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【2012諾貝爾化學獎】藥物開發新突破:「G-蛋白偶聯受體」功能研究

諾貝爾化學獎譯文_96
・2022/01/13 ・5339字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自諾貝爾化學獎專題系列,原文為《【2012諾貝爾化學獎】細胞與感知

  • 譯者/蔡蘊明|台大化學系名譽教授
  • 譯者/曹一允|美國德州農工大學 Karen Wooley 教授指導下取得博士,現於日本萊雅公司進行研究。
  • 譯者/陳竹亭|台大化學系教授

細胞與感知(Cell and Senses)

我們眼、鼻及口中的感官擁有對光、嗅或味的感測器。在人體內,細胞具有類似的感測器來探知荷爾蒙以及各種訊號物質,常知的有腎上腺素(adrenalin)、血清素(serotonin)、組織胺(histamine)與多巴胺(dopamine)。當生命在演化時,細胞不斷的利用同樣的基本機制來讀取它們的環境:但是負責感測的主角——G-蛋白偶聯受體(G-protein coupled receptors)多年來卻隱藏在研究者未知之處。

如果你工作到很晚,月亮已高懸夜空,你正從偏僻的公車站走回家。你突然聽見後方傳來的腳步聲,聲音快速的迫近。「沒什麼好擔心的。」你告訴自己:「不過是另一個被操到太晚的員工罷了。」但是,一種毛骨悚然的感覺油然而升,有人似乎迫近到了你身後…

你立刻拔腿向家門狂奔,打開前門的鎖時,你整個身體都在顫抖,心在狂跳,而且不斷大力的喘息。

當你的眼睛瞥到迫近的黑影時,整個身體已經轉換到逃跑的模式(圖1)。腦部傳來的神經訊號傳給了身體一個初步的警訊。腦下腺將激素(或稱荷爾蒙)釋放到血流中,被喚醒的腎上腺開始湧出皮質醇(cortisol,或稱可體松)、腎上腺素以及去甲基腎上腺素(noradrenalin,又稱正腎上腺素)。這些物質發布了第二次的警告:應該是拔腳而逃的時機了!脂肪細胞、肌肉細胞、肝、心臟、肺以及血管全部立即反應,血管內湧入了糖與脂肪,氣管擴張,心跳加快 — 這些都可讓你的肌肉獲得能量與氧氣,目標在使你跑得愈快愈好,以便救命。

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一個人的體內,有數十億計的細胞相互作用,它們大部分各自發展出了不同的角色。有些儲存脂肪,有些產生視覺,又有的產生激素或製造肌肉組織…。為了能讓身體適當運作,非常重要的是細胞必須和協運作。要能感知環境,而且認知道周遭發生的事情,身體就需要感知器。

位於細胞表面的感知器稱為受體(receptors),美國杜克大學(Duke University)的羅伯雷柯維茲(Robert J. Lefkowitz)與史丹福大學的布萊恩柯比卡 Brian K. Kobilka 二人因為釐清了一類被稱為 G-蛋白偶聯受體家族(簡稱GPCRs)的物質及其在體內的運作,共享今年(2012)諾貝爾化學獎的桂冠。在這個龐大的生化物質家族中,包括了腎上腺素、多巴胺、血清素、光線、口味與嗅覺等…的受體物質。許多的生理作用大都與 GPCRs 有關,大約有一半的藥物例如 b-阻斷劑、抗組織胺以及各種精神藥物等,是透過 GPCRs 受體物質發揮作用。

了解 GPCRs 生化運作的知識會大大的造福人類,不過這些受體卻在科學家的眼下藏匿了很久。

那個受體:一個隱藏的謎團

十九世紀末期,科學家們開始實驗腎上腺素對人體的影響時,就發現它會使心跳加速、血壓升高、以及瞳孔舒張。由於他們懷疑腎上腺素是透過體內的神經來運作,就癱瘓動物來實驗。然而,腎上腺素的作用仍然可以表現。他們當時的結論是:細胞一定具有某種受體,能在其環境中感知一些化學物質——可能是激素、毒物或藥物。

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但是當研究人員企圖找尋那些受體時,他們卻撞了壁。科學家希望瞭解受體的長像以及它們如何輸送訊號給細胞。當腎上腺素施加於細胞的外側時,會導致細胞內部的代謝發生變化。每一個細胞都有一面外膜壁:就是一層脂肪分子膜將細胞物質與環境區隔。到底訊號是如何穿透這面膜壁的?細胞的內部如何知道外面發生了什麼事?

