世界首創 台灣團隊開發新型腦放大技術登國際期刊

中研院團隊創全球之先，使用聚丙烯酸鉀，開發新型膨脹顯微術，登上國際期刊「自然通訊」，目前已可將果蠅腦體積放大將近51萬2000倍，並結合先進光學技術，讓科學家辨識出神經細胞之間極微小的突觸，未來有望應用在病理切片、病毒結構研究等領域，助攻精準診斷。

國科會今天舉行學術成果系列記者會，國科會自然處長賴明治、中研院應用科學研究中心研究員陳壁彰、中研院細胞與個體生物學研究所博士林子暘出席。

賴明治表示，在國科會相關計畫的支持下，陳壁彰團隊近期在「自然通訊」（Nature Communications）發表突破性的研究，開發出超高解析度光學成像技術 「聚丙烯酸鉀膨脹層光奈米顯微術」（KA-ExM），結合貝索層光顯微鏡等，成功讓科學家以光學顯微鏡進行果蠅全腦的三維成像，解析度高達約10奈米，接近電子顯微鏡水準，且同時保有多色螢光標記等光學成像優勢。

陳壁彰說明，傳統光學顯微鏡因「繞射極限」的限制，解析度僅能到200奈米，間距低於200奈米以下在顯微鏡中會糊在一起，看不清楚，而電子顯微鏡雖能達到更高解析度，但價格高昂，且因在真空環境下操作，樣品會脫水乾燥，而無法觀察活體樣品，也不能保留螢光標記，導致觀察成像變為黑白。

陳壁彰指出，2014年3位科學家因開發能突破繞射極限的「超解析螢光顯微技術」而榮獲諾貝爾化學獎，也帶動此領域發展，但目前技術仍侷限於極少細胞或薄層樣品，較大型組織的三維立體超解析影像，仍是一大挑戰。

事實上，過去相關技術多採用聚丙烯酸鈉，但缺點是其性質太軟、膨脹時容易失去結構穩定性，不適合成像用途，本身擁有材料領域背景的陳壁彰率領團隊，歷時約5年研究，首創改採更穩定的聚丙烯酸鉀（KA）高吸水性聚合物來製作凝膠。

團隊將生物樣品固定於聚丙烯酸鉀聚合物凝膠中，由於此凝膠如同尿布內常見的高吸水性材料，加水後能大量吸水並均勻膨脹，使樣品體積放大數萬倍，原本小到難以分辨的奈米結構因膨脹放大，使其在光學顯微鏡下也能被清楚辨識。

以果蠅腦為例，團隊目前已可將其體積放大將近51萬2000倍，在結合貝索層光顯微鏡等技術後，科學家不僅可看清楚整個果蠅腦的三維結構，還能辨識出神經細胞之間極微小的突觸，甚至是突觸支架蛋白、突觸囊泡，對理解記憶、學習與神經疾病的機制具有關鍵意義。

陳壁彰形容，KA-ExM技術就像以一台兼具廣角與顯微鏡頭的超強相機，可同時拍下整座摩天大樓的外觀全景，又能放大看清建築物裡的螞蟻窩細節。

展望未來應用，陳壁彰表示，此技術可進一步適用小鼠腦、人類組織病理切片等，透過高解析三維成像，解析神經迴路與阿茲海默症、帕金森氏症等疾病的結構變化，有望助力精準診斷發展。他也進一步談及，團隊接下來規劃把「病毒放大」，藉此解析病毒表面蛋白的結構細節，並希望觀察出病毒如何與宿主細胞結合的機制。