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能持續進行醫療監測的奈米管

peregrine
・2011/02/22 ・1632字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 558 ・八年級

美國麻省理工學院(MIT)及麻薩諸塞州波士頓市東北大學(Northeastern University)的研究人員們,業已想出一種監測生物醫學指標,諸如血液中鈉或血糖等含量的新方法。此方法有朝一日可能引領出,譬如能讓糖尿病患者僅藉由看一眼小塊皮膚,來察看其血糖的植入式裝置。

為了監測生物醫學狀況或選擇性將藥物遞送到人體固定的器官或區域,諸多研究人員曾研發出充滿特定化學物質,以微粒子為基礎的裝置。不過,此些裝置的一項缺點是,此些粒子小到會隨著時間推移,而從最初的位置被清走。上述新方法涉及了能避開此問題的不同類微粒子。

儘管傳統的粒子是球形,不過此些粒子狀若管子。此些管子狹窄的寬度,使管子的內含物保持於非常接近血液或身體組織的狀態,而使得此些粒子易於感知周遭環境中的化學物質或其他狀態並作出反應。相對上,長度使得此些管子極適合被固定在需要長時間監測,或許持續進行達數個月的地方。

奈米等級的管子可以監測體內血糖或納含量,並且透過皮膚發光,圖片取自原文網址

最終,此些粒子可能被用來監測糖尿病患者的血糖含量,或一種會導致血液中鈉濃度劇變之疾病患者體內的鈉含量。

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該研究論文發表於《美國國家科學院院刊》(the Proceedings of the National Academy of Sciences)。合撰人包括麻省理工學院化學工程學教授Karen Gleason、東北大學藥劑學教授Heather Clark、麻省理工學院博士後研究員Gozde Ozaydin-Ince及東北大學博士生J. Matthew Dubach。

產生這些奈米粒子的方法,是Gleason研究藉由氣化及令塗料沉積於將被塗層的表面來塗層材料的方法之額外產物。在上個月發表的一項研究中,Gleason及其共同研究員們已經證實,這種稱為化學氣相沉積(chemical vapor deposition:CVD)的技術能被用來塗層含有微細孔洞的材料,從而賦予了即使更小的孔洞也能對所通過之物質化學屬性作出反應的表面。

該項使用化學氣相沉積技術來塗層已蝕刻出細小孔洞之氧化鋁的新研究,結果如同先前的研究,覆蓋層向下延展進入這些孔洞的內壁。之後,經過塗層的材料本體被溶解掉,而僅留下孔洞造成的一連串中空管子。不過在此之前,會添加另一種會對環境或對被遞送藥物作出反應的材料。之後,密封這些管子的任一端。

Gleason表示,此些管子可被注入皮下,以形成發螢光的號燈。她宣稱:「藉由發出螢光的物質來填充此些細小中空的管子,當管子在對存在的特定化學物質發生反應時,就能夠透過皮膚立即監測螢光的度數,如此便能持續對身體內特定化學物質的進行生理監測。由螢光化學物質發出的光是人類眼睛看得見的,因此無需另外的顯示器,而能直接由病人進行判讀。」

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Gleason表示,儘管最初是製造來察覺鈉含量,且於老鼠中測試成功。不過這些管子尚有各種潛在的應用。一種意義重大的可能應用是測定血糖含量:她宣稱:「嚴格控制血糖能有助於病患防止,糖尿病導致腎衰竭、失明、神經系統損傷及截肢,同時也是心臟衰竭、中風及先天缺陷等主要風險因子的毀滅性副作用。」當前,於美國糖尿病影響超過2千萬人,而預估於25年內會倍增。

開發出這種新技術的Gleason博士

Gleason表示,此些管子很細小(直徑約200奈米,也就是不及人類頭髮的1/100),以至於身體不覺得它們的存在,這使它們得以在不觸發任何身體反應的隱形模式下運作。

美國密西根大學化學、物理暨應用物理學教授及生物醫學工程學教授Raoul Kopelman宣稱:「基本上,這可以開啟避免需要化驗室、護士、額外時間及成本之血液檢驗的方法,就不易進行靜脈抽血的患者而言,也能避免諸多併發症。不過,安全因素是最大的絆腳石。美國食品暨藥物管理局(FDA)不僅擔心長期的化學毒性及生物排除(bio-elimination),而且擔心併發症,譬如,會否引發血液凝塊?」

此些管子除了被注入體內能停留於指定的位置之外,其製造方法本身也提供了顯著有利的因素。因為化學氣相沉積是半導體工業使用的標準製造方法,此些裝置的製造應相對容易且低廉。

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Gleason表示,人們可以想像使用此類管子來收縮包裝幾乎任何物質,包括能透過此些管子上的小孔洞,而隨時間推移被遞送的藥物。

原文網址:http://web.mit.edu/newsoffice/2011/update-microworms-0217.html

本文轉載自PEREGRINE科學點滴

翻譯:peregrine

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校對:Portnoy

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peregrine
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小鼠研究指「間歇性禁食」可延年益壽——重點不在總熱量,延長用餐間隔才是重點!

