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「解凍」新突破! 發現可望用於評估與治療漸凍症的微型核糖核酸

PanSci_96
・2019/06/17 ・1818字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 587 ・九年級
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  • 抵抗漸凍症50年的霍金於2018年病逝。圖/wikipedia

還記得 2014 年盛行的「水桶挑戰」嗎?這項主要是為美國肌萎縮性脊髓側索硬化症協會募款而發起的活動,引起不少人的對漸凍症(ALS)的注意。

中央研究院分子生物研究所陳俊安副研究員與研究團隊發現,一組微型核糖核酸(microRNA),稱之為 mir-17~921,在四肢運動神經元的表現量特別高,卻在漸凍症小鼠發病前顯著減少。

此為全球首次發現 mir-17~92具有作為預測漸凍症發病的生物標記,可改善漸凍症小鼠病徵,此實驗結果已申請專利,有助於未來以基因治療漸凍症標靶藥物的研發。研究成果已於108年5月30日刊登於國際期刊《細胞:幹細胞》(Cell:Stem Cell)。

漸凍症的症狀

罕見疾病「漸凍症」(學名為肌萎縮性脊髓側索硬化症)至今還有許多未解之謎,除了約一成病患為家族遺傳,有九成患者的致病原因仍然不明。

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漸凍症是一種運動神經元退化導致的疾病,從控制四肢的運動神經元開始發病。患者初期因為感到手腳無力而就醫,但此時體內的運動神經元已開始出問題並迅速退化,短期內便無法行走或靈活使用雙手,最後只能漸漸躺臥在輪椅中,大多死於呼吸衰竭。

mir-17~92 和 PTEN2:影響運動神經元退化的關鍵

以漸凍症小鼠研究mir-17~92與漸凍症關係。圖/pixabay

本次發現的漸凍症致病機轉,奠基於陳俊安先前的基礎研究成果,他發現小鼠胚胎裡的 mir-17~92大量表現於中樞神經系統裡控制四肢肌肉的運動神經元。

由於 PTEN蛋白質累積在運動神經元細胞核,導致細胞退化死亡;mir-17~92可抑制PTEN蛋白質的表現量,阻擋蛋白質進入細胞核中,進而保護運動神經元存活,阻止控制四肢的運動神經細胞凋零。

陳俊安研究團隊透過實驗發現,當小鼠胚胎的運動神經元失去 mir-17~92時,因無法抑制 PTEN的表現量,導致 PTEN增高並進入細胞核裡,造成控制四肢肌肉的運動神經元死亡。

本篇研究為驗證 mir-17~92是否也在漸凍症的運動神經元退化上扮演關鍵角色,採用多種生物模式系統做病理驗證,包括小雞胚胎、 SOD1G93A 3漸凍症小鼠以及其幹細胞分化之運動神經元、漸凍症患者的誘導性多功能幹細胞所衍生之運動神經元(iPSC~MNs4)等,觀察 mir-17~92的作用與表現後,均得到一致的結果。

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mir-17~92可望應用於「漸凍症」的預測與治療

漸凍症小鼠和漸凍症患者的運動神經元因PTEN蛋白累積而死亡,透過提高mir-17~92表現可以延長小鼠壽命。圖/中研院提供

陳俊安解釋,原本應該大量表現於四肢運動神經元的 mir-17~92,在漸凍症小鼠發病(四肢運動神經元死亡)前會顯著減少,導致PTEN逐漸累積在細胞核中,最後細胞退化死亡。

令人振奮的是,研究團隊將 SOD1G93A漸凍症小鼠體內的 mir-17~92表現量提高,發現可以延緩小鼠癱瘓的時間,顯著增進其運動能力,小鼠壽命也平均延長14%。

由於目前漸凍症患者發病後平均壽命僅二至五年,若將 mir-17~92的基因治療應用於人體上,可望為漸凍症治療帶來一道曙光。本研究發現 mir-17~92與漸凍症發病的關聯性,也為「解凍」漸凍症的致病機制往前推進了一步。

註解:

  1. RNA 有兩種:一種是負責製造蛋白質的 mRNA(messenger RNA),另一種是ncRNA(non-coding RNA),不負責製造蛋白質。mir-17~92是一種小分子的 ncRNA,亦即 microRNA,幫忙「踩剎車」,辨認基因序列相對應的標靶mRNA ,並與之結合,進而抑制標靶 mRNA 製造蛋白質。本研究發現的mir-17~92,其一作用為抑制PTEN 蛋白質、與控制PTEN進核蛋白質的量。
  2. PTEN 是一個有生長抑制作用的抑癌基因,可促進癌細胞的死亡;本文則研究PTEN 對於神經細胞的影響。
  3. 此為SOD1基因缺陷漸凍鼠,已知有許多基因突變會造成漸凍症,SOD1是最早被發現,研究最為透徹的一員。
  4. 一般人的體細胞已定型,不像受精卵或胚胎幹細胞具有分化出各式細胞種類的能力。誘導性多功能幹細胞(iPSC),是利用導入特定轉錄因子,將體細胞轉變成類似胚胎幹細胞的多功能幹細胞。運用這個方法,可以直接將患者的血球細胞,變成iPSC,再分化成運動神經元(iPS~MN),讓科學家不需要侵入性地將患者神經元取出來做研究。
  • 本文改寫自中研院新聞稿,原標題為〈「解凍」新突破! 微型核糖核酸可評估「漸凍症」發病風險有潛力作為新治療藥物〉
  • 此研究由中研院、國衛院以及科技部支持。共同第一作者為本院分生所董盈岑博士和彭冠智;通訊作者為中研院分生所董盈岑博士和陳俊安副研究員。研究團隊成員包含:陳彥中醫師、張綿、顏雅萍博士和瑞典卡羅琳大學醫院的Sebastian Thams博士。
  • 論文:Tung, Y. T., Peng, K. C., Chen, Y. C., Yen, Y. P., Chang, M., Thams, S., & Chen, J. A. (2019). Mir-17∼ 92 Confers Motor Neuron Subtype Differential Resistance to ALS-Associated Degeneration. Cell stem cell.
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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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月經週期變短?慎防卵巢早衰!及早檢測減少不孕風險
careonline_96
・2024/03/27 ・2054字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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「醫師,我有卵巢早衰的現象,所以打算凍卵,但是聽說每天都要打排卵針,讓我好猶豫……」李小姐說。