有數十年,一直無法找到這些受體。即便如此,科學家們仍發展出了一些藥物能專一的針對這一類受體中的特定類型發揮效果。在 1940 年代,美國科學家雷蒙阿爾奎斯特(Raymond Ahlquist)檢驗不同的組織對各種腎上腺素類似的物質如何反應,得到一個結論:一定有兩種不同的腎上腺素受體存在。一種主要讓血管平滑肌細胞收縮,而另一種主要刺激心臟。他稱這兩種受體為 a 和 b。很快的,科學家們發展出了第一個 b-阻斷劑,那正是我們現在最常使用的心臟藥物之一。

這種藥物毫無疑問的是在細胞內發生作用,但是它們是如何做到的卻一直成謎。我們現在知道為什麼這些受體是如此難以發現。因為它們的數量很少,而且大部分被包夾在細胞膜內。又經過了幾十年,甚至於阿爾奎斯特都開始覺得迷失在自己提出的兩個 a、b 受體理論之中時,他如此記載:「對我而言,它們像一種抽象概念。是假想出來解釋組織受到不同結構的化學物質刺激時,所觀察到的生理反應」。

就這 1960 年代末尾之時,今年的諾貝爾化學獎得主之一,雷柯維茲走進了這些受體的歷史。

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將受體誘出它們的藏匿處

這位年輕的頂尖學生立下了要成為一位心臟病科醫師的目標,不過他在越戰高峰時期畢業,在美國公衛醫療服務體系的一個國家研究機構服役,那就是美國國家衛生研究院。在那裡他所面對的挑戰就是:找出那些受體。

雷柯維茲的主管已經有一個研究策略,他建議將具有輻射性的碘接在一個激素上。當這個激素結合到一個細胞表面時,碘的輻射線就可以用來追蹤受體。為了進一步的強化他的論點,雷柯維茲必須證明當這個激素結合在細胞膜壁時,真的會引發細胞內會產生的已知作用。如果能成功展示,就沒有人會質疑他真的發現了一個具有生物活性的受體。

雷柯維茲開始研究促進腎上腺皮質的激素,它會刺激腎上腺分泌腎上腺素。然而所有的實驗都失敗了。一年過去,仍然沒有任何進展。雷柯維茲打一開始並沒有對做研究那麼熱衷,現在卻已經開始喪失信心了,他雖然仍持續研究,但同時也夢想著成為一個醫生。

這個計畫進入了第二年,雷柯維茲終於有了進展。在 1970年,他在兩個聲譽卓著的期刊,國家科學院會報(Prceedings of the National Academy of Sciences,PNAS)與科學(Science)發表了幾篇重要論文,他描述發現了一個有效受體。這項成就讓他感受到做研究的興奮,最後他被延攬至北卡羅來納州的杜克大學。他並非特別想去杜大,只是對方給的條件實在好得讓他無法拒絕。

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在嶄新的實驗室裡,雷柯維茲組成自己的研究小組。雖然看起來他可能永遠無法成為一位心臟病科醫師了,但他仍然想要研究心臟的疾病。因此,他開始把焦點放在腎上腺素與去甲基腎上腺素的受體,它們被稱為腎上腺素激導性受體(adrenergic receptors)。利用輻射性標記的物質,包括了 b-阻斷劑。他的研究小組檢驗了這些受體如何運作,在精細的調整所使用的工具後,他們終於掌握了高超的技巧來取得一系列從生物組織中萃取得到的受體。

同時,有關細胞內部作用的知識不斷累積,研究者發現了他們稱之為 G-蛋白(1994年諾貝爾生理醫學獎)的物質。它會接到受體傳來的訊號而活化,接著 G-蛋白開啟一系列的反應,導致細胞代謝的改變。在 1980 年代初期,科學家們開始瞭解訊號從細胞外面傳遞到裡面的過程(圖2)。

基因:新看法的一個關鍵

在 1980 年代,雷柯維茲決定他的研究小組應該去尋找 b-阻斷劑受體的基因密碼,這項決定應可確定是今年諾貝爾化學獎獲獎的關鍵。一個基因就好像是個藍圖,它包含了一個密碼,能被細胞讀取,依照指示將許多胺基酸組合製成蛋白質,譬如製造一個蛋白質受體。他的想法是,如果研究小組能分離出負責的基因,並讀取 b-阻斷劑受體的藍圖,他們就可以得到該受體如何運作的線索。

