生活中的諾貝爾獎【診療間篇】
提到諾貝爾獎，就想到一系列複雜又艱深的研究嗎？其實諾貝爾獎從上個世紀的 1901 年開始頒發，有許多成果已經進到我們的國中國小課本，甚至原本就存在於我們的生活中，與現代的科技、醫療息息相關。
來和我們一起瞧瞧，一間小小的診療間裡藏有多少個諾貝爾獎吧！
侖琴 (Wilhelm Röntgen) 在研究 陰極射線 時，發現了 X-ray。並利用其可穿過皮膚器官、不能穿過骨頭的特性，在數月就後成功應用成像到醫學診斷。
- 在陰極射線被發現後的數年間，陸續有科學家發現其輻射現象。直至 1895 年才有侖琴正式發表新射線，並為了彰顯其未知性而命名為 X-ray 。
- 將底片放置在人體後方，經 X-ray照射便可得到影像，軟組織如皮膚器官在顯影後呈黑色，像骨頭一樣的硬組織則呈白色。
- X-ray 的成像再加上電腦計算合成後，便是今日常見的 X射線電腦斷層掃描 (X-CT)。
透過福蘭克林 (Rosalind Franklin) 與威爾金斯 (Maurice Wilkins) 得出的 遺傳物質 DNA X-ray 繞射的資訊，華生 (James Watson) 與克里克 (Francis Crick) 破解了遺傳物質 DNA 的雙股螺旋結構，以及四種含氮鹼基與其配對 。
—1962諾貝爾生理醫學獎。
二十世紀初，科學家們普遍認為遺傳物質是蛋白質而非我們現在已知的 DNA。直到 1944 年，艾佛瑞 (Oswald Avery) 的研究團隊證實生物體的基因密碼在 DNA 上，並且往後幾年其他科學家得出相同研究成果，才讓學界信服遺傳物質為 DNA。
延伸閱讀：DNA 為遺傳物質嗎？為何早期科學家不相信？——《生物學學理解碼》可惜的是對於DNA繞射影像作出重要貢獻的羅莎琳．福蘭克林在 1958 年逝世，無緣獲獎。華生與克里克的論文中也未提及她的貢獻，而在四、五十年後，華生與克里克才公開肯定她的研究是他們破解結構的關鍵。
延伸閱讀：破解 DNA 結構被遺忘的功臣：弗蘭克林誕辰│科學史上的今天：7/25
卡爾文(Melvin Calvin) 團隊的研究找出了光合作用不同階段中碳的移動途徑，由此知道了植物是如何吸收並利用二氧化碳以形成醣類，即 卡爾文循環 (Calvin cycle)。
—1961 諾貝爾化學獎
- 卡爾文在研究過程中利用了放射性同位素以及層析法，才成功探究完整路徑。
- 此研究也讓學界了解到磷化合物對醣類形成所扮演的重要角色。
葛拉尼特(Ragnar Granit)、哈特蘭(Keffer Hartline)與沃爾德(George Wald)的研究，讓我們了解到視網膜對於光線刺激的接受特性，以及視覺的初級訊息在神經網路的加工過程。
—1967諾貝爾生理醫學獎
- 葛拉尼特是使用了極為精細的電極才有辦法研究視網膜上的電脈衝。
- 哈特蘭還發現：當一個細胞受到訊號刺激而興奮時，旁邊的細胞反而會因此被抑制 (lateral inhibition)。
- 沃爾德除了發現維生素A 是視紫質(rhodopsin)的重要組成成分，還解釋了自 1930 到 1960 年代間一系列對光線影響視紫質(rhodopsin)的相關論文。
延伸閱讀：視網膜竟然裝反了！演化留給人類的奇怪結構──《人類這個不良品》
巴佛洛夫(Ivan Pavlov)透過研究狗狗的胃與腸道，得以了解消化系統的相關運作與分泌物質，以及胃液分泌和胃黏膜對不同化學物質的敏感性。
—1904諾貝爾生理醫學獎
- 著名的「古典制約」就是巴佛洛夫對狗狗看到食物就分泌唾液的相關研究噢。
戈登(John Gurdon)證明了成熟細胞核仍存有形成其他種類細胞所需的基因資訊，而山中伸彌(Shinya Yamanaka)則成功誘導細胞回到具有全能分化性的胚胎幹細胞，即 iPS 細胞。