「打排卵針是為了促使卵泡發育,才有辦法取得較多的卵子。」醫師說,「現在也有一針抵多針的友善排卵針,施打一次效果可以持續一週,便利性較高,也可大幅減少打針的次數。」

在台灣,每十對夫妻中大約有兩對會遭遇不孕的困擾。大新婦產科診所生殖中心陳志宏院長指出,「如果沒有避孕超過一年都沒有懷孕,就算是不孕症。至於 35 歲以上的婦女,如果超過半年還沒有受孕,便要盡快尋求專業的協助。」

有許多因素會導致不孕症,卵巢早衰是個常見的原因。陳志宏院長說,卵巢早衰通常沒有明顯症狀,患者往往是在接受檢驗後,才驚覺有卵巢早衰的狀況。

卵巢早衰的原因可分成先天因素和後天因素,大部分是先天因素,例如在出生之後,卵巢的細胞存量就比較少。陳志宏院長說,後天因素包括卵巢發炎、卵巢手術、壓力過大、作息不正常、吸菸等。

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年輕女性發生卵巢早衰時,大多沒有明顯症狀,還是有規則的月經。陳志宏院長說,部分女性可能會發現月經週期縮短,本來是 28 天來月經,當卵巢功能衰退時,可能變成 26 天、24 天、甚至 21 天就來月經。月經週期縮短可能是卵巢早衰的徵兆,但是有些人的月經本來就不規則,所以也不會發現月經週期縮短的狀況。

卵巢早衰對生殖能力有顯著的影響,陳志宏院長說,除了卵巢存量過少,卵子品質也會下降,導致患者懷孕機率降低,而受精後的胚胎也可能無法順利發育。

有生育規劃的女性一定要留意卵巢早衰的問題,陳志宏院長說,抽血檢測抗穆勒氏管荷爾蒙(AMH)可以評估卵巢功能,抗穆勒氏管荷爾蒙(AMH)由卵巢中的小卵泡分泌。抗穆勒氏管荷爾蒙(AMH)的正常範圍在 2 ng/ml 至 5 ng/ml,當抗穆勒氏管荷爾蒙(AMH)小於 2 ng/ml 就代表卵巢功能衰退。

另一個評估方式是由陰道超音波檢查大於 2mm 的小卵泡數量,陳志宏院長說,若小卵泡數量減少,代表卵巢庫存下降。

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及早了解卵巢功能,積極把握卵實力

「隨著年紀增長,卵巢功能將持續衰退。」陳志宏院長說,「女性可以透過抗穆勒氏管荷爾蒙(AMH)或超音波評估卵巢功能,預作生育規劃。如果打算晚一點生育,或已經發現有卵巢早衰的現象,可以考慮凍卵,保存卵實力。」

在較年輕的時候取卵,能夠一次取到較多卵子,而且卵子的品質比較好。陳志宏院長解釋,舉例來說,在 30 歲時,也許凍 8 至 12 顆卵,未來就有機會成功生下一個活產寶寶;到了 40 歲,可能要凍 20 至 40 顆卵,才有機會成功生下一個活產寶寶。而在 30 歲時,可能只要取一、兩次卵就足夠,但在 40 歲時,便需要多次取卵。

陳志宏院長提醒,「建議育齡年齡的女性要了解自己的卵巢功能,及早做好生育規劃。」

無論是要凍卵或是做人工生殖都需要從卵巢中取出卵子,而得先施打排卵針。陳志宏院長說,傳統的作法是使用短效型排卵針,每天一劑,連續施打 7 至 10 次。患者可以在家自行施打,或者回醫療院所施打。

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如果很怕打針、不敢自己打針、或時間無法配合的患者可以考慮使用可以一針抵多針的友善排卵針。陳志宏院長說,施打後,醫師可依患者個情況追加短效型排卵針,對患者而言方便性較高,也比較友善。

根據臨床試驗,可以一針抵多針的友善排卵針的懷孕率、活產率皆與短效型排卵針無顯著差異。患者可以和醫師討論,選擇合適的方式。

從月經來潮到取卵大約是兩個禮拜,陳志宏院長說,如果要凍卵,就是直接把卵子凍起來,等到適當的時間再解凍、受精;如果要作人工生殖,大概會在取卵後 3 至 5 天植入。

針對不孕,目前的生殖科技有幾種方式可以輔助,例如吃排卵藥、人工受孕、試管嬰兒,各種方式的適用族群與成功率各不相同,需要經過專業的評估。陳志宏院長說,以大新婦產科診所生殖中心為例,每位患者都有個案管理師,醫師也會根據每個人的狀況提供個人化的療程,增加懷孕成功的機率!

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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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