防御性措施:军方研制的疫苗

防御性措施:军方研制的疫苗 — Defensive manoeuvres: the vaccines the military made

几个世纪以来,将军们都明白疫苗是有效的防御手段,许多现代疫苗的起源都可以追溯到军方主导的研究项目。VaccinesWork 采访了肯德尔·霍伊特博士  探讨我们可以从二战时期飞速发展的研发工作中学到什么。

Medic gives a shot to soldier near front line (SC 361229), National Museum of Health and Medicine
医护兵在前线附近给士兵注射(SC 361229),美国国家健康与医学博物馆

 

一览

  • 在历史上绝大多数冲突中,疾病造成的士兵死亡人数远超武器造成的死亡人数。几个世纪以来,军事指挥官一直将疫苗接种视为一项极其宝贵的防御策略。
  • 军事研究项目在许多新型或改良疫苗的研发中发挥了关键作用,其中美国军方在二战期间及战后对疫苗研发的投入,因其取得的一系列无与伦比的成就而脱颖而出。
  • 他们是如何做到的?研究员肯德尔·霍伊特博士向我们详细介绍了以任务为导向的成功研发的要素。

战争是一场必输的赌局。至少,它是一场损失不断的赌局:尽可能多地造成伤害,尽可能少地承受损失。好的防御就是竭尽全力避免被炸死、被击落或生病。

最后一点很重要。疾病在很多情况下都抵消或颠覆了单纯的火力优势。

疟疾最终击垮了亚历山大大帝,使其征服世界的宏伟征程在今天的旁遮普地区戛然而止。 黄热病帮助一支战略精湛 [1] 但装备简陋的奴隶起义军将法国、英国和西班牙帝国军队的职业士兵逐出了海地。在俄国,拿破仑的“大军团”(欧洲历史上规模最大的军队)几乎被严寒天气和三方细菌攻势彻底摧毁。

事实上,至少在 1870 年之前的所有重大冲突中 [2] ,病原体造成的伤亡人数都超过了武器造成的伤亡人数,而且往往差距巨大 [3] 。这不足为奇:兵营和前线为流行病的传播提供了理想的条件 。大量免疫系统受损的士兵聚集在狭小且通常卫生条件较差的环境中,而这些环境往往远离了曾经帮助他们建立自身自然防御机制的病原体生态系统。

Anti-typhoid vaccination in World war I. Photograph. Wellcome Collection. Source: Wellcome Collection.
第一次世界大战期间的伤寒疫苗接种。照片。惠康收藏馆。
来源: 惠康收藏馆 

但随着时间的推移,死亡率开始更多地倾向于因伤致死 [4] 。战争正在现代化:武器的破坏力越来越大, 科学家医务人员在救治疾病方面也越来越出色。

战略免疫

军方指挥官很快就意识到了免疫接种的效用。

这项技术有可能彻底消除某些流行病的威胁,减少伤亡,并减轻士兵因病缺勤造成的战术束缚。

事实上,早在 1777 年,也就是爱德华·詹纳发现天花疫苗近二十年前,乔治·华盛顿将军就权衡了风险,下令对大陆军的每一位士兵进行人痘接种 ——这是一种比疫苗接种危险得多的方法,因为它使用的是未经处理的天花病毒作为免疫剂。他写道:“如果这种疾病以自然的方式感染军队,并像往常一样肆虐,我们更应该惧怕它,而不是敌人的刀剑。”

如今,大多数军队都强制要求士兵接种针对某些病原体的疫苗。一些国家的国防计划已经并将继续在疫苗研发方面投入大量资金,以提高应对自然威胁和生物武器的能力。其中一些疫苗最终已进入民用领域,造福大众。

军事疫苗研发的黄金时代

在免疫创新方面,美国军方的记录尤为突出。国防部如今仍在继续投资疫苗研发,但二战时期疫苗研发项目所取得的惊人成就难以重现。

达特茅斯盖塞尔医学院副教授、著有 《长远目标:国家防御疫苗》一书的肯德尔·霍伊特博士对那个黄金时代进行了广泛的研究。 她写道 ,军方主导的研究促成了“ 20 世纪发现的 28 种疫苗可预防疾病中,有 10 种疾病的新型疫苗或显著改进的疫苗的研发”。