差不多在同時,雷柯維茲錄用了一位年輕的醫師,布萊恩柯比卡。柯比卡對腎上腺素激導性受體之著迷,來自於醫院加護病房的經驗,一針腎上腺素可以決定病人的生與死。這個激素可以打開一個腫脹的呼吸系統,並加速心跳。柯比卡想要從腎上腺素的基礎結構細節來研究它的力量來源,也因此加入雷柯維茲的團隊。

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柯比卡作了基因搜尋。然而,在 1980 年代想要在人體龐大的基因體內尋找一個特定基因,就好像在大海裡撈針一樣困難。這個在技術上高度挑戰的計畫因此進展得十分緩慢。不過柯比卡利用了一個很巧妙的想法,使得這個基因終於被分離出來。帶著高度的期待,這些研究者開始分析基因密碼。研究顯示受體具有七條長而且具油性(疏水性)的螺旋形帶子─稱為螺旋體(圖3),這暗示了科學家們,這個受體可能繞進和繞出細胞膜七次。

七次!這與在人體內其它地方已經找到的另一個受體,具有相同數目的帶子以及同樣的螺旋形狀。那就是眼睛視網膜上的視紫質(rhodopsin)光受體。這巧合孕育出一個新的想法:這兩種受體有無可能是相關的,雖然兩者的功能不同?

雷柯維茲後來描述那才是『真正的發現時刻』(real eureka moment)。他知道這兩種受體都會在細胞內側與 G-蛋白作用,他也知道約有 30 個其它的受體是透過 G-蛋白運作。結論是:一定有一個完整的受體家族,長相類似而且運作的方式相同!

因為這個突破性的發現,謎底一步步的被組合浮現出來。現在科學家們對於 GPCRs 已經具有詳盡的知識——它們如何運作,以及如何在分子的層次被調控。雷柯維茲與柯比卡一直站在這整個科學探索工作的最前線。去年,2011 年,柯比卡與其研究團隊報導了一項新發現,他們的工作終於讓他們戴上了桂冠。

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腎上腺運作的顯像

成功的分離出基因後,柯比卡搬到了加州史丹福大學的藥學院,他在那裡開始研究如何取得一個受體的影像:大部分科學界的人認為是不可能的任務——而對柯比卡來說,那成為了一條漫長的旅途。

要將一個蛋白質顯像,牽涉到許多複雜的步驟,蛋白質小到無法用普通的電子顯微鏡來觀察,因此科學家們使用一種稱為 X-射線結晶學(X-ray crystallography)的方法,他們先培養出一顆蛋白質的晶體,其中蛋白質分子以整齊且具對稱性的模式整齊排列,就好像水分子在冰晶中,或是碳原子在鑽石中的排列一般。研究者用 X-射線照射這個蛋白質晶體,當射線打到蛋白質時發生繞射(diffraction),科學家們可從繞射的圖譜推導出蛋白質在分子層次的構造與排列。

歷史上第一個蛋白質晶體的結構圖像是在 1950 年代產生。從那時開始,科學家們已經利用 X-射線將上千的蛋白質顯像。不過它們大都是水溶性的,使得養晶較為容易。少有研究者能將位於油性細胞膜上的蛋白質單離顯像。在水裡,這類蛋白質就像油難溶於水,而且非常容易形成非晶性的油團。此外,GPCRs 天生游動性較高。(記得它們是藉著移動來傳遞訊號!)可是在晶體中,GPCRs 的分子又幾乎完全靜止,要讓它們單離結晶出來遂成為極大的挑戰。

柯比卡花了超過二十年的時間去找到這所有問題的解答,要感謝研究者的決心、創意和分子生物實驗的巧手,柯比卡與其研究團隊終於在 2011 年完成了最終目標:他們得到了一張圖像,顯示受體正在將來自於細胞外激素的訊號,傳到細胞內的 G-蛋白(圖3)。

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這個圖像發表在「自然」期刊上,論文顯示了 GPCRs 新的細節。例如,當被活化的受體打開一個孔洞,準備與 G-蛋白在該處結合時的長像為何(圖4),這種資訊對未來發展新的藥物極為有用。

