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Molecular Tweezer有望解救帕金森氏症

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・2012/03/11 ・472字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

在現今老年人口日益增加的社會,帕金森氏症儼然已成為人人知曉但卻令人退避三舍的名詞。就像其他許多精神疾病一樣,帕金森氏症是因為神經細胞內蛋白質α-synuclein不正常聚積,而導致細胞毒性及死亡,因而反應出身心功能的異常。

近來美國UCLA的神經生物學家發展出一種稱做”CLR01″的molecular tweezer,利用它在分子結構上的特性與α-synuclein的厭水端及其15個Lys做交互作用,將α-synuclein圍住,使α-synuclein無法聚集成病理上β-sheet的纖維結構,此外,CLR01雖然會與蛋白質結合,但對於一般正常的、健康的神經細胞,並不會有任何不良的副作用。而在斑馬魚實驗中,CLR01除了能大大降低模式動物中α-synuclein的不正常聚積,甚至能減少已聚集成型的纖維構造、降低神經毒性及細胞自噬(apoptosis)的發生,進而增加斑馬魚的生存率。

因此,Bronstein教授認為,然現階段他們僅能利用CLR01這把神奇的molecular tweezer解救斑馬魚的帕金森氏症,但CLR01仍是人類帕金森氏症極具前景的新藥候選人,同時,其他像是阿茲海默症、第二型糖尿病等這些同樣也是因為蛋白質不正常堆積所導致的疾病,或許也能依照這樣的模式找到治療的良方。

資料來源:Parkinson’s disease stopped in animal model [March 2, 2012]

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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察覺症狀及早治療巴金森病,延緩病程演進、維持生活品質
careonline_96
・2022/11/17 ・2408字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「醫師,最近幾個月我的左手都會抖。」70 多歲的老伯伯說,「這是不是廣播節目在講的巴金森病啊?」

單側手抖是巴金森病常見的動作症狀,南投佑民醫院神經科主任林圻域醫師指出,進一步了解病情後發現,老伯伯已經失眠一年多,而且胃口比較差、心情也比較低落。也就是說,可能在 1、2 年前就開始出現非動作症狀,直到就醫前三個月才出現動作症狀。

「巴金森病的治療會同時考量動作症狀與非動作症狀,並依照病程發展來調整藥物。當時讓他使用多巴胺受體促效劑搭配左旋多巴,動作症狀有明顯改善。」林圻域醫師說,「經過 1、2 個月的用藥,在沒有使用安眠藥或舒緩情緒的藥物下,失眠跟情緒低落這些非動作症狀都有獲得改善。」

到目前為止已經治療 3 年多,老伯伯每天都會外出散步運動,巴金森病幾乎都維持在第 2 期,可以自己回診,行動自如。

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從手抖到臥床,及早治療延緩巴金森病程演進

巴金森病的病程通常可分成 5 個階段。林圻域醫師指出,巴金森病第 1 期,剛發病時,可能從單側手腳開始出現顫抖或僵硬,這些症狀通常還不會影響生活。

巴金森病第 2 期,雙側都出現症狀,生活就會受到一些干擾,可能在吃飯時用湯匙、用筷子就沒有那麼靈活。

巴金森病第 3 期,患者走路的平衡能力越來越差,多半需要使用柺杖輔助行走,很容易跌倒。

巴金森病第 4 期,患者的日常生活需要他人協助,包含吃飯、洗澡、自己的衛生需求,都無法獨力完成。

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到了巴金森病第 5 期,患者幾乎都是坐輪椅或是臥床,完全仰賴他人照顧。

如果能在早期發現巴金森病,並積極接受治療,能夠延緩病程進展,讓患者保有更多的生活功能。

有耐心的積極治療,延長用藥蜜月期

目前治療巴金森病比較常用的藥物,包括左旋多巴、多巴胺受體促效劑、單胺氧化酶抑制劑等。林圻域醫師解釋,左旋多巴對於動作症狀的效果很明顯,另一個多巴胺受體促效劑的效果也很好,可以同時改善動作及非動作症狀,例如憂鬱、睡眠障礙等。巴金森病的用藥比較複雜,臨床上會根據患者的年紀還有比較明顯的症狀,選擇合適的藥物。

憂鬱、失眠皆是巴金森病常見的非動作症狀,林圻域醫師說,在接受藥物治療時,我們也希望患者能夠養成運動的習慣,每天都能夠外出運動,走一走、曬曬太陽。

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「確診巴金森病後,有些患者會期待能夠治癒,」林圻域醫師說,「我們需要跟他們解釋說,這是一種退化性疾病,沒有辦法完全根治,不過若能好好接受治療,可以維持生活品質,幾乎跟正常人一樣,還是可以外出旅遊、運動。」

