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恩德斯 1949 脊髓灰质炎组织培养:非神经组织上的增殖与细胞病变读出

Enders 1949 Poliomyelitis Tissue Culture: Growth in Non-neural Tissue and the Cytopathic Readout

脊髓灰质炎组织培养恩德斯细胞病变兰辛株

1949 年 1 月 28 日,《科学》刊出波士顿儿童医院感染病研究部的一篇短文。约翰·恩德斯(John F. Enders)、托马斯·韦勒(Thomas H. Weller)与弗雷德里克·罗宾斯(Frederick C. Robbins)报告:小鼠适应的脊髓灰质炎病毒兰辛株(Lansing strain),能在人胚胎的四肢与肠组织培养里增殖。读出先靠把培养液接种小鼠,看弛缓性麻痹。组织来自不含完整神经元的部位。结论因此打在一条当时被当成定律的边界上:这种病毒不必只在神经里活。

本页对象就是这套管,以及随后被收成体外终点的细胞病变读出。对象不是 乔纳斯·萨尔克 从流感疫苗走到匹兹堡研究所的一生。对象也不是 1954 年美国脊髓灰质炎疫苗现场试验 里观察现场与安慰剂对照并存的那张表。对象更不是 弗莱明 1928 年青霉素皿 上霉与葡萄球菌的拮抗,不是 爱德华·詹纳 的牛痘划痕,不是阿尔伯特·萨宾(Albert Sabin)后来把减毒株做成口服制剂的路线,更不是 1955 年卡特实验室许可后的生产事故。本页只钉住:非神经组织上的增殖怎样被证明,细胞病变怎样变成可以不杀一只动物就看见病毒的读出,以及这两步怎样让后续灭活疫苗在原则上成为可能。

本页不提供任何可跟随执行的培养步骤、培养基配方、传代间隔、抗菌素浓度或病毒扩增方案。不过时的是:当时公开发表了什么证据,证据挡住了哪条隐蔽输入,以及读出并不等于疫苗已经制成。

破除误解:能在神经里活,不等于只能在神经里活

第一个误解,是把 1949 年写成“第一次在体外培养出脊灰病毒”。1936 年,萨宾与彼得·奥利茨基(Peter K. Olitsky)已经在人胚胎脑组织培养里看到一株猴适应病毒增殖,并在非神经组织上失败。失败被读进教材,变成一条近乎解剖学的定律:脊灰是严格嗜神经的。1949 年短文一开头就引用这项失败。对象不是“体外”本身,而是组织种类。把神经培养的成功提前报销成 1949 年的发现,会让真正被打断的那条全称句消失。

第二个误解,是把 1 月这篇《科学》写成已经备好一套可滴定的细胞病变法。三人在接种与未接种的组织碎片之间看见染色性的差别,却写明材料尚少,不能断定变化由病毒引起。细胞病变作为可被型特异血清挡住的体外终点,要到 1950 年罗宾斯、恩德斯与韦勒在《实验生物学与医学会刊》里才系统收口。把两年并成一篇,会把他们自己按下的保留删掉。保留是装置的一部分:增殖先被动物读出钉住,形态后被血清闸门收成终点。

第三个误解,是把这套管写成灭活疫苗已经完成。疫苗需要的是足够量的、灭活后仍能被 免疫系统 认出的抗原,以及后来才能另做的现场比较。1949 年交出的是抗原来源的资格:不必从脊髓匀浆里刮。资格不是成药。把试管写成 1954 年操场,会把 临床试验 与生产许可提前报销。

第四个误解,是把它读成 青霉素皿 的病毒版,或读成 细菌理论革命 的儿科续集。弗莱明的对象是琼脂平面上霉对细菌的拮抗;细菌自己能在无生命培养基上成落。脊灰病毒没有自己的核糖体,离开活细胞就停。细菌理论回答特定活物与特定疾病;它没有规定这种活物必须是神经元。三条线都与感染有关,装置却不能互换。科赫一代把菌落写成可分离的对象,见 罗伯特·科赫。病毒要另找宿主细胞。找错细胞,培养会变成一条假阴性的定律。

