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雷射與奈米碳管好夥伴 ,讓我們透視大腦!

昱夫
・2014/08/09 ・1236字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 548 ・八年級
Credit: Dai Lab
Credit: Dai Lab

偏頭痛、中風甚至是阿滋海默症,這些疾病往往會使腦部的血流量產生異變,然而過去的技術往往無法讓我們輕易觀察到這些異變造成的影響,或是可以隨時監控腦部血管流量的變化。最近,科學家發展了一項新技術,結合雷射與奈米碳管,有望實現解析度高的非侵入性腦部血管偵測,為醫療研究帶來新的可能。

史丹佛大學(Stanford University)的Hongjie Dai團隊,於今年8月的Nature Photonics上發表了這項可以透視腦部的技術。在過去,想要一窺腦袋裡血流的模樣,主要採取兩種方法:第一種,是很直覺地……把頭蓋骨切一小塊下來(侵入式的觀察),如此理所當然可以清楚觀察到內部的活動狀況(觀測尺度可以到細胞的層次),只是這樣的手術一方面較消耗人力和時間,另一方面我們也無法預期傷口是否會改變腦部的活動或是引發免疫反應,影響到血流量的觀測;第二種則是利用電腦斷層掃描(CT scan)或是核磁共振照影(MRI)進行的非侵入式檢查,此類方法不會直接對身體造成傷口,但是相較於侵入式的觀察,其最佳的應用範圍大致是在器官的層級,對於神經元或是小的血管便無法提供好的解析度。

比起上述方法,Hongjie Dai團隊的新技術「近紅外光-IIa照影(IIa表示雷射光的安全等級:超過1000秒連續照射,才會對視網膜造成損傷)」是利用奈米碳管和雷射的特性,來達到非侵入性但高解析度的腦部觀察結果。

 Credit: Dai Lab
利用螢光顯示的老鼠腦部血管圖。Credit: Dai Lab

在實驗上,研究團隊先將水溶性的奈米碳管注射到老鼠的血液裡,接著從外部以近紅外光雷射照射老鼠的頭腦。注射進去的奈米碳管可以吸收雷射並放出波長1300~1400奈米的螢光,此波段的螢光具好的穿透度,可以有效地在頭腦外部被偵測;同時,由於透出來的螢光散射比率低、集中度高,解析度也能達到不錯的水準(可看到血管甚至是神經元)。目前,這種新方法可以觀測到頭皮以下幾個毫米的深度,且足以呈現出微米等級微血管內部的血流,可以使我們不必打開老鼠頭殼,也能精準觀察血管的狀況。

雖說近紅外光-IIa照影看似有很多好處,但它距離真正應用到人體上還有些距離,其主要需要調整的有兩點:一是由於原本的實驗是以老鼠為對象,而人類的頭蓋骨明顯比起老鼠要厚的多,該技術要應用於人體首先要解決的便是提高穿透能力,才能提供完整腦部血管的影像;第二點則是需要評估奈米碳管對人類的安全性,作出更嚴謹的研究與確認(也有許多科學家目前正致力於尋找其他種螢光試劑作為替代)。

或許有ㄧ天,這項技術能夠有效地被應用,屆時我們便可以對中風或阿滋海默症等疾病作出更深入的研究,知己知彼,才有可能百戰百勝,協助我們克服更多困難。

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Through-skull fluorescence imaging of the brain in a new near-infrared window, Nature Photonics, 2014, DOI: 10.1038/nphoton.2014.166

資料來源:Scientists use lasers and carbon nanotubes to look inside living brains [PHYS.ORG, August 7, 2014]

相關標籤: 奈米碳管 雷射
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昱夫
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PanSci實習編輯~目前就讀台大化學所,研究電子與質子傳遞機制。微~蚊氫,在宅宅的實驗室生活中偶爾打點桌球,有時會在走廊上唱歌,最愛929。


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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
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