美國專利實務下，反向教示已有完整的法理，主要有兩個分析方向：首先，先前技術中較佳或優選實施例之存在，並不構成對較廣之揭露內容或較不理想之實施例的反向教示；再者，單純揭露替代技術方案，而無「批評、詆毀或以其他方式阻攔」的話，揭露替代技術方案亦不構成反向教示。

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技術背景

聚合酶連鎖反應 (polymer chain reaction)，即近來全民耳熟能詳PCR，其技術之根本是利用特殊的DNA聚合酶 (具耐受溫度變化能力者)，將原本發生在細胞內部的DNA複製系統搬移到試管之中，供給DNA之單體，即去氧核糖核苷酸 ，再利用特殊的反應條件 (溫度變化循環促使雙股DNA分離與重新配對) 加速DNA的複製 (見圖1)。這項技術堪稱現代分子生物學技術的一大基石，該技術已被廣泛應用於基因選殖、基因表現分析、基因分型、基因定序和基因突變等領域。

圖1. DNA的複製

資料來源：維基百科

就基因定序來說，在第一代的雙去氧鏈終止法中，利用雙去氧核苷酸 (ddNTP) 在3'端因為不具備 -OH基 (或 -OR 基，R為H之等效基團)，導致該ddNTP併入聚合體後無法接受下一個核苷酸單體併入。以圖1為例，若第一列右上方之ddTTP併入聚合體後，因其3'端因為不具備 -OH基，聚合體將無法合併下一個核苷酸單體而延長，反應會中止在圖1的第二列。不論是第三列的錯誤併入 (第四列)，或是DNA聚合酶校對能力引發的重新正確併入 (第五列) 都不會發生。

該ddNTP還帶有放射性同位素或螢光標記基團 (見圖2 )，該不能延長的單股聚合體之後與其他長短不一之不能延長的單股聚合體一起進行電泳以決定待測序列。以圖3為例，其序列應為5'-ATGCTTCGGAT-3'。

圖2. 具標記基團之ddNTP (以ddATP為例)

資料來源：維基百科

圖3. 電泳定序

資料來源：維基百科

在90年代末期，學界開發出第二代DNA定序技術，根據對於細節的定義不同，分類上可能有三到五種。但其中的邊合成邊定序法 (Sequence by Synthesis，SBS) 無疑是其中的霸主。

SBS也是利用PCR的原理，但對所使用之去氧核糖核苷酸進行了修飾 (見圖4)，其中的Tag部分為螢光標記基團 (對四種不同的去氧核糖核苷酸以不同的色光匹配)、Y是可切斷的linker，-OR基團的部分則能夠發揮類同於前述ddNTP之「3'端因為不具備 -OH基」的中止併入單股聚合體的效果，然而，此處所選用之 -OR基團可以透過化學反應轉變成 –OH，以恢復其接受下一去氧核糖核苷酸併入。

圖4. 修飾的去氧核糖核苷酸

資料來源：摘錄自本案判決

該修飾的去氧核糖核苷酸被併入延長的單股聚合體後，反應即被中止。此時，偵測Tag所發出的色光，即可知道併入的去氧核糖核苷酸是A、T、C、G中的哪一種，紀錄後即可切斷Y處、釋放Tag，並將-OR基團恢復成 -OH，於是單股聚合體又可以再接受下一個修飾的去氧核糖核苷酸併入。重複上述步驟即可以得到不同的色光紀錄，進而達成定序 (見圖5)。

圖5. SBS流程示意圖

資料來源：喻韜製圖

案件事實

哥倫比亞大學 (以下略稱為哥大) 擁有以美國專利第9,718,852號 (以下略稱為 '852專利)，Massive parallel method for decoding DNA and RNA，為首的五個專利。具體而言，其內容與核苷酸類似物和使用核苷酸類似物對DNA進行定序的方法有關。