第五个误解,是把胚胎组织写成可以重复调用的原料,或把后来参加现场的学童写成样本材料。1949 年使用的组织,来自医院病理科在一次已经结束的妊娠或一次早产儿死亡之后处理的标本。那名早产儿是人,不是试剂。实验室借用了死后处理组织的渠道,并没有因此获得把人写成消耗品的许可。后来灭活疫苗的比较发生在学童身上,装置见 1954 年现场页。本页若把儿童写成动员资源,就会滑向教人如何再办一场试验。那是明确拒绝的句子。

装置:组织种类、动物读出、对照,以及后收口的细胞病变

现场在波士顿儿童医院与哈佛医学院。资助来自全国小儿麻痹基金会。韦勒当时在同一套管里找水痘病毒。若干未用的培养被接种兰辛株。兰辛株由查尔斯·阿姆斯特朗(Charles Armstrong)分离,经小鼠脑适应,因此可以用小鼠麻痹做读出,而不必每一管都消耗一只猴子。罗宾斯把肠组织加进比较。肠在流行病学里早就被写成排毒部位。把它放进培养,是把“肠道里有病毒”从污染故事改写成增殖问题。

1949 年短文比较三类人胚胎组织:四肢的皮肤、肌肉与结缔组织,肠,以及作为对照的脑。四肢标本按他们的解剖学判断不含完整神经元。这是全称句的切口。切口一旦成立,增殖就只能被写成发生在外周神经突起里,或发生在非神经来源的细胞里。两种写法都已经离开“必须有完整神经元”。脑培养被用来比较增殖量级,不是用来偷运嗜神经定律重新进门。

病毒身份靠三条彼此独立的核对,而不是靠某一管看起来“病了”。培养液接种小鼠,引起典型麻痹与死亡。兰辛特异抗血清中和其中若干代次的培养液;血清来自伊莎贝尔·摩根(Isabel Morgan)用兰辛株高免的恒河猴。第三套传代培养液接种恒河猴,引起弛缓性麻痹,脊髓切片可见符合脊灰的病变。未接种对照的上清接种小鼠为阴性。需氧与厌氧细菌培养无生长。身份被钉在“仍是兰辛株”,而不是“培养液里有某种能让小鼠生病的未知物”。

增殖量用稀释会计来挡“原接种物还在”。他们按每次换液与每次转入新组织所引入的稀释,计算原小鼠脑悬液被稀释到的数量级;再与小鼠半数致死滴度对照。第一组四肢培养里,原接种物被计算稀释到约 101710^{17} 倍,而培养液仍能使小鼠与猴子麻痹;结合原悬液滴度,增殖至少约 101510^{15} 倍。肠培养给出约 101210^{12} 量级的增殖。一名孕七个月早产儿的空肠标本,在更成熟的组织上仍测到约千倍的增殖。脑培养的增殖与肠、四肢同量级。会计的意义不是配方。意义是:若没有新的合成,原接种物早应被稀释到测不到。测到了,就要解释增殖发生在哪里。

细胞形态在 1949 年只被写成观察,不被写成终点。接种组碎片里,多数细胞核失去正常着色;未接种组仍可见着色正常的细胞。作者把因果判断留到材料足够之时。1950 年论文把这条观察收成细胞病变:组织碎片的变性,移出后细胞不再正常迁移,滚管里新迁出细胞的退化,以及感染细胞产酸下降。型特异免疫血清挡住这些表现。于是体外读出有了闸门:看见病变还不够,病变必须能被对应血清关掉。关掉之后,滴定、分型、从患者分离病毒,才不必每一步都回到小鼠颅内。管子因此从“能养”变成“能数”。

它没有把三型病毒一次养全。兰辛株后来被归为 II 型。麻痹型病例里更常见的是 I 型。装置随后被延伸到其他型与更成熟的非神经组织。延伸属于同一条资格链,不是 1 月短文已经写完的表。它也没有指定后来工业生产必须用人胚胎组织。萨尔克路线后来改用猴肾细胞制备抗原。原则已经换过:活细胞不必是神经,抗原不必从脊髓里刮。换哪一种非神经细胞,是后史的工程选择。本页不复述任何可照做的工艺。

