中研院透化層光定位顯微鏡 可望瞭解記憶機制

中研院透過跨領域實驗室合作開發透化層光定位顯微鏡,實際運用觀測果蠅全腦,可望為組織生理與病理學研究帶來突破,更有潛力揭開大腦記憶機制神祕面紗,論文已登上國際期刊。

中央研究院今天發布新聞稿指出,中研院應用科學研究中心助研究員陳壁彰與國立清華大學生命科學院院長暨腦科學中心主任江安世共同開發「透化層光定位顯微鏡」,讓超解析顯微技術更進一步,從觀測細胞層級一舉推展到能看清楚大1萬倍的組織層級。

中研院表示,陳壁彰師承2014年諾貝爾獎得主貝吉格(Eric Betzig),他與院士江安世合作,將生物組織在顯微鏡下變得透明,以掌握單一蛋白質分子的數量及空間分布,此技術能一次解構果蠅全腦的多巴胺神經網路,並看見記憶蛋白在特定神經細胞突觸上的新生。

不過,要將貝吉格的超解析螢光技術從二維細胞影像推進到三維組織研究,其實存在許多難題,像是不透明的果蠅大腦光線穿透率很低、螢光染料難以均勻分布以及層光顯微鏡觀察對象受限於很薄的單層細胞等。

中研院指出,為解決這些問題,跨領域實驗室交流合作,包含江安世發明全腦組織透化方法,讓果蠅腦變透明,讓可見光得以穿透,中研院物理所特聘研究員胡宇光則針對螢光分子的嫁接進行修飾等,最後研究團隊終於讓「透化層光定位顯微鏡」成功在深約0.5mm的大腦空間中,看見蛋白質分子的分布情形。

研究團隊實際運用觀測果蠅全腦,並比較有受記憶訓練及沒有受記憶訓練的果蠅蕈狀體,觀察其中「囊泡單胺運轉蛋白質」(vesicular monoamine transporter)的分布後,發現只有在部分的突觸會有此種蛋白質增加,這表示在單一一顆神經細胞中,記憶不僅會存在細胞本體,更會儲存在神經細胞溝通的橋梁之間。

中研院指出,此技術可望為組織生理與病理學研究帶來新突破,更有潛力揭開大腦記憶機制的神祕面紗,研究論文10月18日刊登在國際期刊「自然通訊」(Nature Communications)。
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