人類基因體的按圖索驥,暴露了約有一千個基因是 GPCRs 的密碼。大約一半的 GPCRs 受體接受氣味,並且是嗅覺系統的一部分。約三分之一是激素與訊號物質的受體,像是多巴胺、血清素,前列腺素、升糖素(glucagon)或組織胺。有一些受體可捕捉進入眼睛的光線,還有一些位於舌頭,給我們味覺。超過百種的受體仍然是科學家的挑戰,它們的功能仍然有待確認。

除了發現這些受體的各種變體,跟在雷柯維茲與柯比卡腳步之後的研究者發現它們具有多重功能。一個單一的受體也許可以辨識好幾種細胞外的激素。此外,它們在細胞內側不僅僅與 G-蛋白作用,它們也可與被稱為受體抑制(arrestins)的蛋白質作用。科學家開始認識到這類受體不見得一定與 G-蛋白偶合,導致科學家們開始稱呼它們為七跨膜蛋白質(7TM),因為它們具有七個螺旋形的帶子繞進繞出細胞膜。

這些受體的數目和靈活性,賦予細胞為了生命所需,經過精細調控程序而具備的調節能力。我們再回到一開始在公車站逃跑的場景,當血液湧入了腎上腺素,不同的組織會有不同的反應。流到消化器官的血液減少;同時,流到肌肉的血液增加。腎上腺素的不同效應,有賴於體內至少有九種不同的受體對此一激素發生反應。某些受體啟動細胞的活動,而另一些則具有鎮定的作用。

所以下一次你感到害怕時,回味一下美好食物的味道,或是單純的望向天際的星星,想一下你那與 G-蛋白偶合的受體。沒有它們,你的細胞將會相互衝突,混亂將控制你的身體。

參考資料

本文譯自諾貝爾化學獎委員會公佈給大眾的新聞稿,原文可自以下網站取得:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2012/popular.html

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諾貝爾化學獎譯文_96
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「諾貝爾化學獎專題」系列文章,為臺大化學系名譽教授蔡蘊明等譯者,依諾貝爾化學獎委員會的新聞稿編譯而成。泛科學獲得蔡蘊明老師授權,將多年來的編譯文章收錄於此。 原文請參見:諾貝爾化學獎專題系列

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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發育中胚胎如何淘汰異常細胞?——《生命之舞》
商周出版_96
・2023/10/21 ・2937字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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為了理解染色體異常細胞對鑲嵌型胚胎的影響,我們必須要創造出數百個小鼠胚胎,並研究數千個胚胎不同部位的細胞。這麼龐大的工作量需要有一位專職的科學家,也需要資金。

在匯整如何測試這個假設的思緒時,我在絨毛膜採樣檢查後又進行了另一個羊膜穿刺檢查,這個檢查一樣在超音波影像的引導下,將針插入包圍發育胎兒的羊膜囊中,以取得少量的透明羊水樣本來進行分析。保護胎兒的羊水會帶有胎兒細胞,可以用來確認是否具有染色體問題。這次的檢查結果是沒有問題的,我們都鬆了一口氣。不過,得要到我把孩子抱在手上那時,我才能百分之百地放心。

圖/unsplash

還有其他的好消息是,我有了資源可以進行了解我檢查結果的研究。我在發現懷孕那天所進行的面試,讓我獲得惠康基金會的資深研究補助金。這筆補助金原本打算用在另一個計畫上,不過他們給我足夠的自由度,可以直接挪用其中部分資金來為鑲嵌型胚胎建立模型。

如何製造染色體異常的細胞?

我們有一大堆事情要做。首先,我們得要找到一種可信的方式(最好不只一種)來製造染色體異常的細胞。然後我們還要找到一種方式來標記這些細胞,好讓它們在正常細胞旁發育時,我們可以追蹤到它們。製造異常細胞比我們原先所想得更加困難。海倫測試許多種不同的方法來干擾染色體分離的過程,我們最後用到一種名為逆轉素(reversine)的藥物,這是我們實驗室中另一個研究計畫使用過的藥物。

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逆轉素是種小分子抑制劑。我們想要使用逆轉素來抑制染色體分離中的一個關鍵過程。那是一個分子檢查點,在正常情況下會暫停細胞分裂(有絲分裂),直到有正確數目的染色體(帶有 DNA)被拉開,並分離到兩個不同的子細胞間為止。逆轉素會阻斷名為單極紡錘體蛋白激酶(monopolar spindle 1 kinase)的酵素,而這種酵素會在細胞分裂時確保染色體公平分配。