欧洲新一轮战争使人们重新关注 1918 年流感大流行的教训。这场流感爆发于上一次大规模冲突的尾声,最终导致全球 5000 万至 1 亿人死亡。美国士兵也未能幸免:约 20%至 40% 的士兵染病,数万名士兵和水手丧生。据估计 ,这些死亡人数占美军战争总伤亡人数的 80%以上。

对类似灾难的担忧促使政府大力投入。仅在 1940 年至 1942 年间,美国陆军医学研究的经费就增长了 100%以上。

几乎立刻,国防部门主导的疫苗研发项目就证明了投资的价值,取得了前所未有的成功。第一种流感疫苗从项目启动到获准军方使用仅用了19个月。而疫苗研发的通常周期,即使是最快的,也是这个时间的四倍。

World War II: hygiene instructions against typhus for the British army in Italy. Colour lithograph by Stacey Hopper, 1944. Source: Wellcome Collection.
第二次世界大战:英国军队在意大利预防斑疹伤寒的卫生指南。斯泰西·霍珀绘制的彩色石版画,1944年。
来源: 惠康收藏馆 

在接下来的几年和几十年里,类似的疫苗研发项目陆续推出了首批肺炎球菌肺炎疫苗、流感疫苗、日本脑炎疫苗和肉毒杆菌类毒素疫苗。军方也推出了改良的黄热病、霍乱、鼠疫、天花和破伤风疫苗;一种全新的斑疹伤寒疫苗取代了之前一种已经失效的疫苗。

但到了20世纪80年代,这种前所未有的创新势头逐渐减弱。究竟发生了什么变化?

防御集团

更恰当的问题是:他们最初是如何做到的?

霍伊特在最近接受 VaccinesWork 采访时表示,二战后国防主导的疫苗研发取得的非凡成就,与其说是源于科学灵感,不如说是源于创建了一个高效、以任务为导向的独特创新体系。

对基础科学的投资是先决条件。20世纪上半叶,人们取得了许多至关重要的发现——各种杀死或减弱病原体的原理都经过了试验,越来越多的病原体在世界各地的实验室中被成功分离和培养——但在许多情况下,这些进展仍需转化为可行的工具。

军方主要通过成立一系列重点突出的委员会来解决这个问题,例如空气传播传染病委员会和麻疹腮腺炎委员会。

委员会主任被赋予了明确的研发目标,并获得了必要的物质资源和极大的自上而下的决策权,以实现这一目标——但也仅限于此。1945 年,即将卸任的国防研究委员会主任詹姆斯·科南特总结了这一做法的理由:“在应用科学领域,只有一种行之有效的方法——挑选天才,大力支持他们,并让他们始终朝着既定目标努力。”

这些所谓的“天才人物”通常并非普通士兵。军方确实拥有在疫苗研发项目中发挥关键作用的内部科学家,但国内顶尖的传染病专家会被聘请来领导研究工作。

在大多数情况下,他们是在各自的机构(通常是顶尖大学)内部以兼职形式开展这项工作的。这使得学术界与军方之间的联盟成为疫苗研发项目的结构性组成部分。

这一联盟的第三个必要参与方是工业界,他们投入大量资源为军队生产疫苗,却不求盈利。战争迫在眉睫:责任召唤。与研究人员和公司签订的合同都遵循“不亏损不盈利”的原则。这种爱国义务感在二战后依然存在:“制药公司将疫苗部门视为一项公共服务,而不是巨大的收入来源,”病毒学家唐·梅茨加尔在接受霍伊特采访时 ,这样描述了冷战时期的协议。

免费、专注、快速

战争时期的紧迫性和至关重要的暂时性,使得原本可能出现问题的各项事务得以顺利推进。这一点,以及其他一些历史偶然因素,共同促成了霍伊特所说的“独具创造力的文化”的形成。

知识产权问题几乎无人问津。在1980年《拜杜法案》颁布之前,政府保留着所有联邦资助研发的知识产权的所有权;专利申请、许可和相关诉讼都不是问题。霍伊特指出,军方项目的科学家和他们在工业界的同行之间共享样品和研究成果是很常见的。

推动那个时代成就的那些人,要么是,要么逐渐形成了一个群体。从他们彼此之间的信件中可以看出:他们是同事和朋友,聪明、急躁、雄心勃勃,而且重要的是,他们不受当今科学界诸多安全考量的束缚。

