當細胞與星空相遇
從國際太空站到病患皮下的一針：微重力如何參與改寫癌症免疫治療
我們的身體，是一個浩瀚的宇宙。
一切始於原點。從第一次分裂開始，生命便展開。
2014 年哈勃超深空影像及活體 HeLa 細胞的多色熒光影像
Image Credit: (Left) Hubble Ultra Deep Field 2014 – NASA Science (Right) Fluorescence imaging – 8x57is, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
在這身體內的宇宙，八百六十億個神經元透過上百兆條突觸彼此交織，構成比任何星系更繁複的網絡；約十萬公里長的血管，如星系的絲狀結構般(galaxy filaments)蜿蜒延伸，把氧氣與養分送往身體每一個角落。
每一分、每一秒，數以百萬計的細胞悄然死去；與此同時，也有數以百萬計的新細胞誕生。這就像恆星的誕生與殞落，週而復始，生生不息。
生命本身，就是一場宇宙級的奇蹟。
當細胞遇上星空，醫學走進太空，一個嶄新的故事，就此展開。
細胞的太空之旅
天文學與醫學，表面上似乎是兩個毫不相干的領域。天文學家仰望星空，探索宇宙的奧秘；醫學家俯身於顯微鏡前，研究生命的機制。
然而，所有科學探索的起點，往往源於同一顆心 -那顆不斷追問「如果這樣，會怎麼樣？」的好奇心。
於是，人類開始發問：如果細胞和生物進入太空，會怎樣呢？
1951 年，一位名叫 Henrietta Lacks 的非裔美國女性，因子宮頸癌在美國約翰霍普金斯醫院接受治療，醫師在未經她知情同意的情況下，取下了她的癌細胞作研究之用。[1] 這些細胞後來以她名字與姓氏的前兩個字母命名為「HeLa 細胞」。令醫學家震驚的是，它們能在培養皿中持續分裂、繁殖，彷彿擁有不會停止的生命力。HeLa 細胞因此成為人類史上第一批可長期培養的「永生」細胞株，也成為現代醫學研究極其重要的基礎 – 從小兒麻痺疫苗到癌症研究，都有它的身影。[2]
培養中正在分裂的 HeLa 細胞，可見處於中期（metaphase）與末期（telophase）等不同分裂階段
Image Credit: Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc., CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
1957 年，蘇聯將一隻名為萊卡（Laika）的小狗送上「史普尼克 2 號」衛星，牠成為第一個進入地球軌道的動物。而在太空探索展開的最初幾年，HeLa 細胞也隨衛星踏上太空之旅。[3] 科學家想知道：這些在地球上持續增殖的細胞，當它們離開熟悉的重力環境，會發生什麼變化？
莫斯科太空人紀念博物館內的斯普特尼克 2 號模型
Image Credit: Laika ac from USA, CC BY-SA 2.0 , via Wikimedia Commons
隨著人類成功登月、建立國際太空站（ISS），醫學研究逐漸成為太空任務不可或缺的一部分。在距離地球約四百公里的國際太空站上，科學家得以在「微重力」（microgravity）這種近似失重的環境中，觀察細胞如何生長、分裂、排列，以及如何與藥物互動。
那麼，HeLa 細胞在太空中又怎樣了？
答案比想像中更微妙。早在 1980 年代，科學家便觀察到 HeLa 細胞在超重力（約 10 g）環境下，增殖速度會加快兩至三成；[4]而在微重力環境中，HeLa 與多種細胞的基因表現、形態與生長行為都出現了變化，不同細胞的反應方向甚至不盡相同。[5] 這些發現令科學界重新思考：重力— 這個我們從出生起便從未離開過的「背景」— 究竟如何參與細胞結構與生長節奏的調控？
故事，並沒有在這裡結束。科學家開始下一步的思考：如果太空環境能改變癌細胞的生長方式，那麼，它是否也能幫助我們更快理解癌症 — 這種仍令人類束手無策的疾病？甚至，幫助我們找到對抗它的新方法？
答案，正在距離地球四百公里的軌道上，慢慢揭曉。
太空科技與癌症治療
癌症，有點像體內的黑洞。數以兆計的細胞，本各安其位，依循著精密的生命秩序運行，維持身體的平衡。然而，當其中一個細胞的生長調控失常，形成癌細胞，原本穩定的秩序便可能逐漸受到破壞，如同黑洞吞噬在旁的恆星。這始於單一細胞的叛變，不斷分裂、擴張，甚至誘導血管新生，建立供應自身養分的通道。它突破防線，將破壞的漣漪擴散至遠端器官。
如果，我們將它送入太空站呢？
在地球上，培養皿中的癌細胞受重力牽引，往往只能貼著底部長成平面的單層；而在微重力環境下，細胞不再沉降，更容易自發聚集，形成更接近人體內真實腫瘤的立體三維結構（spheroids）。[6]
