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成功研發一種快速100倍生成”透明大腦”新技術

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科技產業資訊室 (iKnow) - Lisa 發表於 2020年6月1日

圖、成功研發一種快速100倍生成”透明大腦”新技術
 
研發出了一種可以快速製造出”透明大腦”的方法,新的方法將比舊的快上100倍。
 
一直以來,科學家想在不破壞大腦的情況下觀察大腦,2013年Chung Kwang-hun教授在國際期刊Nature上發表 “CLARITY”,其使用化學物質生成透明大腦的方式被視為一大突破。
 
麻省理工學院的Chung Kwang-hun教授成功的改良他在2013年時研發出的一種可以製造出”透明大腦”的創新技術。”透明大腦”將可以幫助完成”大腦地圖”的繪製。
 
2013年時,Chung Kwang-hun在史丹福大學擔任博士後研究員時,開發了”CLARITY”可以將老鼠大腦透明化的技術,也就是將大腦中的脂質由大腦所生成的水凝膠所取代。脂質是細胞膜的主要成分並幫助維持大腦的構造。水凝膠可以保持大腦的3D構造且不影響其中複雜的分子結構。
 
這次Chung Kwang-hun教授成功打造的ELAST技術可以將神經細胞及蛋白質以螢光染劑染色的速度提高100倍。ELAST技術可以幫助完成大腦地圖的繪製。
 
此篇文章刊載於2020年5月19日的國際期刊Nature Method上發表了ELAST。ELAST可以在大腦及其他器官的細胞和分子上,並縮短其建立3D影像的時間,同時確保可以維持多年的反覆測試。
 
一般而言,要在實驗室或醫院中觀察特定的腦蛋白質及細胞,須將大腦切成0.02毫米(millimeter)的寬度並使用螢光染劑染色,放在顯微鏡下觀察。Chung Kwang-hun教授的ELAST技術可以簡化這個流程。ELAST將大腦中的脂質移除並以彈性聚丙烯醯胺(elastic polyacrylamide)取代,由此一來大腦便會呈透明狀顯現出內部構造。Chung Kwang-hun教授表示,在過程中細胞和分子與聚丙烯醯胺相糾纏,但不會受破壞。
 
研究團隊表示,ELAST可以將大腦組織的厚度減少為十分之一,同時將長度或寬度提高兩倍。

2016年時Chung Kwang-hun教授成功的將透明大腦放大四倍,並在國際期刊Nature Biotechnology中表示透過將老鼠大腦透明化並放大超過四倍,他可以觀察到過去難以偵測到的小型神經細胞之間的連結。
 
在新配方改良,該團隊使用了高濃度的丙烯酰胺,而大幅減少使用交聯劑(cross-linker)和引發劑(initiator)。 結果是長的聚合物鏈與能夠纏結的鏈環纏結在一起,使凝膠具有結構完整性,並具有更大的柔韌性(flexibility)。 不僅如此,組織的細胞和分子並沒有附著在鏈上,而是糾纏在其中,進一步增加注入丙烯酰胺的組織承受拉伸或擠壓的能力,而不會在組織處理中造成任何撕裂或永久移位。
 
研究團隊在報告中表示他們將人或老鼠的大腦組織拉長2倍並將厚度壓縮10倍,並且確保在大腦組織回到原本形狀後沒有失真的問題產生。
 
將聚丙烯酰胺完全注入到大量組織中以達到彈性,可能需要長達21天的時間,但是完成後,完成標記特定類型的細胞以確定其數量程度或是尋找特定的蛋白質的表現方式,所需的時間將比之前大幅縮短。(861字;圖1)
 
 
參考資料:
Technology makes brain and other tissues elastic and lasting for easier imaging. Science Daily, 2020/5/18.
A Korean Scientist at MIT Develops a Faster Way to Produce ‘Transparent Brain’. Business Korea, 2020/5/20.


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