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可進行腦部深處活動成像的MRI感測器

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科技產業資訊室 - 黃松勳 發表於 2019年3月7日

圖、可進行腦部深處活動成像的MRI感測器
 
在Nature Communications期刊上報導,麻省理工學院的研究人員設計一種以磁振造影的鈣活性成像方法,利用含有錳的造影劑與鈣螯合劑形成的鈣感測器,可以利用鈣成像來揭示腦細胞中神經元如何互相通訊,有助於了解大腦中不同結構如何協同工作來處理刺激或協調行為。
 
鈣是大多數細胞的關鍵訊號分子,在神經元中特別重要,在腦細胞中的鈣成像可以揭露神經元如何相互通訊。在靜止狀態下,神經元的鈣水平非常低,當發射電脈衝訊號時,鈣會湧入細胞。在過去的幾十年的研究中,科學家們已經設計出透過用熒光分子標記鈣的方法,對此種活動進行成像。這種方法可以在實驗室的培養細胞或活體動物的大腦中進行顯微成像,但只能穿透組織幾毫米深度,因而使大多數的研究侷限在大腦表面。
 
MRI是一種非侵入式成像技術,透過檢測造影劑和細胞內水分子之間的磁相互作用。研究人員使用了可以穿過細胞膜的含錳有機化合物造影劑,可與磁場微弱相互作用,與具有鈣結合的螯合劑,製造了新的細胞內鈣感測器。當細胞內鈣處於低水平時,鈣螯合劑則會與錳原子形成弱結合,讓錳免於被MRI檢測到;當鈣流入細胞時,鈣螯合劑會與鈣結合,並釋放出錳,使得造影劑在MRI成像影像中變得更亮。
 
研究人員透過注入鈣感測器到大腦深處的紋狀體中進行測試,再利用鉀離子刺激紋狀體神經元的電訊號活動,並測量到在細胞中鈣的反應。這種直接測量細胞內訊號傳導的方法,提供了比傳統測量大腦中的血流量的功能性磁振造影成像(fMRI)更精確的神經元活動位置和時間訊息,有助於了解大腦中的不同結構的運作機制。此外,此鈣成像技術也可用於其他用途,例如透過進一步的修改,讓免疫細胞活化,未來將可對大腦或其他與鈣相關的器官(如心臟)進行成像診斷。(684字;圖1)


參考資料:
New MRI sensor can image activity deep within the brain. Science Daily2019/2/22
Sensing intracellular calcium ions using a manganese-based MRI contrast agent. Nature Communications2019/2/22


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