—2012諾貝爾生理醫學獎
- 我們通常認為，生命的開始是從受精卵分裂、增生後形成許多細胞，並在成熟分化後組成為個體，但成熟細胞無法再回復到有能力分化成各式功能細胞的未成熟階段，所以可見戈登與山中伸彌的研究真的帶給大家很大的驚喜。
- 1952 年戈登的實驗將青蛙受精卵的細胞核取出，並以蝌蚪小腸細胞的細胞核替換置入受精卵，在經過培養之後成功生長成一隻新的青蛙。數十年後風靡一時的複製羊桃莉就是建立在戈登的研究基礎上。
- 2006 年山中伸彌從小鼠的基因體中找到一些極為關鍵的基因，在成功活化基因並培養出「誘導性多能幹細胞 (iPS細胞)」後，又培養出人體的 iPS細胞，對幹細胞的研究具有突破性的貢獻。
在達姆(Henrik Dam)透過實驗發現維生素K及其凝血作用後，多伊西(Edward Doisy)研究出維生素K 的結構，使其可以用人工的方式合成，讓孩童凝血不易的症狀得以妥善治療
—1943諾貝爾生理醫學獎
- 達姆的實驗發現，被給予含有較少量脂肪食物的雞隻，出現了不易止血的症狀，而後他發現大麻籽的攝取對出血狀況有所改善，進而在其中找到了可以協助凝血的脂溶性物質，即維生素K。
- 在維生素K被發現後，各界便致力於研究攝取維生素K的方式，而杜西便是在 1939 年成功製成維生素K 的變體，並由此確認其結構，使得往後得以用人工方式合成。
- 因為維生素K 不易經由胎盤傳給嬰兒、母乳哺育缺乏維生素K 與能在腸道生產維生素K 的細菌尚未進入體內等種種因素，所以新生兒可能出現維生素缺乏K 的狀況，進而造成凝血不易。
塞門薩(Gregg Semenza)、雷克里夫(Sir Peter Ratcliffe)和凱林(William Kaelin Jr.)在前人研究的奠基上，解密參與調控的蛋白質複合體HIF與蛋白質VHL，最後在HIF上找到可受氧氣調控的區塊，就此完全解構細胞偵測氧氣並引發相關調節的途徑
—2019諾貝爾生理醫學獎
- 因為紅血球生成素 (EPO) 在缺氧時濃度會上升，這才引發科學家研究的興趣。
- 原本在研究癌症的凱林 (William Kaelin Jr.) 發現了 VHL 與缺氧狀態的關聯，這才意外協助了解氧氣調控的秘密。
- 更詳細的資訊都在：【快訊】氧氣不夠了，細胞怎麼做？──2019年諾貝爾生醫獎
艾利恩(Gertrude Elion)和希欽斯(George Hitchings)利用生物化學和疾病的知識背景，建立了系統性的製藥方法，而布萊克(James Black)則研發出降血壓與治療潰瘍的藥物
—1988諾貝爾生理醫學獎
- 早期認為藥物僅存在於自然物質中，但艾利恩和希欽斯的製藥方法使其能夠人工合成，讓白血病、瘧疾、傳染病、痛風等其他疾病得以藥物治療
- 布萊克研發的藥物普萘洛爾(propranolol)，是透過阻斷心臟接收腎上腺素(使心搏加速、血壓升高)而使血壓降低；而西米替丁(Cimetidine)則能夠抑制胃酸分泌，治療潰瘍。
諾貝爾獎代表了當時對於人類有重大貢獻的團隊與研究，而我們今天的許多科學知識當然也奠基在這些成果之上。本篇介紹的內容主要與生理醫學獎較相關，敬請期待下篇生活中的諾貝爾吧！
資料來源
- 諾貝爾獎官方網站
- 維基百科：X射線
- 維基百科：卡爾文循環
- 維基百科：巴夫洛夫
- 維基百科：Lateral inhibition
- 維基百科：維生素K
- 維基百科：普萘洛爾
- 維基百科：西米替丁
- 科學月刊，諾貝爾生醫獎 2005-2015，八旗文化，2016/2/3
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