從原子結構到分子醫學：諾貝爾化學獎得主法蘭克來校演講 揭開低溫電子顯微鏡改造現代醫學的傳奇路徑

2017年諾貝爾化學獎得主–喬渥金·法蘭克 (Joachim Frank) 教授，於2026年5月6日於臺灣大學發表以「低溫電子顯微鏡技術：分子醫學和藥物設計的新基礎」(Cryo-electron microscopy, a new foundation for molecular medicine and drug design) 為題的演講。身為低溫電子顯微鏡 (Cryo-EM) 高解析應用的先驅，他指出這項技術是對抗COVID-19 的抗疫功臣之一，在疫情爆發的緊急關頭，低溫電子顯微鏡展現出X射線 (X-ray) 無法企及的速度，讓科學家在極短時間內直接觀測到「刺突蛋白」(Spike Protein) 的結構，這對疫苗開發與中和抗體的篩選起了決定性的作用。

法蘭克(Joachim Frank)教授現任教於美國哥倫比亞大學 (Columbia University)，同時是美國國家科學院、美國藝術與科學院院士。他與雅克·杜巴謝 (Jacques Dubochet) 和理察·韓德森 (Richard Henderson) 共同獲得2017年的諾貝爾化學獎。

從基礎研究到第一線醫療：低溫電子顯微鏡的躍遷
演講中，法蘭克教授深入闡述低溫電子顯微鏡技術如何從基礎研究走向第一線，成為對抗癌症、心臟病及 COVID-19 的關鍵武器。他說，現代醫學的本質是「分子醫學」，早期的結構生物學多在體外 (in vitro) 將分子分離，透過研究其結構來設計藥物。然而，生命並非靜止，細胞內的分子如同精密的「分子機器」，在動態中執行各項生理功能。若要理解這些複雜的分子運作，科學家需要能捕捉每一幀動態的強大工具。

在結構生物學發展初期，X 射線晶體學 (X-ray Crystallography) 是主流技術，他以馬克斯．比魯茲 (Max Perutz) 與約翰．肯德魯(John Kendrew) 利用X射線建立第一個血紅蛋白模型，向聽眾解釋原子解析度的重要性，2位科學家亦因此獲得1962年的諾貝爾化學獎，但這項傳統技術仍受限於分子必須結晶的挑戰。

影像重建技術的突破：Spider的誕生
法蘭克教授在德國慕尼黑工業大學取得博士學位後，赴美從事博士後研究，並在加州理工學院的噴射推進實驗室 (JPL) 受到啟發，開發低溫電子顯微鏡 (Cryo-EM) 中的關鍵影像處理技術「Spider」，能將電子顯微鏡捕捉到的數千張雜亂、二維的蛋白質投影影像，透過計算與重組，還原成精確的三維空間模型。這項突破打破傳統束縛，不但克服生物樣本在電子束照射下容易受損的難題，也擺脫傳統 X射線晶體繞射技術需耗費長時間生長高品質單晶的限制，使科學家得以在原子解析度下觀察生物巨分子的真實結構。

法蘭克教授說明，低溫電子顯微鏡技術使研究人員得以在幾近自然生理狀態下，直接觀察蛋白質的動態變化，為核糖體運作機制、病毒感染路徑及藥物靶點設計等領域提供前所未有的視覺證據。這項技術至今已成為現代藥物開發與生命科學研究中不可或缺的導航儀，持續引領人類探索微觀世界的奧秘。他也提到 300 KV 高階電子顯微鏡的問世，象徵電腦控制與電子光學的完美整合，使解析度跨越至原子層級，徹底改變科學家的實驗範式。當代技術發展已能透過低溫電子顯微鏡觀察到核糖體的動態，將研究版圖拓展至傳統晶體學無法觸及的生物分子動力學領域。

精準醫學的導航儀：癌症、心臟病與疫情防治
演講最後，法蘭克教授展示低溫電子顯微鏡在當前醫學挑戰中的卓越應用潛力。藉由這項技術，科學家能清晰觀察小分子藥物與癌症蛋白靶點的結合方式，也能解析心肌細胞中離子通道的動態構象，為心血管疾病的治療提供結構性的解方。時至今日，低溫電子顯微鏡已成為現代藥物開發與生命科學研究中不可或缺的核心工具，是對抗癌症、心臟病與疫情的重要功臣。在隨後的問答環節中，法蘭克教授對臺大學生所展現的學識深度深感讚賞，並勉勵在場師生要具備跨領域的思維–從物理、計算科學到生物學的融會貫通–這正是破解複雜生命科學難題的核心鑰匙。

臺灣橋樑計畫最終場：以科學為橋，連結世界
法蘭克教授此行是應臺灣大學「宋恭源先生頂尖研究講座」、中央研究院及國內多所大學攜手世界和平基金會 (IPF)共同推動「臺灣橋樑計畫 (Taiwan Bridges Program)」之邀請。這場演講也是臺灣橋樑計畫的壓軸場次，由中研院與國內12所學研機構，於7個月內邀請共31位諾貝爾獎得主來臺舉行系列演講與學術交流，藉此促進臺灣與全球科學家的知識互動與人文對話，為臺灣的科學發展開啟更廣闊的國際視野。