港大研發兩新掃描成像技術 或助偵測腦神經病變及追蹤胚胎成長

社會 13:39 2020/04/09

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由港大電機電子工程系副教授及生物醫學工程課程總監謝堅文(右一)領導的團隊成功研發一種高效和低損傷的三維螢光顯微鏡成像技術。(圖片由香港大學提供)

人體大腦內有無數的神經細胞,港大研發兩項全新掃描成像技術,包括雙光子螢光顯微鏡及三維螢光編碼光片列陣顯微鏡技術,可分別應用於大腦掃描及廣泛應用於生物3D螢光掃描,或有助日後偵測自閉症、癲癇症等的人體腦神經病變,甚至追蹤胚胎成長、細胞對治療藥物的反應等。

港大與美國加州大學團隊合作開發的雙光子螢光顯微鏡技術,能補捉神經細胞之間的電子訊號和化學物質傳遞,研究人員會將蛋白質分子感應器植入老鼠大腦的神經細胞,在電壓變化的訊號通過神經元時,會發出螢光,再利用高速顯微鏡將掃描激光投射在小鼠腦部,為一隻小鼠的大腦皮層進行每秒1,000至3,000次的二維掃描影像,檢測到螢光訊號後顯示出腦部電壓位置。

香港大學電機電子工程系副教授及生物醫學工程課程總監謝堅文。(圖片由香港大學提供)

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港大電機電子工程系副教授及生物醫學工程課程總監謝堅文解釋,一些極微弱、不會觸發神經細胞達到活躍狀態的訊號,或與大腦病變有關,但難以檢測,過往亦因缺乏高速成像技術,未感深入研究,新研發的技術則可彌補有關缺點。他說,傳統記錄腦部傳導電流的方法是在大腦組織中植入或嵌入電擊針,有機會對神經細胞造成傷害,並只能探測到電擊針附近的少數神經細胞所產生的模糊訊號,新技術則屬低創傷性,既不會傷害神經細胞,也能精確定位個別神經細胞,以毫秒為單位追蹤它們的激發路徑。

港大另一項新研發的三維螢光顯微鏡技術,可對生物細胞所造成的光損害,比現時實驗室廣泛採用的標準三維技術,可減低最少1,000倍。新技術利用一組平行鏡內多重反射的原理,將掃描的單一激光光速,散換成高密度的薄片狀陣列,大範圍散落在成長的細胞樣本上,用作螢光激活。

港大研發三維螢光編碼光片列陣顯微鏡技術。(圖片由香港大學提供)

謝堅文指出,目前的三維生物顯微鏡成像技術,是利用強光,逐點、逐行或逐個平面一步步地掃描整個樣本,成長速度很慢,生物樣本經比太陽光強勁數千至數百萬倍的光源照射後,也會被破壞,並不適合用作長時間的生物成像分析,而掃描過程中樣本發出的螢光訊號很快便消耗盡,甚至會出現光漂白現像,即當中用作顯然的螢光分子會永久失活不能在發光,令樣本在顯微鏡下變得暗淡,無法繼續被偵測。

他形容,新技術只會產生柔和光速,可解決現有技術的局限,適合應用於一些持續長時間的生物監測研究,例如追蹤胚胎的成長、監察癌細胞對鏢靶藥的反應,以及細胞和器官受病毒或細菌感染的過程等。

港大指,新研發的三維螢光顯微鏡技術,適合應用於一些持續長時間的生物監測研究。(圖片由香港大學提供)

謝堅文透露,兩項新技術約花2年時間研發,成本約1,000萬至2,000萬元,並獲資助進行,團隊將進一步擴展高速顯微鏡的功能,更深入探索大腦的神經活動模式,並計劃升級現有的三維高效螢光顯微鏡技術,首先應用在細胞生物學、動物和植物生長生物學中的動態過程研究。

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記者:陳曉瑩