其中代表性請求項如下 (涉訟重點以紅色字體標示)：

1. An adenine deoxyribonucleotide analogue having the structure:

wherein R (a) represents a small, chemically cleavable, chemical group capping the oxygen at the 3′ position of the deoxyribose of the deoxyribonucleotide analogue, (b) does not interfere with recognition of the analogue as a substrate by a DNA polymerase, (c) is stable during a DNA polymerase reaction, and (d) does not contain a ketone group;

wherein OR is not a methoxy group or an ester group;

wherein the covalent bond between the 3′-oxygen and R is stable during a DNA polymerase reaction;

wherein tag represents a detectable fluorescent moiety;

wherein Y represents a chemically cleavable, chemical linker which (a) does not interfere with recognition of the analogue as a substrate by a DNA polymerase and (b) is stable during a DNA polymerase reaction; and

wherein the adenine deoxyribonucleotide analogue:

i) is recognized as a substrate by a DNA polymerase,

ii) is incorporated at the end of a growing strand of DNA during a DNA polymer-ase reaction,

iii) produces a 3′-OH group on the deoxyribose upon cleavage of R,

iv) no longer includes a tag on the base upon cleavage of Y, and

v) is capable of forming hydrogen bonds with thymine or a thymine nucleotide analogue.

本案的重點在於對於五碳醣上3' 端-R基團的種種限制，首先，-R基團的體積必須小，以免干擾或阻止DNA聚合酶將此核苷酸類似物併入單股聚合體 (見 (a)之前段與(b))；其次，具有終止併入反應之能力的-OR基團切除-R基團後必須要轉變為-OH基團 (即-R基團是一個可切除的保護基)，以利於下一個核苷酸類似物併入 (見 (a)之後段與iii))；最重要的是，系爭請求項以負面排除的方式具體記載了不符以上條件的基團「-R不可為酮基」，在考慮結合氧原子的情況下「-OR不可為甲氧基或酯基」。

負面排除的記載方式有優點也有缺點，優點是於表列排除之特徵以外的其他可能性均屬請求項主張範圍，在claim construction時範圍極大；反之，範圍極大就意味著受到挑戰時的受打擊面也極大，因為蒐集前述其他可能性之相關先前技術的文獻非常容易 (避開表列排除之特徵即可)。

2017年，基因定序龍頭Illumina公司在PTAB對以 '852專利為首的五個專利提出IPR，認為基於其提出的先前技術，該等專利不具備進步性。Illumina透過對系爭專利之說明書的分析，找到了關於-R基團的突破口，即丙烯基 (allyl group)；相對的，哥大雖以負面排除的方式對請求項進行限制，然而數度在說明書內以丙烯基為例，醉翁之意昭然若揭，Illumina以此為突破口也在情理之中。

圖 6. 節錄自'852專利

先前技術

Illumina在IPR中提出與進步性相關的先前技術眾多，但主要有二，茲分述如下。

▇ Tsien et al.

此先前技術為錢永健[1]等人所提出的PCT申請之公開內容，其中揭露allyl基團可用於SBS，其連接於氧原子上時，可以防止該 -O-allyl 基團轉變為 -OH 基團，產生終止的效果。同時又可以在如此修飾的核苷酸類似物併入單股聚合體之後透過化學手段將allyl 基團切除 (見圖7)，將該 -O-allyl 基團轉變為 -OH 基團，恢復單股聚合體接受下一個核苷酸 (或核苷酸類似物) 併入的能力。

圖 7. 節錄自Tsien et al.[2]

▇ Metzker et al.

此先前技術為本次訴訟的爭執焦點，為發表於期刊的一篇論文，其中對於各種不同的-R基團進行測試比較，發現allyl 基團可用於SBS，其連接於氧原子上時，可以防止該 -O-allyl 基團轉變為 -OH 基團，產生終止的效果。但是，在此核苷酸類似物 (具3'-O-allyl者) 濃度為250 µM的狀況下，該終止的效力並不完整。

圖 8. 節錄自Tsien et al.

然而，Metzker並未針對「終止的效力不完整」提出解釋 (見圖9)，這導致了直觀上至少有兩種可能性：

(1) 此核苷酸類似物本身就很難合併入單股聚合體中，allyl 基團作為保護基團的效果自然難以發揮，沒有合併此核苷酸類似物的部分單股聚合體也就仍然保有接納核苷酸的能力，造成了終止的效力不完整。

