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生命的第一場邂逅

陸子鈞
・2011/08/21 ・1013字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

新生命的誕生,除了男女雙方要先碰面之外,更重要的,男生的精子必須碰上女生的卵子。但我們對於這細胞級的幽會所知不多。現在,科學家在人類卵子表面找到一種在蛋白上的特殊醣分子,讓精子緊抓著她。

在受精前,精子必須穿過卵子表面的透明帶(zona pellucide)。人類卵子的透明帶,有四種蛋白,這些蛋白生出分支的醣類或碳水化合物。科學家推測,這能使精子緊緊抓住卵子。雖然科學家已經找出能讓老鼠精子牢握卵子的碳水化合物,但卻無法在人類身上做研究,最大的原因是過程中必須犧牲卵子,以取得樣本。

為了要解開這項謎題,密蘇里大學哥醫學院的醣生物學家蓋瑞. 克拉克(Gary Clark)和他的同事,獲得將近兩百顆捐贈的卵子,並且這些卵子在實驗進行前,就先做了不孕處理。研究團隊利用質譜儀(mass spectrometry)鑑定出卵子透明帶中的碳水化合物,而這些碳水化合物主要帶著一種稱為sialyl-Lewis x的分支。克拉克說,和其他體細胞相比,sialyl-Lewis x的分支較普遍存在於卵細胞中。

接著,研究團隊測試是否sialyl-Lewisx分子能幫助精卵相遇。他們在液體中讓精子有機會游動找到卵子,並在液體中加入sialyl-Lewis x分子。結果發現,額外添加sialyl-Lewis x分子,會減少精子找到卵子的機會。

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「研究結果清楚地顯示,精子主要辨識卵子表面特殊的醣分子」克拉克說。然而,他也強調,部分的精子就算有額外的sialyl-Lewis x分子干擾,仍然可以找到卵子,顯示透明帶上有其他作用參與,可能是精卵間的蛋白辨識。

「就純科學的角度來看,這項發現發生在人類生命之初,真的很令人驚嘆!」該研究的共同作者,倫敦帝國理工學院的分析生化學家安.戴爾(Anne Dell)。她也補充,這項研究也能帶來實際好處,像是改良避孕及受孕技術;舉例來說,發現精子是如何認定卵子,有助於臨床上找出不孕的男士。克拉克說:「有些男士帶有高品質的精子,但卻無法接在卵子上。」

sialyl-Lewis x分子也出現在某些免疫細胞上,幫助它們到達身體特定區域。克拉克認為,這表示sialyl-Lewis x分子不只和受孕有關,還能避免帶有「外來」(父方)遺傳訊息的受精卵或胚胎,受到免疫系統的攻擊。此外,腫瘤細胞的sialyl-Lewis x分子通常帶有繁複的化學修飾,或許是藉由這個來規避免疫系統的監控。

資料來源:ScienceNow: The Sweet Meeting of Sperm and Egg [18 August 2011]

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纖毛蟲 補充:這篇 Science 論文是多個跨國團隊的成果.作者群中也包括了中研院生化所的醣質生化學家邱繼輝老師及他的學生。

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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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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泌尿上皮癌復發機率高,術後免疫輔助治療降低風險
careonline_96
・2024/02/10 ・1771字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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「醫師,我媽的腎臟功能剩下 40 分,接下來的輔助治療應該要如何進行?」陪著王女士回診的女兒問。

70 歲的王女士因為罹患上泌尿道上皮癌而接受手術,切除一側的腎臟與輸尿管。台中榮民總醫院泌尿外科李建儀醫師指出,由於泌尿上皮癌術後復發的風險較高,因此建議接受術後輔助治療,但是患者的腎臟功能卻讓家屬很擔心。

經過詳細討論後,決定使用免疫治療。李建儀醫師說,治療過程中,患者有出現皮膚搔癢的狀況,不過可以用藥物與藥膏來改善,順利完成為期一年的術後免疫輔助治療。目前沒有局部復發或遠端轉移的狀況,患者也持續在門診追蹤。

人體的泌尿系統類似水管系統,泌尿上皮就是管路的內壁,涵蓋腎盂、輸尿管、膀胱、尿道等,由泌尿上皮產生的惡性腫瘤便統稱為「泌尿上皮癌」。

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泌尿上皮癌最常見的症狀是血尿,李建儀醫師說,大約 85% 的病人會出現血尿,可能是肉眼可見,或是顯微鏡下才看得到的血尿。而血尿的嚴重程度與腫瘤的嚴重程度不一定有關。出現在下泌尿道,如膀胱、尿道的腫瘤,血尿會比較明顯,較容易被發現。

泌尿上皮癌復發風險高

李建儀醫師說,位於膀胱的下泌尿道泌尿上皮癌,若是尚未侵犯肌肉層,可以使用經尿道膀胱腫瘤刮除術,再視狀況以膀胱灌藥來輔助,減少復發機率。李建儀醫師說,若是已經侵犯肌肉層,便需要進行手術切除。

位於腎盂、輸尿管的上泌尿道泌尿上皮癌的治療相對比較複雜,即使是第一期也可能得進行腎臟跟輸尿管的切除。李建儀醫師說:「目前在處理侷限性腫瘤,或患者的腎臟功能較差時,可能會進行部分腎臟切除手術,盡量保留腎臟功能。然而根據統計,泌尿上皮癌患者中近 8 成在 5 年內有復發的危險,比例非常高。」

為了降低復發機率,泌尿上皮癌患者於手術之後可使用輔助化學治療,或使用免疫治療。李建儀醫師說,「術後輔助免疫治療用在肌肉侵犯型、或是淋巴有轉移的病人,在減少復發與遠處轉移的機率上,都有明顯的改善,與未使用輔助治療相比,有助延長近一倍的無疾病存活期。」

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免疫療法的作用機轉是透過抑制細胞表面的免疫檢查點來做治療,李建儀醫師解釋,針對癌細胞表面的 PD-L1 分子與免疫 T 細胞表面的 PD-1 分子,當 PD-L1 與 PD-1 接合時,T 細胞會受到抑制,若使用藥物避免 PD-L1 與 PD-1 接合,T 細胞便能辨識癌細胞並發動攻擊,抑制腫瘤生長。

在過去,免疫治療主要用於晚期泌尿上皮癌患者,大多病情較嚴重且用過多種藥物。李建儀醫師說:「由於病情較嚴重,治療成效較為有限,所以大家會在臨床試驗嘗試提早使用免疫治療。目前已經確認,在高復發風險的患者,包括肌肉侵犯型膀胱癌,或第二期、第三期的上泌尿道泌尿上皮癌,使用術後輔助免疫治療有助降低復發的機率。」

貼心小提醒

泌尿上皮癌常見症狀是血尿,位於膀胱的泌尿上皮癌通常有較明顯的血尿,而容易被發現;位於腎盂、輸尿管的泌尿上皮癌可能會較晚發現。

在狀況許可時,會使用手術治療切除腫瘤,不過泌尿上皮癌術後復發風險較高。李建儀醫師說,泌尿上皮癌患者中近 8 成在 5 年內有復發的危險,建議進行術後輔助治療以降低復發風險,可使用化學治療或免疫治療。

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患者在術後建議與醫師詳細討論,選擇合適的治療,並且按時回診、密切追蹤!

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