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破解血管性失智症:前瞻光學顯微術

109/06/16 瀏覽次數 865
失智症是老年化社會的重要健康議題

依據衛福部於2011年至2013年委託研究推估,台灣失智人口已逾26萬人;再依國發會之人口推計數據推估,於 2036年台灣失智人口將高達55萬人,為現在失智人口兩倍以上。另2016年我國領有身心障礙證明之失智者近5萬人,其中9成3完全無法獨立自我照顧,平時都沒有外出的比率為23.9%;2017年國人因失智症就醫更高達17萬人。如此快速增加的失智人口,對家庭社會產生重大衝擊。

最常見的失智症類型是阿茲海默氏症,占所有患者的50%到70%,目前並沒有可以阻止或逆轉病程的治療方式;其次是血管型失智症(占25%),是由腦血管病變,如腦梗塞或腦出血所導致,可以早期預防及治療。

因此,成大微奈米科技研究中心開發「前瞻光學顯微術」,希望可以協助診斷腦血管失智症。「前瞻光學顯微術」是非線性光學顯微技術的一種,「非線性光學」與傳統的「線性光學」不同,線性光學顯微鏡的激發光源,需使用較短波長的藍光;而非線性光學顯微鏡,則用波長較長的近紅外光做為激發光源,其穿透度較佳,能探測更深的生物組織。
 
(圖一)血管中的紅血球雙光子影像(圖/成大微奈米科技研究中心提供)
 
「非線性光學」的顯微技術原理
 
光學顯微鏡中的螢光(圖一和圖二綠色部分)為樣本中被激發發光的螢光訊號。線性光學顯微鏡使用短波長的藍光激發光源(圖二藍色部分),在樣本中只要有激發光經過的地方都會發光,這使得背景雜訊會增加,解析度較差,且容易產生光漂白(Photobleaching,亦稱為光致褪色)與光破壞,直接造成樣本(組織或細胞)的損傷。

而非線性光學顯微鏡使用長波長的近紅外光激發光源,利用非線性現象來代替孔隙得到較佳的解析度,只會在物鏡的焦點處產生螢光訊號(綠色點狀),可大幅提升空間解析度並降低背景雜訊,對組織的傷害很小。
 
(圖二)非線性光學顯微術可提升空間解析度示意圖。藍色代表短波長的藍光激發光源,紅色代表長波長的近紅外光激發光源,綠色代表螢光訊號。(圖/成大微奈米科技研究中心提供)(圖二)非線性光學顯微術可提升空間解析度示意圖。藍色代表短波長的藍光激發光源,紅色代表長波長的近紅外光激發光源,綠色代表螢光訊號。(圖/成大微奈米科技研究中心提供)
 
過去使用傳統的線性光學顯微鏡,若要了解疾病發展過程,每隔一段時間都得犧牲一隻罹病的老鼠,製作病理組織染色切片。如今,「非線性光學顯微術」則進步成如同拍一部影片,解析度不但提高許多,更因其對組織傷害性小,甚至可使用活體進行觀察,並且拍下實驗過程的細節。該技術將有助深入了解器官運作與疾病發展,破解各種疾病致病的機轉,進而發展更多治療方式。

非線性光學顯微術——診斷失智症的一盞明燈
 
研究人員利用小鼠進行實驗,藉由「前瞻光學顯微術」觀察牠們腦部的血管結構,這可說是革命性的新技術,毋需大量犧牲動物就得以觀察病理進程。而且,這技術具有高解析度及對細胞傷害極低等優點,不但適合長時間觀察活體,更便於透視腦組織受到破壞時的變化。成大微奈米科技研究中心希望利用該技術來破解失智症之謎,為疾病治療帶來新希望。
 
(圖三)微奈米中心多光子顯微鏡系統(圖/成大微奈米科技研究中心提供)(圖三)微奈米中心多光子顯微鏡系統(圖/成大微奈米科技研究中心提供)
(圖一)血管中的紅血球雙光子影像(圖/成大微奈米科技研究中心提供)
資料來源
  • 科技部107年度「科轉計畫:前沿科技轉化暨教育應用推廣」專案計畫
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