因為巴金森病的用藥比較複雜,在用藥過程中,不見得隨時都能讓患者感覺狀況很好,林圻域醫師提醒,如果有用藥問題或是覺得身體的靈活度沒有很好的話,請務必回診,與醫師討論是否要調整藥物,千萬不要自己增加藥量,否則會縮短用藥的蜜月期,而且服用左旋多巴的劑量越高,越容易提早出現藥效波動的副作用,例如突然變得很僵硬或出現搖頭晃腦等不自主運動。

關於巴金森病的治療策略,林圻域醫師解釋,如果患者比較年輕,可能先使用多巴胺受體促效劑,延長用藥蜜月期。如果患者年紀較大,可能就使用左旋多巴,再搭配多巴胺受體促效劑。

在家就能做,早期發現巴金森病

巴金森病是退化性疾病,發生率會隨著年紀而越來越高,50 歲以上的民眾,都應該要定期自我檢測。林圻域醫師說,目前常用的檢測方式是手指操,手指操的操作非常方便,檢測靈敏度也不錯。只要伸出左手,張開五隻手指,食指與拇指重複開合 25 下,然後換到右手,食指與拇指重複開合 25 下。

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「我們可以請家屬觀察兩側手指開合的速度跟大小,如果兩側差不多,也都蠻靈活的話,大概巴金森病的機率就不高。」

林圻域醫師說,「如果有巴金森症狀,兩側手指頭開合的速度跟節奏就會不一樣,有問題的那一側通常會比較慢,開合的角度也會變小。大部分巴金森病都是從一側開始,通常會變得不靈活,甚至像黏住一樣打不開。出現這樣的狀況的話就要趕緊到神經內科做檢查。」

貼心小提醒

林圻域醫師叮嚀,雖然巴金森病沒有辦法根治,但是透過定期用藥、規律運動,其實可以讓巴金森病患者的生活能力維持得很好,能夠自己照顧自己的狀態。家屬、患者要與醫療團隊密切配合,若觀察到症狀有變化,請務必回診與醫師討論,千萬不能擅自增加藥量!

巴金森病友社團幸福巴士[巴金森‧帕金森病園地] | Facebook,提供許多關於巴金森病的照護、復健與經驗分享,家屬與病友都可以共同學習、交流。

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Molecular Tweezer有望解救帕金森氏症
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・2012/03/11 ・472字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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在現今老年人口日益增加的社會,帕金森氏症儼然已成為人人知曉但卻令人退避三舍的名詞。就像其他許多精神疾病一樣,帕金森氏症是因為神經細胞內蛋白質α-synuclein不正常聚積,而導致細胞毒性及死亡,因而反應出身心功能的異常。

近來美國UCLA的神經生物學家發展出一種稱做”CLR01″的molecular tweezer,利用它在分子結構上的特性與α-synuclein的厭水端及其15個Lys做交互作用,將α-synuclein圍住,使α-synuclein無法聚集成病理上β-sheet的纖維結構,此外,CLR01雖然會與蛋白質結合,但對於一般正常的、健康的神經細胞,並不會有任何不良的副作用。而在斑馬魚實驗中,CLR01除了能大大降低模式動物中α-synuclein的不正常聚積,甚至能減少已聚集成型的纖維構造、降低神經毒性及細胞自噬(apoptosis)的發生,進而增加斑馬魚的生存率。

因此,Bronstein教授認為,然現階段他們僅能利用CLR01這把神奇的molecular tweezer解救斑馬魚的帕金森氏症,但CLR01仍是人類帕金森氏症極具前景的新藥候選人,同時,其他像是阿茲海默症、第二型糖尿病等這些同樣也是因為蛋白質不正常堆積所導致的疾病,或許也能依照這樣的模式找到治療的良方。

資料來源:Parkinson’s disease stopped in animal model [March 2, 2012]

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憂鬱、便秘、失眠也是巴金森病的症狀,50 歲以上建議每月「手指操」自我檢測
careonline_96
・2022/10/18 ・2150字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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60 歲的王女士,因為右手會顫抖而就診,屏東寶建醫院神經內科李杰勳醫師分享,患者走路的速度較慢,會小碎步向前走,姿態有點不穩。除了這些巴金森病常見的動作症狀之外,家屬亦發現患者變得比較封閉,情緒低落、悶悶不樂,不太跟鄰居、朋友打交道,甚至有時候會抱怨說「我老了、沒有用了,不如死掉算了。」

