2009-01-15

IBM 新顯微技術 解析度比當前 MRI 高一億倍

Researchers Create Microscope With 100 Million Times Finer Resolution Than Current MRI
http://www.physorg.com/news151073713.html
http://www-03.ibm.com/press/us/en/pressrelease/26453.wss

January 13th, 2009

※ 以下摘譯。

IBM Research 科學家在與史丹佛大學奈米尺度探索中心(Center for Probing the Nanoscale)的合作下展示一種磁振造影(MRI),其體積解析度(volume resolution)比傳統的 MRI 精細一億倍。

這項結果發表於今日的 PNAS 上,在分子生物學與奈米技術所使用的工具中,這意味著向前邁出重要的一步,在奈米尺度下提供研究複雜 3D 結構的能力。

將 MRI 的解析度擴展到如此細緻的成度,科學家們藉此創造出一種顯微鏡,在更進一步的開發後,也許足以揭開蛋白質的結構及其交互作用,替未來個人化醫療與標靶藥物治療的發展預先鋪路。這項成就也對材料研究 -- 從蛋白質到 IC -- 產生衝擊,因詳盡理解原子的結構有其必要。

IBM Research 策略與營運副總裁 Mark Dean 表示,這項技術將革新我們看待病毒、細菌、蛋白與其他生物元素的的方法。

這項成就得透過一種稱為「磁振力顯微術(magnetic resonance force microscopy,MRFM)」的技術才成為可能,那依賴偵測超微小磁力。除了高解析度之外,這種成像技術還有種更進一步的優勢,它具有化學特定性(chemically specific),能「看」到表面底下的東西,而且不同於電子顯微鏡,對於敏感的生物材料不會造成破壞。

IBM 科學家在 MRFM 的領域中已披荊斬棘超過十年。現在由 IBM 所領導的團隊將 MRFM 的敏感度大幅提升,而且將之與先進的 3D 影像重建技術結合。這讓他們能首度在奈米尺度的生物物件上示範 MRI。這項技術應用到菸草鑲嵌病毒(TMV)並達到 4 奈米的解析度。(TMV 寬 18 奈米)

IBM 奈米尺度研究經理 Dan Rugar 表示,MRI 在醫學造影中是種強大的工具,不過它的顯微能力總相當受限。他們希望 nano MRI 終能展現出個別蛋白質分子與分子複合物的內部結構,那是了解生物功能的關鍵。

這種新技術與傳統的 MRI 掃描不同,那使用梯度線圈與成像線圈。相反的,當樣本置於微小的懸臂(形狀如跳水板那樣的矽薄片 (sliver))後,研究者使用 MRFM 來偵測微小的磁力。尖端以三維方式掃描,而且懸臂的振動也經過分析以創造 3D 影像。

IBM Research 在開發顯微鏡上有卓越的歷史。IBM 研究者 Gerd Binnig 以及 Heinrich Rohrer 因他們在 STM(掃描穿隧顯微術)榮膺 1986 年諾貝爾物理獎,那可以讓導體表面上的個別原子成像(譯註:AFM (原子力顯微鏡) 與 STM 均屬 SPM (掃描探針顯微術))。

後面則提及 IBM 自 1950 年代以來在改善醫療照護上的成就,其中包括一個全國性的數位化乳房攝影檢查(mammography)資料庫、臨床試驗參與者系統、與 Scripps 合作研究流感病毒如何突變、與歐洲大學合作開發測定 HIV 抗逆轉錄病毒療法的更好方法,以及發起與醫療研究相關的 World Community Grid(世界社群網格,全球最大的公益網格運算系統)。

※ 相關報導:

* Nanoscale magnetic resonance imaging
http://www.pnas.org/content/early/2009/01/12/0812068106.abstract
C. L. Degen, M. Poggio, H. J. Mamin, C. T. Rettner and
D. Rugar
Published online before print January 12, 2009,
doi: 10.1073/pnas.0812068106
* MRI shows new types of injuries in young gymnasts
http://www.physorg.com/news147337541.html

電子顯微術進入 picometer 尺度
手機使用無透鏡成像(LUCAS)進行健康監測
4D 顯微鏡革新我們觀察奈米世界的方式
「顯微鏡晶片」-- 光流體顯微鏡
超高解析度的螢光顯微術讓你看清細胞結構
槽狀波導 -- 利用光來移動與陷住 DNA 分子

黃金標準:使用奈米粒子製造 3D DNA 奈米管
成為反應容器的單晶
新研究可能導致實用的 MOFs

MIT 解開腦部造影背後的祕密
造影新工具:能以磁性標記細胞的「基因」
新發現成為治療白血病的大突破
光聲學有助於癌症研究
數位通訊技術協助釐清個人化治療途徑

1 則留言:

fsj 提到...

