高防护实验室内感染是怎麽发生的？又该如何预防？P3实验室的任务与风险管理

去（2021）年12月9日，中央疫情指挥中心在紧急记者会上宣布，台湾新增一起中央研究院（以下简称中研院）第三等级实验室（BSL-3 Lab，以下简称P3实验室）人员感染2019冠状病毒疾病（COVID-19）的实验室感染事件，一时之间引起许多讨论。中研院贵为全国最高学术研究机构，不论资源与设备都为最高等级。而P3实验室更是一般机构无法拥有或运营的高防护实验室，必须要投入大量的人力与预算资源才有办法维持。经此案例，社会大众与媒体都迫切地想要了解，究竟中研院的P3实验室出了什麽问题？有什麽可以作为未来台湾其他高防护实验室的借监？

什麽是生物安全等级？认识P3实验室

生物实验室根据危险程度分成不同的生物安全等级（Biosafety level,BSL），共有4个等级，分别由BSL-1开始，到BSL-4为最高等级。每个生物安全等级实验室只能操作相对应等级的病原体。根据病原体对个人及社区危害程度高低的不同，实验室会分为P1∼P4这4种不同安全等级，「P」为「physical containment level」（物理收容等级）之意，P3实验室仅能操作的「第三等级病原体」即为P3安全等级。P3安全等级的病原体包括会严重影响人类健康的高危险性传染病病原，如禽流感病毒、肺结核杆菌、爱滋病毒、汉他病毒、立克次体、SARS、MERS，以及此次事件主角的新型冠状病毒（SARSCoV-2）。
在最低的生物安全等级实验室中，预防的措施包括定期洗手和最基本的防护装备。而在高等级的生物安全实验室如P3与P4实验室，皆属於高防护实验室，预防措施可能包括气流系统、多个密闭物理隔间室、密封的操作环境、正压式个人防护服等；研究越高危险性的活体病原菌，必须配备越高等级的生物安全箱，及完整的防护服才能作业。
目前台湾的P3实验室都需要通过卫福部疾管署认证，根据该实验室环境、防护装备、人员训练，以及操作规范等标准，经过专家学者的审议之後，才会给予P3实验室操作符合等级病原体的许可，以确保实验室内的操作人员不会被所研究的病原体感染，且病原体也不会外泄污染造成外界社区感染。P3实验室又可以分为细胞实验（BSL-3）、动物实验（ABSL-3）两种。
目前台湾认证的P3细胞实验室包括：政府机构的疾病管制署昆阳实验室、卫生福利部食品药物管理署、农业委员会；研究机构的中研院、国家卫生研究院；教育单位及医事机构的台湾大学、林口长庚医院、中国医药大学附设医院、成功大学、高雄医学大学、三军总医院、高雄荣民总医院共12间。至於这次实验室内感染事件发生的P3动物实验室，为可以进行动物实验的P3实验室，只有国防医学院预防医学研究所、行政院农业委员会家畜卫生试验所、国家卫生研究院和中研院共4处。

反思台湾的P3实验室感染事件

回顾过去经验，台湾对於P3实验室感染事件其实并不陌生。2003年的严重急性呼吸道症候群（SARS）爆发後，在预医所的实验室就发生过，当时操作人员卸下防护装备後才消毒培养SARS的器皿，不幸发生突发状况，而在无安全防护装备保护下感染SARS。在当时的感染事件後，国内外专家学者审视发现，台湾高防护实验室内的设备与防护装备皆完善，唯独人员的训练与操作规范有待加强，因此之後才有相关的第三等级生物安全管理与生物安全的相关立法，要求在制度上逐年审查实验室认证，并建立病原体追踪系统等改进。
然而，本次中研院的P3实验室感染事件，调查後归咎出的可能原因为，人员进行实验操作时，未依规定穿着正确的防护装备，而且在穿脱个人防护装备（personal protective equipment, PPE）及使用生物安全柜（biosafety cabinet, BSC）方面，皆未遵守该实验室订定的标准作业程序（standard operating procedures,SOP）而造成实验室内感染。目前的检讨显示，造成此次事件的主要成因可能为人员的训练不足，而追根究底，其实与人员聘用和流动有关。

