圖一:老鼠正在進行光遺傳學研究 資料來源:首爾新聞
光遺傳學是把光學跟基因學結合而成的新技術,能夠透過對光敏性蛋白質去控制細胞,因此為神經生物學帶來劃時代的進步。
而真正讓光遺傳學聲名大噪的原因與「100歲時代」有關。當人類壽命越來越長時,腦部與神經性疾病的罹患率也將不斷上升,造成人類過去累積的經驗和智慧因疾病而無法貢獻於社會,甚至還要再另外花費人力、財力去治療、照顧病患,這對於經濟跟社會都是很大的損失。因此找出腦部疾病的治療方法就成了各國的努力目標,也讓全球掀起一股腦科學研發風潮。
由於現階段人類對於腦部的認知尚不明確,技術也未臻成熟,因此腦部疾病的治療方式主要是藉由開腦手術,對腦部進行電擊或是切除等侵入式治療。即使手術成功,也會因腦部受損而無法回復百分百的原有機能。但自從2005年美國史丹佛大學的光遺傳技術出現後,腦部疾病的治療技術出現大躍進。此技術是將抽取自綠藻類的光敏感離子通道(Channelrhodopsins)蛋白質植入神經細胞後,再利用光照以活化神經元(Neuron)。最早的實驗對象是果蠅,在確認光遺傳技術之可行性後,實驗對象則改為秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis Elegans),因其壽命短且構造單純、基因又跟哺乳類動物相仿,用來作為人體實驗的前期實驗對象再合適不過。
近年來各國政府積極投入的腦科學研究,若可以跟光遺傳學結合,對於腦部醫療技術將有相當大的幫助。以韓國有意研究的腦部圖像為例,若能再輔以光遺傳學技術去控制神經元,便能更精準地探討腦部的情緒迴路運作模式。因此研究學者表示,光遺傳學技術成熟後可用於探尋阿茲海默症、帕金森氏症等退化性腦部疾病,以及憂鬱症、失眠症、強迫症、災後創傷症候群、厭食症等情緒障礙,或者是癲癇和失憶等腦部病變的原因,再給予適當的治療。除此之外,也能應用在癌細胞的信號傳導的研究。總而言之,光遺傳學是醫療技術能否有重大突破的關鍵要素。
韓國科學技術研究院表示,光遺傳學是近年來相當受到市場關注的腦科學技術,但仍有兩大瓶頸有待突破:一是如何把對光反應的蛋白質或基因植入想要的神經細胞,二是如何有效利用光照去刺激位於頭蓋骨內深層的神經細胞的方法。而韓國政府打算研發的腦部圖像有可能是突破瓶頸的轉捩點之一。再加上腦部圖像還可跟光遺傳學衍生出各種新興治療方法,也難怪韓國政府要砸下3千4百億韓圜去打造腦部圖像,想必就是要利用腦部圖像搶先取得光遺傳學領域的龍頭寶座。(800字;圖1)
參考資料:
- 뇌에 빛 쬐여… 치매·우울증 치료한다?. 首爾新聞, 2016/05/30. at http://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20160531025014
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