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血管性失智症治療新契機—臺灣團隊利用微能量超音波刺激神經再生 登上國際期刊《eLife》

生命科學研究發展司 聯絡人:張友琪副研究員 電話:(02)2737-7544 

E-mail:yochang@most.gov.tw

 

科技部長期深耕基礎研究,除追求學術卓越外,更希望將研究成果應用於增進人類福祉,造福社會人群。本次成果即是在科技部「臺灣腦科技發展及國際躍升計畫」的支持下,由台灣大學醫學工程系兼醫療器材研發中心主任王兆麟教授、中央研究院生物醫學科學研究所陳志成副所長、台大醫院復健科陳文翔主任、台大醫院神經外科賴達明主任,共同組成跨校、跨領域研究團隊,探索微能量超音波在治療腦中風所引起的血管性失智症的可能性。研究團隊進行小鼠的活體和離體超音波刺激實驗,達成了數項突破性進展;運用能量不到超音波影像裝置十分之一的刺激條件,就能夠有效活化並調控小鼠大腦神經細胞,並且在重複的刺激條件下,更能觀察到神經再生的現象。此最新發現已榮獲刊登於國際期刊《eLife》[1],團隊中的臨床醫師也正積極評估將最新研究成果進一步運用於血管性失智症的治療。


腦中風所引起之失能與失智症常成為沉重照顧負擔
腦中風是造成國人死亡與重大急症的主因之一,每年有超過一萬二千人(108年)因腦中風而死亡;在國人十大死因統計中,僅次於癌症、心臟疾病與肺炎。雖然腦中風隨著醫療照護的進步,死亡率已大幅下降,但所引發的血管性失智症成為國人失能的重要原因之一,日後的中長期醫療支出與家庭照顧成本,更成為國人的沉重負擔。


微能量超音波刺激可調控神經細胞
王兆麟教授所率領的研究團隊針對前述議題進行研究,探索創新的腦中風治療方法,獲得了突破性成果。就神經細胞而言,超音波是一種環境外力,這種外力會透過細胞膜表面的蛋白質受體影響細胞行為,至於是那一種受體以及受體受刺激之後所啟動的分子生物機轉則尚不清楚。為了要進一步探討究竟超音波是透過什麼樣的受體和機轉進行神經細胞的調控,王教授領先世界同一領域的研究團隊,開發出微針式超音波刺激儀(圖一上),可以透過比細胞小百倍的玻璃針尖發射超音波,針對神經細胞的特定部位進行刺激。


研究團隊並在中研院陳志成老師的指導下,進行神經細胞鈣離子調控的分子生物機制分析。使用開發的裝置激發神經細胞內的鈣離子,並與組織離體與小鼠活體實驗相互驗證,發現超音波可透過神經細胞膜上對酸鹼度敏感的離子通道ASIC1a,來調控細胞內的鈣離子濃度(圖一下),並進而影響細胞內的生物訊號傳遞。


微能量超音波刺激可產生治療血管性失智症所需要之神經修復
為了測試此項技術的臨床應用價值,研究團隊進行多項實驗,發現經過多次超音波刺激後的小鼠大腦齒狀廻,有許多帶有雙皮質素的神經細胞(圖二)。雙皮質素的呈現是神經再生的指標。經由超音波刺激所產生的神經再生現象,有機會用於治療血管性失智症所需要的神經修復。本研究的發現奠定了超音波刺激對神經細胞進行調控的分子生物機制的瞭解,同時也提供了未來超音波治療血管性失智症的劑量調整與理論依據。

 

 

[1] ASIC1a is required for neuronal activation via low-intensity ultrasound stimulation in mouse brain, Jormay Lin, .., Chih-Cheng Chen, Jaw-Lin Wang, eLife, 2021 Sep 27. (https://elifesciences.org/articles/61660)

 

 

 

 

圖一:微針式超音波刺激儀(上圖),使用微針式超音波刺激儀調控下的細胞內鈣離子濃度(下圖)。

圖一:微針式超音波刺激儀(上圖),使用微針式超音波刺激儀調控下的細胞內鈣離子濃度(下圖)。

 

 

 

圖二:多次超音波刺激後的小鼠大腦齒狀廻,帶有雙皮質素的神經細胞顯著增加。

圖二:多次超音波刺激後的小鼠大腦齒狀廻,帶有雙皮質素的神經細胞顯著增加。

 

 

相關連結

Developing treatment options for vascular dementia --- Taiwan research team stimulated mouse brain for neurogenesis by ultrasound, published in the journal eLife
更新日期 : 2021/11/02