二战后,长期担任科学研究与发展办公室(OSRD)主任的范内瓦尔·布什受邀加入默克公司董事会时,他草草地写了一大段讽刺医学伦理的檄文:“我想我们不会深入探讨医学伦理;我肯定受不了。我得过麻疹、流感以及许多普通人都会得的病,但我从来没经历过什么伦理问题,”他写道 。“如果你认为有任何感染的风险,我们就应该立刻停止。”

接过接力棒:肺炎球菌疫苗

早在 1927 年,科学家们就知道用纯化的肺炎球菌荚膜多糖制成的肺炎球菌疫苗可以使小鼠产生免疫力。到了 20 世纪 30 年代,洛克菲勒研究所的研究人员甚至证明,这种新型疫苗可以使人类获得免疫力。然而,1939 年,抗生素磺胺吡啶的问世使肺炎球菌疾病成为一种可治愈的疾病。疫苗研发工作也随之停滞。

但对于面临欧洲新战争的美国军队来说,接种疫苗比治疗更有意义。治疗需要时间;理论上,病假意味着前线兵力的空缺。 1942 年 ,由军方牵头的肺炎球菌疾病委员会接过了研究的重任。

到 1944 年,制药公司 ER Squibb and Sons 的实验室已经生产出足够数量的疫苗,可以进行试验。大约 17000 名来自南达科他州苏福尔斯陆军航空兵技术学校的男性学员参与了一项随机、安慰剂对照试验。1945 年,试验结束时,疫苗被宣布成功。正如委员会科学家迈克尔·海德尔伯格所说,研究表明“封闭人群中的肺炎球菌性肺炎疫情可以在两周内得到控制”。

时代的终结

“曾经有一段时间,那里的文化氛围非常活跃,充满创造力。但后来情况发生了变化,”霍伊特告诉我。“这与越战后的非军事化有关,很多资金和卓越中心从军队转移到了美国国立卫生研究院(NIH),而 NIH 的研究不再以团队为基础,而是以研究者为主导,这是一种完全不同的文化。”

一批在军事研究项目中取得重大成就的杰出科学家获得了工业界更高的薪酬,他们欣然接受了。“与此同时,你知道,我们还有拜杜法案,对吧?所以现在学术界的知识产权会不断涌现,那种‘我们要分享信息,团队合作开发疫苗’的自由精神也随之改变了。”

行业变得更加金融化。 诉讼风险意味着疫苗部门再也无法承受微薄的利润。“这是一个脆弱的行业,因此出现了整合。人们纷纷撤出疫苗业务,产品线垄断开始出现,”霍伊特说道。

加拿大的埃博拉防护盾转为民用。

尽管大规模疫情爆发越来越常见,但埃博拉病毒仍然相对罕见,这使得以市场为导向的疫苗生产商面临巨大的商业投资风险。但埃博拉病毒也令人恐惧,因此被许多国家列入生物武器观察名单——而国家安全是超越逐利动机的重要考量因素。

2014 年西非疫情爆发时,许多候选疫苗正在各个国防相关研发项目中进行试验。当时最先进的疫苗之一是加拿大国家微生物实验室研发的 rVSV-ZEBOV。随着疫情蔓延,加拿大联邦政府捐赠了该候选疫苗用于非洲,并授权 NewLink Genetics 和默克公司(MSD)生产。

到2015年,几内亚已获得可用于试验的疫苗剂量,并招募了12000名埃博拉患者的密切接触者。在环形接种策略中,该疫苗的有效率达到了100%。

然而,即便如此,推动疫苗通过繁琐且昂贵的审批流程的商业动力仍然不足。因此,全球疫苗免疫联盟(Gavi)介入,承诺一旦疫苗获得许可并上市,就购买相应剂量的疫苗,前提是生产商同意在获得许可前储备一批用于紧急使用的试验性疫苗。

默沙东挺身而出。2018 年,这批具有里程碑意义的疫苗储备在刚果民主共和国证明了其价值。该疫苗于 2019 年获得世界卫生组织的预认证 。如今,它为高风险地区的医护人员提供预防性保护 

研发闪电能装瓶吗?