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/24 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2021 年 10 月 18 日,國際期刊《自然醫學》(Nature Medicine)公開的一篇研究論文,探討飲食模式和改善生理健康之間的關係。研究將小鼠總共分為五組:(1)自由取食、(2)限制 30% 的熱量攝取,但沒有禁食期、(3)限制 30% 的熱量攝取,半天內給食三次,另外半天禁食、(4)限制 30% 的熱量攝取,每天只給食一次,其他 21 小時禁食、(5)熱量攝取總量不變,但每天禁食 21 小時。

研究運用液相層析質譜儀(Liquid chromatography–mass spectrometry),以及轉錄組分析(Transcriptional profiling)等方法,發現僅「禁食」而沒有減少攝取的總熱量,就足以得到在限制熱量的飲食模式時出現的大部分代謝與核酸轉錄的特徵,以及延長壽命、防止衰弱等健康上的好處。

該研究歸納出以下三大結論:

  1. 過往研究限制熱量攝取的好處時,無法分辨原因是「總卡路里攝取下降」還是「有規律的長時間禁食」。這篇研究協助釐清熱量限制帶來好處的原因,發現單純禁食而並不減少總熱量攝入,就足以達到有助代謝和延緩老化這些健康效果。
  2. 研究是在特定的條件下所觀察到的現象,不同性別及不同品系的小鼠,禁食的效果就不同,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。
  3. 禁食很可能是限制卡路里攝取時,可改善健康和長壽所必需的關鍵。如果可以證明適用於人類,未來可能幫助人們在不需要減少卡路里攝取總量的情況下,也能延緩老化、促進健康。
圖/Pixabay

大爆吃再間歇性禁食更健康?仍有待證實

臺大醫學院腦與心智科學研究所教授王培育指出,適當的飲食限制對於促進代謝、預防疾病及延長壽命的益處已是廣為人知。然而在早期用酵母菌、線蟲及果蠅作為實驗對象的研究中,受限於實驗模式,大多是以稀釋食物中的營養成份且自由飲食的方式來觀察飲食限制的好處 [1][2][3]

而在哺乳類中,小鼠或猴子實驗則是以每日一到二次或數日一次的方式,餵食正常食量的 40-80% [4][5],因此,一直以來飲食限制所帶來的好處被認為是降低日常飲食中卡路里的總量所導致。但是這些傳統的觀點在近年來的研究中已是備受挑戰,例如每日限制時間或食物量的餵食或禁食(於幾個小時內自由飲食或吃完定量的食物),也可明顯的達成健康長壽的好處 [6]

所以,重要的究竟是卡路里減量,還是禁食?本篇研究利用特定品系的小鼠,以系統性的方法實驗數種飲食的模式並且分析多種代謝及生理指標。結果顯示適當的禁食,可能是影響健康指標的關鍵,然而這是否意味著大吃大喝但間歇性的禁食是比少量及少餐更好的選擇呢?有待日後有更多的研究證據來說明。

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規律禁食/進食,比總熱量攝取更重要

王培育也指出,這份研究僅使用了兩種品系的公、母小鼠進行研究,便可觀察到飲食限制對於不同性別及兩種品系小鼠的生理反應造成許多的差異,顯示本研究是在特定的條件下所觀察到的現象,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處,因此營養均衡、不必在卡路里上斤斤計較,一樣可能擁有健康長壽。

王培育指出,這份研究詳盡的比較了長期限制總熱量攝取與間歇性禁食,對代謝、老化以及壽命的影響,結果也顯示了有規律的間歇性禁食也許就足以帶給我們健康上的各種好處。這告訴我們,吃什麼、吃多少固然重要,何時吃以及飲食是否規律也許更重要。這結果與上月一篇發表在期刊《自然》(Nature)上的果蠅間歇性禁食實驗結果不謀而合 [7]

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處。圖/Pixabay

「禁食」才是有助代謝的關鍵

國立中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛指出,過去許多研究都發現「限時進餐」或「限制進餐量」具有代謝益處,並延長小鼠的壽命。然而這些發現並無法釐清,哪些是純粹因為減少熱量攝入引起的好處,而哪些是因實驗要控制卡路里而無形中施加了禁食所致。

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本研究在小鼠實驗中發現,限制卡路里的飲食方式,促成葡萄糖代謝、虛弱和壽命的各項改善,其實需透過「禁食」來達成。研究推翻了長期以來認為卡路里限制飲食對哺乳動物有益僅是由於減少總熱量攝取的觀點,並強調當中的「禁食行為」才是有助代謝(例如提升胰島素敏感性)和延緩老化這些保護作用的重要原因。

研究結果揭示了我們何時以及吃多少食物,如何調節代謝健康和壽命,並證明每天延長禁食,而不僅僅是減少熱量攝入,可能是熱量限制飲食對改進代謝和延緩老化的原因。過去已有研究表明,延長兩餐間隔對健康有益,本研究結果與過去研究也有相當的一致性。

蔣恩沛表示,人類老化過程中所伴隨的退化過程和疾病,有許多變因,除了攝食量、飲食方式、種類,還有基因、環境因素,甚至腸道菌相,均可能扮演角色,遠比實驗動物複雜。然而可以確定的是,限制熱量攝取可提供代謝上的益處,並可能減緩衰老、延長壽命。

圖/Pexels

本文編譯自科學期刊文章,完整文章來源:

參考資料:

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