血癌診斷大突破 磁振掃描血管新生測定
http://health.chinatimes.com/contents.aspx?cid=6,56&id=4389

【中時健康 黃曼瑩/台北報導】2009.01.15

血癌是人人聞之變色的癌症,目前針對血癌病患診斷技術,已經有突破性發展,台大醫學院研究團隊發佈一項突破性的研究成果,利用常規的磁振掃描並結合一套創新的分析模式,可準確評估急性骨髓性白血病病患治療的效果與存活。

此項新發現是由台大醫學院施庭芳教授與田蕙芬教授的研究團隊共同發表,傳統上血癌病患的診療,必須接受骨髓穿刺或切片。切片取得的血管新生的數據,只是靜態的,無法得知其異常血管之血流動態或滲透性的改變,更不能重複測量新生血管的即時性變化,使得診斷及治療的效果受到很大的限制。

新發表的磁振掃描血管新生測定研究成果,是利用常規的磁振掃描並結合一套創新的分析模式,可準確的評估急性骨髓性白血病病患治療的效果與存活。這是一項快速、非侵入性而且可以重覆測量的影像方法,此項創新的研究成果已發表於國際上血液學科的頂級期刊「Blood」上。

病患只須接受少量(約十至二十毫升)顯影劑注射,以及不到五分鐘的影像掃描,而不須承受穿刺切片的痛苦、也無輻射線,即可獲得大區域和全方位的骨髓血流變化參數,可用來偵測異常血管數量及滲透性的瞬間微量或功能性變化,更可呈現出治療前、中、後癌細胞周邊血管新生的血流量變化,是有效評估血癌病患骨髓血管新生的影像生物指標。

根據施教授研究團隊近五年的研究,成功地測得人體即時性的骨髓血流灌注,得知人類的骨髓血流灌注在男女間有著極大差異,且血流量在個人年齡二十至四十歲為最高峰,隨後逐年下降,呈線性相關。同時,也發現血癌病患的骨髓血管新生遠高於同年齡同性別正常人的五倍以上。不但血管數量增加,血流灌注量加大,連滲透性的功能也產生劇烈變化.利用這套技術就能即時觀測這些活體的變化。

根據此項指標可以精確的預測急性骨髓性白血病病患的治療、癒後及存活。並且在治療過程中,隨時可監控骨髓病變對藥物的療效,作為繼續治療或改變用藥的參考。甚至對於正常染色體且風險不明確的病患,也能進一步提供分析及評估。

施教授進一步說明,癌症的形成及進展與其血管新生有著不可分的關係,就如同土壤之於種子的重要性一般。在血癌的研究,近幾年來也掀起骨髓血管新生的研究熱潮;然而,骨髓本身被骨骼及髓腔內的骨小樑重重包圍,形成一個密閉的空間,想去測量其血流量是非常困難的。此項評估技術的顯著優點之一就是可以做為預測之用,對於骨髓有輕微病變的病友,即可進行早期的偵測,評估血管新生的異常,以預期是否有進展為血癌的可能性。

血癌的診斷還是必須依賴骨髓穿刺或切片;對於開始接受治療的血癌病患而言,必須每隔一段時間接受骨髓穿刺或切片來評估治療的效果。由於骨髓穿刺或切片的過程,病患都須承受相當程度的疼痛,無法在短時間反覆進行。因此,這種新的影像診斷技術可以在血癌患者治療過程中,提供臨床醫師更多、更早的重要資訊。

施庭芳教授並表示,此一創新的模式也可能廣泛運用在其他癌症疾病的偵測和診斷,例如對於肝癌病患的治療評估及後續追蹤,在病患開始接受治療的第二至七天起,本模式即可以非侵入性、即時的方式去評估血管新生;發現血管新生的血流量或是其血管壁的滲透性變化,很早就能預測未來的預後及藥物的療效,以作為後續追蹤或改變治療方式的指標,對於肝癌發生率高的東方人,是很重要的突破和福音。

這種技術也提供了高度"個人化"的醫療模式。一般的個人化醫療多需要依據基因及蛋白的生物標誌,來評估疾病的治療效果及預後存活;但是,基因的研究往往有賴於極為昂貴的儀器,或深奧的基因變異分析。本研究團隊利用傳統的核磁共振的血流功能影像分析,也同樣可以為每一位病患量身訂製的個人化醫療。