這裡需要說明一點：太空研究的價值，不在於取代地面研究。三維培養並非太空獨有，地面實驗室也能建立腫瘤球體、類器官等模型；形狀相似，也不代表已完整重現人體內的腫瘤。太空提供的，是另一種改變條件、比較差異的方式 — 有些平時被當作理所當然的前提，一旦改變，便可能顯露出新的問題，也帶來新的理解。
然而，太空醫學並不只有觀察細胞這一條路。另一條研究路徑，關注的是藥物本身：能否透過蛋白質「結晶」，探索更合適的製劑與給藥方式？免疫治療藥物的研究，便曾把這個問題帶上了太空。
從「傷敵也傷己」到「喚醒免疫」
在很長的一段時間裡，癌症治療主要依賴化療。化療是一種「殺敵一千，自損八百」的方式：它能重創癌細胞，卻也波及頭髮、腸胃黏膜、骨髓等更新速度快的健康細胞，患者因此要承受噁心、掉髮、疲倦與感染風險增加等副作用。
免疫療法——特別是免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors）——提供了另一條路。它不直接殺死癌細胞，而是讓身體重新「看見」敵人，喚醒被壓抑的免疫系統。
部分腫瘤細胞表面會大量表現一種名為 PD-L1（programmed death-ligand 1）的蛋白。它能與 T 淋巴細胞（T cells）表面的受體 PD-1（programmed death-1）結合，向 T 細胞發出「不要攻擊我」的抑制訊號。
換言之，癌細胞學會了偽裝。它不是消失了，而是讓免疫系統誤以為它不需要被清除。
免疫檢查點抑制劑的作用，就是阻斷這條「欺騙通路」。當 PD-1 與 PD-L1 之間的訊號被切斷，T 細胞便有機會重新辨識癌細胞，恢復攻擊能力。
Superresolution image of a group of cytotoxic T cells surrounding a cancer cell
從太空回到臨床
在這條路上，pembrolizumab（帕博利珠單抗，商品名 KEYTRUDA）是具代表性的藥物之一。這款由默沙東（MSD）開發上市、針對 PD-1 的單株抗體（monoclonal antibody），於 2014 年成為美國首個獲 FDA 核准的 PD-1 抑制劑，此後適應症逐步擴展，涵蓋黑色素瘤、非小細胞肺癌等多種癌症的特定患者。[7]
然而，一支好藥，還需要一種好的「給法」。
長期以來，pembrolizumab 以靜脈輸注給藥，藥物輸注本身約需三十分鐘。對病人而言，就醫卻不只包括這三十分鐘，還有前後的準備、等候與安排。一次又一次的治療，也是一段又一段被重新安排的日常。
如果能改為皮下注射，藥物施打的時間便有機會縮短。但這裡有一個製劑上的難題：為了在有限體積內送入足夠劑量，通常需要提高藥物濃度；而抗體這類大分子蛋白，在高濃度下可能面臨黏度升高、注射困難與穩定性等挑戰。
默沙東的研究團隊探索了其中一條路：與其讓抗體全部溶解在液體中，能否讓它結晶成許多大小均一的微小晶體，製成「晶體懸浮液」？研究人員希望藉此改善藥物的製劑與給藥特性，也探討穩定性與儲存方面的潛在好處。問題是，要穩定地製造出大小均一、性質合適的晶體，並不容易。
這正是太空可以發揮作用的地方。
在地球上，重力造成的沉降與浮力驅動的對流，會影響晶體生長；而在微重力環境中，這些效應大幅減弱，讓研究人員得以在地面難以取得的條件下，觀察結晶的過程。[8] 這並不保證每一種蛋白質都能長出更好的晶體，卻提供了一個難得的比較機會。
自 2014 年起，默沙東陸續在國際太空站進行晶體生長研究。[12] 2017 年 2 月，pembrolizumab 結晶實驗隨 SpaceX CRS-10 補給任務升空，嘗試在微重力下製造大量、大小均一的抗體晶體。
結果值得注意：在這項實驗中，太空樣本的晶體尺寸分布比地面對照更集中，晶體懸浮液的黏度也較低。更重要的是，研究人員辨認出沉降與溫度變化等關鍵因素，並將這些線索帶回地面，透過旋轉混合與控制溫度條件，製造出更均一的晶體懸浮液。[9]
研究的目標，不必是把每一劑藥物都送上太空製造，而是把在太空學到的知識，帶回地球。
當研究線索遇上新的給藥方式
2025 年 9 月 19 日，美國 FDA 核准了供皮下注射使用的 KEYTRUDA QLEX，成分為 pembrolizumab 與 berahyaluronidase alfa-pmph，適用於核准範圍內的特定實體腫瘤患者。[10]
這裡，需要分清一個重要差別：KEYTRUDA QLEX 是注射溶液，不是前述的晶體懸浮液。 配方中的 berahyaluronidase alfa-pmph 是一種透明質酸酶，能暫時在局部分解皮下組織中的透明質酸，提高組織通透性，幫助藥液在皮下擴散。
那麼，太空實驗與這項臨床進展之間，應該如何理解？
NASA 以「提供參考、帶來啟發」（informs）描述太空研究的角色，指出這些實驗為皮下注射製劑的開發提供了早期線索。[11] 這不代表研究中的晶體懸浮液直接成為了上市配方；僅憑這些資料，也不能將最終產品的成功歸功於太空結晶。