圖/unsplash

為了確認逆轉素確實會造成染色體異常,我們經由標記隨機選出的三個染色體來分析有用藥及無用藥的胚胎。我們所使用的標記方法名為螢光原位雜合技術(fluorescence in situ hybridization, FISH),這種技術會外加一個探針(短 DNA 序列)及一個螢光標記。當探針在樣本中碰到類似的 DNA 片段時,就會在螢光顯微鏡下發光。經由螢光原位雜合技術的追蹤,確認了海倫使用逆轉素後,確實會增加染色體異常胚胎的數量。

逆轉素的效用是暫時性的,海倫一把藥劑洗掉,檢查點就恢復正常功能。這很重要,因為這表示我們可以將胚胎染色體異常的發生限制在特定的發育期間內。

染色體異常的胚胎能正常發育嗎?

確信可以製造出染色體異常的胚胎後,我們需要確定這些施用過逆轉素的胚胎是否會完全發育。海倫對四細胞胚胎施用逆轉素,並觀察到在發育 4 天後,它們的細胞數量比未施藥的胚胎要來得少。不過雖然細胞數量較少,還是可以形成三組基本的細胞世系。

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為了找出施用內逆轉素的胚胎是否可以長成小鼠,我們將這些胚胎植入母體中。這個時間點是在我們創造出體外培養胚胎的技術之前。每 10 個正常胚胎有 7 個會著床,而這個比例在施藥後的胚胎上則降了一半。最重要的是,施用逆轉素的胚胎沒有一個能夠成長為活生生的老鼠。這個實驗顯示,當胚胎中大多數的細胞都出現染色體異常時,它們的發育最終會以失敗收場,即使它們著床了、也發育了一陣子。

圖/unsplash

製造同時有異常與正常細胞的胚胎

現在我們可以進一步來探討那個重要的問題:若是只有部分胚胎細胞帶有染色體異常,發育又會受到何種程度的影響?為了找出答案,我們必須製造出鑲嵌型胚胎,也就是混合了染色體異常細胞與染色體正常細胞的胚胎。因此我們決定經由製造嵌合體來達到這個目的。

因為我們無法在對同個胚胎施用逆轉素時只讓其中一些細胞出現染色體異常,所以無法經由這個方式製造出鑲嵌型胚胎,因此我們想到了運用嵌合體的作法,將來自不同胚胎的細胞結合建構成嵌合體(鑲嵌型胚胎是由單顆受精卵生長發育而成的)。創造嵌合體而非鑲嵌型胚胎的好處是,我們可以系統性地去研究要具有多少異常細胞才會干擾到發育。很幸運地,這個作法成功了。

圖/unsplash

海倫在小鼠胚胎從兩細胞階段分裂到四細胞階段時,經由口吸管的方式施用逆轉素,並在八細胞階段將細胞一個個地分開。然後她將來自正常胚胎的四個細胞與來自施藥胚胎的四個細胞結合創造出八細胞嵌合體胚胎。

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我們要追蹤細胞的命運就需要標記。我朋友凱特.哈迪安東納基斯(Kat Hadjantonakis)與金妮.帕帕約安努在紐約對小鼠進行基因改良,讓牠們的細胞核具有綠色螢光蛋白,所以我們就採用了具有這種特性的小鼠。我們將這類小鼠胚胎施予逆轉素,施過藥的細胞會與未施過藥的細胞有不同的顏色,這樣我們就可以做出區別。具有綠色螢光蛋白的細胞讓我們可以明確看到新細胞是在何時與何處誕生以及新細胞的後續分裂,還有,若是細胞死亡了,我們也可以看到是在何時與何處死亡的。我們可用此種方式為個別細胞建立「譜系圖」。

染色體異常細胞在胚胎發育過程中會被清除嗎?