因為家屬有警覺到患者出現自殺的念頭,便趕緊就醫檢查。李杰勳醫師說,經過訪談,患者確實有憂鬱的現象,於是便調整巴金森病的藥物,除了治療動作症狀,同時也改善情緒方面的非動作症狀。經過治療後,家屬便明顯感受到患者的狀況有進步,動作改善了,心情也變好許多。

不只是老化!年過 50,每月自我檢測巴金森病

在屏東,巴金森病患者就醫時通常已發展到比較後期,例如步態、走路不穩才就醫。李杰勳醫師說,因為老人家們對巴金森病的認知較少,尤其是偏鄉地方,患者常會覺得動作變慢、手抖只是退化的現象,而沒放在心上,容易錯過治療時機。

巴金森病是一種持續進展的疾病,並非單純的老化現象,李杰勳醫師強調,年紀越大,罹患巴金森病的機會越高,建議 50 歲以上的民眾每個月以手指操自我檢測。手指操的做法相當簡單,隨時隨地都可以檢測。

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請先把右手的五指張開,用拇指與食指輕按 25 下,然後換成左手的五指張開,用拇指與食指輕按 25 下。如果發現動作變慢、停頓、開合大小改變、手指打不開,便要盡快至神經內科就診。

憂鬱、便祕、失眠都是巴金森病警訊

提到巴金森病,大家都會想到相關「動作症狀」,例如手會顫抖、動作變慢、步伐變小、姿態前傾、平衡困難、關節僵硬、面無表情、字體變小等,但是巴金森病還可能伴隨多種「非動作症狀」。李杰勳醫師表示,根據統計,40%~60% 的巴金森病患者有憂鬱症,而且可能在還沒診斷巴金森病之前,就開始有憂鬱的現象。會出現憂鬱症,有部分是巴金森病對腦部功能造成影響,也有些是因為動作障礙、行動不便、失去自我照顧的能力,使患者越來越憂鬱。

巴金森病患者也可能出現嗅覺異常、失眠、失智等狀況,另外大概有 60% 的病人會合併便秘的問題。巴金森病的非動作症狀可能比動作症狀更早出現,也會隨著病程越來越嚴重。

「就憂鬱症而言,家屬常須扮演重要的角色,」李杰勳醫師說,「因為家屬較容易在生活中觀察到患者情緒低落、負面思考、甚至有自殺念頭,所以能夠主動告知醫師。醫師也會在問診過程中仔細觀察是否有憂鬱的跡象,並給予適當的治療。」

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巴金森病的主要治療藥物有左旋多巴、多巴胺受體促效劑等,李杰勳醫師解釋,某種多巴胺受體促效劑本身有兩種效果,除了可以治療動作症狀,也可以改善憂鬱的狀況。若發現巴金森病患者同時有憂鬱症狀,可優先使用該多巴胺受體促效劑。

左旋多巴能夠有效改善動作症狀,但是巴金森病用藥的蜜月期大概只有 5 年至 10 年,爾後會漸漸出現藥效波動,當藥效消退時,患者就像突然停電一般,動作變慢、僵硬。當藥效發揮時,患者可能會出現頭部、手、腳、軀幹等不自主亂動。

對年紀較大的巴金森病患者,可以使用左旋多巴治療。李杰勳醫師說,至於比較年輕的患者,剛開始可能會先用多巴胺受體促效劑,來控制動作症狀,維持生活品質,並延長用藥蜜月期。若還有其他症狀,再適時調整藥物。

貼心小提醒

巴金森病是種慢性病,患者與家屬要與醫療團隊長期配合,李杰勳醫師提醒,「家屬若察覺到患者有失智、憂鬱等狀況,可以提供較完整的資訊,幫助醫師做判斷。家屬也要觀察患者用藥之後的反應,看看動作症狀與非動作症狀是否能夠改善。如果有任何用藥、照護的問題,都可以回門診與醫療團隊討論,隨著調整藥物,希望患者在動作、情緒、或其他狀況都可以改善,維持生活品質!」

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近來美國UCLA的神經生物學家發展出一種稱做”CLR01″的molecular tweezer,利用它在分子結構上的特性與α-synuclein的厭水端及其15個Lys做交互作用,將α-synuclein圍住,使α-synuclein無法聚集成病理上β-sheet的纖維結構,此外,CLR01雖然會與蛋白質結合,但對於一般正常的、健康的神經細胞,並不會有任何不良的副作用。而在斑馬魚實驗中,CLR01除了能大大降低模式動物中α-synuclein的不正常聚積,甚至能減少已聚集成型的纖維構造、降低神經毒性及細胞自噬(apoptosis)的發生,進而增加斑馬魚的生存率。

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