它测到了什么,没有测到什么

它测到的,首先是组织边界被移动。四肢与肠培养里的增殖,与脑培养同量级,而四肢标本不含完整神经元。嗜神经从此不再能当成培养的前提。其次是身份核对:小鼠病、血清中和、猴脊髓病变与无菌对照同时成立。再次是稀释会计把“没洗干净的原接种物”挡在解释之外。最后是 1950 年才闭合的那一层:细胞病变可被型特异血清挡住,体外读出因此能够代替一部分动物测定。

它测到的还有一种方法上的克制。1949 年看见形态差别,却拒绝提前征收因果。这种克制让后一年的细胞病变论文更硬:终点是被血清闸门定义的,不是被一张看起来生病的照片定义的。把克制写成胆怯,会看错装置。装置需要先有不能被形态学单独冒充的身份。

它没有测到灭活后的抗原是否仍能保护人。摩根已经在猴子身上显示,福尔马林处理过的兰辛株可以引出保护。那是动物免疫。人身上的比较,要等到另一套现场,由独立评估中心读出。现场页回答注射或不注射。本页回答抗原从哪来。两问不能并成一句“疫苗被发明了”。

它没有测到肠道局部免疫,也没有测到减毒株能否经口建立感染而不麻痹。萨宾路线后来问的是另一件事。把口服糖丸写进 1949 年的滚管,会把减毒与冷链政治提前报销。它同样没有测到许可后按商业规模放大的每一批,是否都通过了与实验室相同的灭活闸门。生产安全是另一截管子。卡特事故属于那一截。本页不把事故写进培养成功的反面表,也不把培养成功写成生产已经一次完成。

它更没有测到今日意义上的人体组织研究伦理已经闭合。1949 年的组织来源发生在现代审查委员会成为常规之前。程序能让病理标本进入培养,不等于来源被写成可理解、可拒绝的同意过程。把这一年写成伦理样本,和把它写成可以照做的取材指南,同样不准确。准确的是:增殖证据可查,组织来自已经结束的生命,被写成对象的是管子与读出,不是把人再次当成材料。

反事实:若切口仍留在脑,或细胞病变被提前征收

若他们只重复 1936 年的脑培养,短文会变成一条确认:兰辛株也能在神经组织里活。嗜神经定律不受伤。灭活疫苗仍会卡在脊髓匀浆的规模与髓鞘风险上。神经组织带进制剂的,不只是病毒,还有髓鞘蛋白一类足以诱发过敏性脑脊髓炎的成分。非神经组织把这条风险从原则上挪开。挪开不是保证每一支后来的针都安全。它只是让“杀死整株病毒当抗原”不再必须跟神经匀浆绑死。

若基金会不预付这条尚未成苗的培养,私人市场很难按脊灰的恐惧结构去买一间儿科实验室的组织比较。收益大量外溢给尚未被麻痹的儿童。管子能点着,是因为捐款人已经把公共品预付到波士顿。没有这笔预付,兰辛株仍可能在某间实验室里被偶然接种。被写成可核对短文的机会会少得多。

若 1949 年把尚未被血清挡住的形态差别写成已经完成的体外滴定,后史会多一篇必须被撤回或被收窄的主张。增殖本身仍可能成立,因为小鼠与中和试验不依赖那张形态表。但读出的公信会裂开。裂开之后,灭活前后的抗原定量会更难离开动物房。细胞病变的价值,正在于它迟到了一年,并且带上了血清闸门。

若读者把早产儿的肠、胚胎的四肢写成可以再取一次的原料,反事实会滑向教人如何再办一套人体组织培养。可迁移的不是取材术。可迁移的是:全称句必须拿出它声称的组织对照;身份必须有独立于形态的核对;体外终点必须能被关掉,而不能只被看见;未成年人与已结束的生命都必须被写成权利问题,而不是后勤问题。药物研发 后来把抗原制备、灭活与人体比较写成关口。1949 年只打开了关口前面那一扇:病毒可以在非神经细胞里被养到能计数。