我們為這些鑲嵌型胚胎拍攝了影片,以精準追蹤每個細胞的命運。海倫在螢幕上看見,異常細胞數量的下降主要發生在產生新個體組織的那一部分胚胎,也就是上胚層。這些異常細胞會在凋亡的過程中死去,也就是經歷程序性的細胞死亡。在注定成為胚胎本體的那一部分胚胎中,施用過逆轉素的細胞經歷凋亡的頻率是未施藥細胞的兩倍以上。

圖/unsplash

這個結果表示,在注定成為胎兒的那一部分胚胎中,異常細胞有被清除的傾向。這支持了我的假設,也就是在這一部分的胚胎中,異常細胞競爭不過正常細胞,不過實際運用的機制跟我原來所想的不一樣。

我簡直不敢相信。這是我們真的會研究出重要成果的第一個徵兆,發育中的胚胎不僅可以自我建構,也同樣可以自我修復。幾年前當我懷著賽門那時,絨毛膜採樣檢查所檢測到的染色體異常細胞的後代,有沒有可能在成長為賽門的那部分胚胎中自我毀滅了呢?

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這張圖片的 alt 屬性值為空,它的檔案名稱為 0823--300.jpg

——本文摘自《生命之舞》,2023 年 9 月,出版,未經同意請勿轉載。

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噗!不小心放屁了好尷尬!怎麼辦?——《有點噁的科學》
時報出版_96
・2023/09/24 ・1400字 ・閱讀時間約 2 分鐘

感官的知覺帶給我們許多體驗

我們對自己身體生理現象感到尷尬,這種感覺的來源就在於感官知覺的運作機制:一套我們大腦與外界之間的中介工具。

最明顯的感官是視覺、觸覺、聽覺、嗅覺和味覺,還有,你也可以感覺到疼痛、冷熱、時間(雖然不太準確)、加速、平穩、血液中的氧氣和二氧化碳濃度以及本體感覺(對於四肢、肌肉的運動和位置的感受)。你能不盯著腳步爬樓梯嗎?那就是本體感覺。

我們得感官帶給我們感覺。圖/pexels

這些感官訊息全都被送到大腦:一個沉默的、謎樣器官,質感和斯帕姆午餐肉一樣。你永遠看不到它,它也永遠看不到你周圍的世界,但它會分析所有這些輸入的訊息,並且創造你對自我、愛戀、快樂、痛苦、羞恥、信任、恐懼、懷疑等完整感覺。

尷尬的感覺是從何而來

在公共場合聽到自己放屁會覺得不好意思?

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在公共場合聽到自己放屁會覺得不好意思?圖/giphy

這種感覺是由大腦的前扣帶迴膝皮層產生的。我們尚不了解其中的機制,但大多數心理學家都認為,羞恥感可能是為了維持社會秩序演化而來的,呈現羞恥的經典反應如臉紅、摸臉、視線向下和強制微笑,這些反應讓我們向其他人傳達訊息,表示自己明白破壞了社會常規且感到自責,因為有這樣的溝通功能進而又加強那些反應。

研究指出,表現出尷尬的人比較容易被喜歡、原諒和信任。這一定是幫助我們這種社群生物進化的有用工具,但我擔心它也會讓我們當個乖乖牌,阻礙個人獨特性發展。

感官小學堂

每個人感知世界的方式都不盡相同。聯覺(synaesthesia)是一種不尋常的感官知覺,它使一些人能夠將音樂、字母或星期幾視為顏色。其他有聯覺的人可能會將某些景象與氣味連結起來或者使某些詞語和味道產生聯繫。有一項研究發現,約 4.4% 的人能體驗聯覺。

更令人著迷的是其他動物擁有的感官,那些我們只能夢想的感知方式。狗能藉著磁感應來感測地球磁場,而且排便時往往習慣將自己的身體沿南北向磁力線對齊,牛也一樣。有些蛇有紅外線視覺,一些蜜蜂、鳥類和魚類的視力超出我們的可見光譜,能夠仔仔細細看到紫外線波頻,這意味著牠們實際上正在體驗我們幾乎無法想像的顏色。像嗑了藥一樣迷幻。

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註解

  • 我們確實知道大腦中不斷有微小的電子訊號滋滋作響,這些訊號透過八百六十億個稱為神經元的神經細胞與一百兆個突觸(神經元之間的連結──每個神經元透過它們與多達一萬個其他神經元相連)、八千五百萬個非神經元神經膠質細胞來進行發送、儲存和分析。大腦每天消耗四百卡路里的熱量(占總能量消耗的20%),有趣的是,無論是全神貫注寫一本科普書籍,還是靜靜凝視燭火發呆空想,這個耗能數值都保持不變。

——本文摘自《有點噁的科學:尷尬又失控的生理現象》,2023 年 8 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。