(2) 在人為將 -O-allyl 基團轉變為 -OH 基團之前，單股聚合體就自發地接受了下一個核苷酸 (或核苷酸類似物) 併入，造成了終止的效力不完整。

圖9. 節錄自PTAB裁決

PTAB階段

哥大選擇就前述可能性(1)進行答辯，主張就Metzker的揭露內容而言3'-O-allyl之核苷酸的終止效力不完整，不適於SBS (見圖 10及11)。

圖 10. 節錄自PTAB裁決

圖11. 節錄自PTAB裁決

而illumina則提出觀點，認為只要提高3'-O-allyl之核苷酸的濃度就可以克服此核苷酸類似物本身就很難合併入單股聚合體中的問題。

PTAB則基於「就Metzker揭露表格來說，即便3'-O-allyl之核苷酸的終止效力不完整，相較其他核苷酸類似物，其仍具有足夠好的效力」(見圖 8，其中顯示有部分核苷酸類似物根本是毫無效力的)，並引用In re Mouttet案之判決內容「僅僅因為先前技術中存在更好的替代方案，並不代表沒那麼好的組合不適合用於進步性之判斷」(見圖 12)

圖 12. 節錄自PTAB裁決

PTAB進一步指出，本領域中具有一般知識者當可了解透過提高核苷酸類似物的反應濃度或延長其反應時間，可以克服終止效力不完整的問題。因此，系爭專利不具備進步性。

但是，仍然有一位PTAB的行政法官 (Administrative Patent Judge Worth) 提交了不同意見書，簡短地指出「Metzker的揭露內容已足以侵蝕由Tsien所建立之使用3'-O-allyl之核苷酸的動機」。

CAFC階段

到這個階段，哥大的策略已然明朗，走的就是反向教示的路子。哥大指出PTAB在判斷以下事項時有所違誤：(1) 本領域中具有一般知識者有動機在SBS中使用allyl基團作為保護基；(2) 對於前項具有對成功的合理期待；(3) 對於使用allyl基團之四種核苷酸 (A、T、C、G) 不會誤配對具有對成功的合理期待 (這一點其實是在挑戰提高核苷酸類似物的反應濃度或延長其反應時間的推論)。哥大的主張千言萬語，但總歸就是一句話：從事SBS之本領域中具有一般知識者在閱讀了Metzker後會被勸退使用allyl基團作為保護基。哥大指出，在該領域中的其他研究人員於Metzker發表後選擇了其他非allyl的保護基，堪可佐證其論點 (見圖 13)。

圖 13. 節錄自本案判決

CAFC指出所謂的反向教示需要明確的阻止 (本領域中具有一般知識者) 實施一技術特徵，而哥大未能論證此一明確的阻止(見圖 14)。

圖 14. 節錄自本案判決

而且，Metzker也未將以allyl基團作為保護基的實驗描述成一種失敗，相反地，其直接的揭露3'-O-allyl之核苷酸可以被併入單股聚合體中，根據In re Mouttet案的先例，Metzker的揭露內容並未構成反向教示。最後，CAFC認同PTAB「提高核苷酸類似物的反應濃度或延長其反應時間」的論點，肯認其系爭請求項不具備進步性的論點。

結語

在利用先前技術之結合從而判斷進步性時，經常被忽略的是「必須將先前技術整體觀之」(不可單獨拆分技術特徵)，這個原則在應用反向教示時可說是得到了最大化，在先前的報導中就已反映出「只要提到反向教示，必定鉅細靡遺地檢視先前技術」這個現象。

究其根源係反向教示已經建立了完整的法理。第一，先前技術中較佳或優選實施例之存在，並不構成對較廣之揭露內容或較不理想之實施例的反向教示 (見於In re Susi案與In re Mouttet案)；第二，單純揭露替代技術方案，而無「批評、詆毀或以其他方式阻攔」(criticize, discredit, or otherwise discourage) 的話，揭露替代技術方案亦不構成反向教示 (見於In re Fulton案與DePuy Spine, Inc. v. Medtronic Sofamor Danek, Inc.案) 。這兩點都必須藉由全面審視先前技術來達成，或可稱為反向教示正反兩面之定義。

然而，理想很豐滿，現實很骨感，即便有了正反兩面定義，反向教示在應用時仍然讓許多人迷茫與糾結，以本案來說3'-O-allyl之核苷酸的「incomplete termination」與其他「complete termination」之實施例並存時，確實符合前段第一個原則。但「incomplete termination」是否構成「批評、詆毀或以其他方式阻攔」就見仁見智了。至少以筆者的個人經驗，從事實驗室工作時，若是挑了個已知反應不完全的反應物，怕是會收到不少來自學長姐與指導教授的關愛眼神。

備註：

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