跨域连接

  • 病毒学:细菌可在无生命培养基上成落;脊灰病毒没有自己的核糖体,必须进入活细胞。1949 年把“活细胞”从完整神经元扩到皮肤、肌肉与肠。弗莱明的皿回答霉与葡萄球菌在琼脂上的拮抗。本页回答一种被认为只吃神经的病毒,能否在非神经细胞里增殖。两页都是培养装置,对象不能互换。病毒学页讲劫持与复制周期。本页讲周期发生在哪一类细胞里,一度被写成定律。
  • 证伪:严格嗜神经是一条可被单次反例打断的全称句。1936 年在非神经组织上的失败,被读成定律;1949 年用兰辛株在四肢与肠组织上交出小鼠麻痹与稀释会计。哲学页讲理论必须冒被经验打脸的险。本页讲一条被当成解剖边界的定律,怎样被组织对照与动物读出拆开。辅助假设仍在:也许增殖发生在外周神经突起里。拆开的是“必须有完整神经元”,不是“神经从不被感染”。
  • 疫苗原理:灭活疫苗需要足够量的、形态仍能被免疫系统认出的抗原,而不是让接种者感染。原理页从“杀死整株病原”讲起。本页补上前一步:没有非神经组织上的增殖,抗原只能从脊髓匀浆里刮,规模与髓鞘风险会一起卡住。培养管让“杀死”成为一条可放大的工业前工序,而不是神经组织的稀缺品。它仍不是现场里的保护率。保护率要另一套比较。
  • 市场失灵与公共品:工作由全国小儿麻痹基金会资助。私人药厂不会按这个结构去买一条尚未证明能成苗的组织培养。收益外溢给尚未出生、尚未被麻痹的儿童。经济学页讲公共品为何市场供给不足。本页讲:1949 年的管子能点着,是因为捐款人已经把比较装置预付到波士顿儿童医院。预付买到的是资格,不是已经许可的针。
  • 巴斯德鹅颈瓶:鹅颈证明腐败来自外来活物,不是肉汤自生。本页的管子证明增殖发生在非神经组织里,不是把小鼠脑里的原接种物稀释着玩。两件装置都让最便宜的那条隐蔽输入失去资格。瓶子挡住的是尘。管子挡住的是“原接种物还在”。传统可对照,实验桌不重合。
  • 实验与观察的因果推断:1949 年用小鼠、中和与猴脊髓病变认病毒;细胞形态差异被明确写成尚不能归因。1950 年才把细胞病变、迁移失败与产酸下降收成可被型特异血清挡住的读出。心理学方法页把“看见相关”和“挡住其他原因”分开。本页提供的是同一实验室里的时间差:增殖先被动物读出钉住,细胞病变后被血清闸门收成体外终点。看见退化不是终点。能关掉的退化才是。

参考文献

  1. Enders, J. F., Weller, T. H. & Robbins, F. C. “Cultivation of the Lansing Strain of Poliomyelitis Virus in Cultures of Various Human Embryonic Tissues.” Science 109(2822), 28 January 1949, 85–87. DOI: 10.1126/science.109.2822.85
  2. Robbins, F. C., Enders, J. F. & Weller, T. H. “Cytopathogenic Effect of Poliomyelitis Viruses in vitro on Human Embryonic Tissues.” Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine 75(2), November 1950, 370–374. DOI: 10.3181/00379727-75-18202
  3. Sabin, A. B. & Olitsky, P. K. “Cultivation of Poliomyelitis Virus in vitro in Human Embryonic Nervous Tissue.” Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine 34(3), 1936, 357–359. DOI: 10.3181/00379727-34-8619C
  4. Enders, J. F. “The Cultivation of the Poliomyelitis Viruses in Tissue Culture.” Nobel Lecture, 11 December 1954. In Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1942–1962. Elsevier, 1964.
  5. Weller, T. H. & Enders, J. F. “Production of Hemagglutinin by Mumps and Influenza A Viruses in Suspended Cell Tissue Cultures.” Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine 69(1), 1948, 124–128. DOI: 10.3181/00379727-69-16638
  6. Paul, J. R. A History of Poliomyelitis. Yale University Press, 1971.

延伸阅读

  • Oshinsky, D. M. Polio: An American Story. Oxford University Press, 2005.
  • Mortimer, P. “Classic paper: How monolayer cell culture transformed diagnostic virology.” Reviews in Medical Virology 19(4), 2009, 241–249. DOI: 10.1002/rmv.610
  • Robbins, F. C. “Reminiscences of a virologist.” In Polio, edited by T. M. Daniel and F. C. Robbins. University of Rochester Press, 1997.