從太空實驗到上市藥物，並不是一條筆直的路。探索的價值，不必建立在「某一次實驗改變了一切」的故事上。有時候，它只是讓研究人員多理解一個變數，多看見一種可能。
而對符合適應症的病人來說，給藥方式的改變，則是更具體的事：原本約三十分鐘的靜脈輸注，可改為由醫護人員在大腿或腹部施打的皮下注射；依給藥方案不同，注射本身約需一至兩分鐘。[10]
縮短的是施打藥物本身的時間，而不是整次就醫。病人仍需接受必要的評估與追蹤；若同時接受其他治療，也仍須配合相應安排。
即使如此，這個改變，對病人而言也不只是技術上的進步。
它可能意味著少一些坐在輸液椅上的時間，少一些被治療佔據的片刻；
也意味著，在原本被切割的日常裡，多一點回到生活本身的可能。
這是細胞與星空相遇的故事
也是人類選擇用仰望，來改變世界的故事。
從 1960 年搭上衛星的 HeLa 細胞，到 2017 年在太空站中結晶的抗體；
從一句「如果把它帶到太空，會怎麼樣？」的提問，到病患手臂上的一針,
科學把遙遠的星空，一步步轉化成守護生命的工具。
天文學看似遙不可及，望向的是光年之外的星系；但每一次仰望，每一次追問，都可能帶回意想不到的知識，讓地球上的生命活得更久、更好，也更有尊嚴。
當我們探索宇宙，我們也在重新理解自己。
而每一次仰望星空，或許都是一次重新凝視生命的開始。
從事藥物臨床研究工作的天文愛好者
林慧桃
參考資料
[1] BBC Bitesize. Henrietta Lacks: How her ‘immortal’ cells advanced modern science.
(Henrietta Lacks: How her ‘immortal’ cells advanced modern science – BBC Bitesize)
[2] Davies, P. Significant Research Advances Enabled by HeLa Cells. NIH Office of Science Policy.
(Significant Research Advances Enabled by HeLa Cells – Office of Science Policy)
[3] Wikipedia, “Korabl-Sputnik 2”
(Korabl-Sputnik 2 – Wikipedia)
[4] Tschopp, A. & Cogoli, A. (1983). Hypergravity promotes cell proliferation.
[5] Modeling the Impact of Microgravity at the Cellular Level: Implications for Human Disease
[6] Grimm, D. et al. (2014). Growing Tissues in Real and Simulated Microgravity: New Methods for Tissue Engineering
[7] U.S. FDA (2014 年 9 月 4 日). FDA approves Keytruda for advanced melanoma.
(FDA: 125514Orig1s000Approv.pdf)
[8] McPherson, A. & DeLucas, L. J. (2015). Microgravity protein crystallization. npj Microgravity
(Microgravity protein crystallization | npj Microgravity)
[9] Reichert, P. et al. (2019). Pembrolizumab microgravity crystallization experimentation.
(Pembrolizumab microgravity crystallization experimentation – PubMed)
[10] Merck (2025 年 9 月 19 日). FDA Approves Merck’s KEYTRUDA QLEX™ (pembrolizumab and berahyaluronidase alfa-pmph) Injection for Subcutaneous Use…；KEYTRUDA QLEX
[11] NASA. Space Station Research Informs New FDA-Approved Cancer Therapy.
(Space Station Research Informs New FDA-Approved Cancer Therapy – NASA)