完善培训系统，降低人员流动率

於高防护实验室内进行操作，是一项需要长时间累积经验与训练的工作。本次的COVID-19疫情来得又急又猛，许多研究都须在P3实验室进行，曝露出从2002年SARS後台湾即缺乏培养高防护实验室人才，研究量能上出现人力的断层。人员管理首要任务，应为降低流动率，若是人员的流动过於频繁，则会降低培训的时间与确实执行SOP的可靠度。
理想上，完整的P3实验室的操作人员培育，可从让具备多年P2实验室经验的人员，先藉由影片教学或是虚拟实境的方式，了解P3实验室的环境与操作流程，并共同参与相关的研究会议与SOP制定会议，以此来增加对於P3实验室的熟悉度，与降低心理压力後再进行相关的实地操作培训。而对於已具P3实验操作经验的人员，应提供与国内外其他高防护实验室交流访问的机会，藉此吸收其他实验室在管理或操作上的优缺点。在人员的聘用上面，对於具备完整生物防护观念并确实执行者，应以正式或是具有升迁管道的职位聘用，以鼓励研究人员的投入与降低人员的流动率。
对於在职的高防护实验室工作人员，更应定期接受相关SOP的再次训练，避免因为过於熟悉而疏忽最基本生物安全相关的SOP。此外，在高防护实验室内面对高致死率的病原体，心理所承受的压力非一般工作可比拟。操作人员可取得这些高风险的病原体，若有其他心理因素、动机造成高风险病原体泄漏，将会对社会造成重大影响。举例来说，在2001年美国马里兰州德特里克堡（Fort Detrick）军事实验室负责开发炭疽疫苗的研究人员，因有心理健康和职业问题，且在炭疽疫苗研发方面的失败经验，加上该实验室缺乏完善生物材料保管监督机制，该研究人员得以向多个参议员办公室寄送含炭疽孢子的信件，最後造成5人死亡与另外17人感染。因此也要定期评估P3实验室操作人员的心理状态，以降低操作的风险并提升社区安全。

内外部稽核与设备维护，重中之重的管理制度

P3与P4实验室皆属於高防护实验室，所操作的都是高风险且严重影响人体健康或可能致死的病原体，一旦发生泄露都会造成重大损失，所以高防护实验室管理更是重中之中。
高防护实验室应该要建立固定的内部稽核与外部稽核的机制。同实验室的内部人员稽核由於习惯的缘故，常常会有无法察觉的缺失盲点，因此必须要有外部稽核的机制，来发觉可能出现生物安全疑虑的地方。实验室的负责人更应不定期审视实验室内部的操作影像，观察操作人员是否确实执行相关的SOP。实验室的操作人员在执行任务时，若发现任何问题都必须勇於提出讨论，在定期的内部会议中讨论解决办法。
关於高防护实验室管理另一块常被疏忽的是，设备维护与工务协力厂商的合作。许多国外高防护实验室发生实验室内部感染，都与设备和基础设施的技术故障有关，因为一般高防护实验室是通过使用适当的程序和技术、防护设备，来减少病原体的泄漏与保护操作人员。例如在2007年英国曾发生口蹄疫爆发，後来就被怀疑是由於附近研究这种病毒的两个实验室发生管道破裂所导致。因此设备需要定期的保养与检修，一旦发现故障或是有疑虑时，必须果断停止实验，不可因为生物材料珍贵或是研究压力而继续进行。

未来可应用的经验教训

近年来许多高防护实验室采用的生物安全程序，对於降低实验室内部感染的机会非常有帮助，但仍建议於高防护实验室从事研究的科学家，可以与核工业、医院和其他已建立安全文化的部门交流，进一步吸取其经验。在高风险生物安全领域，应需持续实施生物安全管理与教育，而不只是一昧的加强监管。
许多国家都已经制定相关生物技术和生物安全指南，以保证生物安全并降低爆发的风险。实验室工作人员在操作病原体过程中所执行的程序，应符合人员的生物安全和生物保安规则，以避免潜在的环境传播。然而，许多实验室感染事件的责任，大多归因於研究人员未切实遵守行为准则、未了解所涉及的风险和危害。此外，各研究机构需确保研究人员遵守所有生物安全规范，并且切实提供生物保安措施所需的技术和人力资源。执行涉及高风险病原体的研究，除了必须在具有预防措施的特定设施中进行，实验室人员也需针对被操作和研究的病原体接受专门培训，以避免实验室内部感染的发生。
实验室内部感染的发生，仍然是高防护实验室需要戒慎恐惧的真正威胁。与传统的微生物学和临床实验室事故和感染相比，高防护实验室发生实验室内部感染造成的损失更为严重。而在不久的将来，对新疫苗、抗菌药物或新兴感染症的需求，有许多实验都必须在高防护实验室内操作，实验室内部潜在的感染风险也将持续增加。因此，除了适当设计和建造实验室设施外，还必须实施实验室人员的特定培训和教育计划，以避免实验室感染爆发。科学界更需要听取过去的经验教训，以预测生物安全风险和实验室内部感染的可能成因。