历史无法倒流。我们所处的经济、政治和法律环境已经彻底改变。

但霍伊特表示,在非常特定的情况下,可以用现代零件来模仿二战后疫苗研发热潮的“原始引擎”。

为了反向工程出这种加速创新的蓝图, 霍伊特和他的同事们不仅剖析了 20 世纪 40 年代至 60 年代的疫苗开发计划,还剖析了曼哈顿计划、阿波罗计划和曲速行动,后者在如此短的时间内研制出了 COVID-19 疫苗,其速度甚至会让范内瓦尔·布什都印象深刻。

霍伊特说:“这叫做任务驱动型研发。” 要符合“任务”的定义,项目必须是一个定义明确的技术难题,并且还要有时间限制。

以任务为导向的研发并不依赖于军事介入,但它确实需要一种类似军事指挥的集中式指挥:“你需要强有力的领导,一种非同寻常的协调。就像我们与蒙塞夫·斯拉维和佩尔纳将军合作时那样。他们被告知可以自由行动,有权跨预算、跨部门、跨领域开展工作。他们被告知可以犯错——允许他们承担风险。”

其次,它需要大量的资金:“你不能在这项事业上斤斤计较,所以它必须成为一项国家优先事项——某种程度上关乎生死存亡。”

雄厚的资金实力使得多项工作可以同时进行。“你需要同时尝试多个项目——你必须管理好投资组合中的风险,”霍伊特解释道。“曲速行动”同时支持了多个候选疫苗,这些候选疫苗涵盖了不同的疫苗平台。

最后,要达到心流状态,任务管理既需要“推动”激励(例如预先拨款),也需要“拉动”激励(例如对成就的奖励承诺)。

所以,这并非不可能。但它也不便宜,不容易,并非适用于所有关键问题,而且一旦实现,也必然会消逝。那么,我们该何去何从呢?

做好入侵准备:美军的日本脑炎疫苗

那是 20 世纪 40 年代中期,这场始于欧洲的战争已经蔓延到整个太平洋地区。

新的战场意味着新的病原体威胁。早在 20 世纪 30 年代中期,日本科学家就已分离出致命的日本脑炎病毒(JEV)用于实验室研究,并于 1954 年批准了一种高效的疫苗用于人体。但美军当时正准备入侵东亚,他们也急需自己的防护措施。

如今最广为人知的发明是口服脊髓灰质炎疫苗的阿尔伯特· 萨宾少校,曾被委任领导美国日本脑炎疫苗的研发工作。短短 15 个月内,他和他的团队就研制出了疫苗:一种用福尔马林灭活病毒感染的小鼠脑组织溶液。到二战结束时, 已有 25 万名军人接种了这种疫苗。

Fig. 3. Albert Sabin performing assays for Japanese encephalitis antibody in a tent in Okinawa. From WRAIR Archives.
图 3. 阿尔伯特·萨宾在冲绳的一个帐篷里进行日本脑炎抗体检测。图片来自 WRAIR 档案馆。

最初的疫苗在随后的几十年里被更先进的版本所取代,这些疫苗在冷战期间继续保护着驻亚洲的美国士兵。与脊髓灰质炎疫苗一样,日本脑炎疫苗也被用作争取民心的软实力“战”的工具,在争议地区推广给平民。

建立应急基金

“基础科学就像银行里的存款,”霍伊特说,“那是你的应急基金。”下一个任务的时机终会到来,届时我们将充分利用这段时间取得的发现。

“这就是整个原型疫苗计划背后的理念,该计划最初由美国国立卫生研究院的巴尼·格雷厄姆提出,现在由流行病防范创新联盟(CEPI) 牵头推进,”霍伊特说。

我们将再次面临全球大流行。为了确保领导抗击疫情的科学家和政府拥有所需的工具,能够以我们所有人期望的速度采取行动,流行病防范创新联盟(CEPI)正在研发针对具有大流行潜力的病毒家族中某些或全部最恶劣特征的病原体的疫苗 ,同时也在建立支持这些疫苗研发的临床试验和生产网络。“他们正在做的是奠定基础,”霍伊特说道。

问问任何一位将军: 好的防守就是不要被打得措手不及。

那支并非真正的战争疫苗

1943年,犹太微生物学家路德维克·弗莱克被送往奥斯维辛集中营。纳粹认为他们可以强迫他生产自己研发的新型斑疹伤寒疫苗,以保护前线的德国士兵。但他们的计划却大错特错。

重温一群乌合之众般的集中营囚犯及其高明的疫苗骗局的非凡故事。

Ludwik Fleck, a Jewish microbiologist
路德维克·弗莱克

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