化了基礎研究與產業的連結。

推動臺灣生技產業 站上世界舞臺

發展至今,臺灣的生物科技產業已有新臺幣3,000億元產值,有超過20項研發新藥正進行臨床三期試驗。然而,我國發展生技產業仍有許多地方待克服,其中包括研發鏈未串聯、臨床前及初期臨床試驗較弱,以及缺乏關鍵技術、量產規模、品牌建立及國際市場布局的能力等。因此,我認為臺灣應強化「人才」、「選題」、「智財」、「法規」、「環境」及「資金」布局,才能進一步推動臺灣的生技產業發展,進而在10年內將達3兆美元的全球生技市場上占有一席之地。

沒有基礎就沒有應用,必須透過基礎研究的連結和創新發展的連結,來推動生物科技產業的進一步發展。

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