深組織多色單分子影像資訊與治療性奈米載體於神經退化性疾病之研究(2/3)

生物體之生理程序與功能是仰賴其內部的分子交互作用來達成，而傳統螢光顯微術用於觀測生物體內部分子、次細胞單元和細胞的行為表現，進而探索這些複雜的交互作用機制。然而，因為傳統光學成像限制，大多數用於螢光顯微成像測量的生物樣品是以在二維基材表面上培養的細胞；雖然三維支架培養技術試圖提供近似細胞微環境的表現，仍不能完全模擬生理環境的所有因素。因此、為了理解生物分子於特定生理過程的功能，細胞樣品應存在於具所有生理因子的環境，即原組織內。單分子定位顯微術結合時域聚焦多光子激發和像散成像具有提供螢光標記之生物分子的三維奈米尺度位置資訊之能力，進而可用於顯示厚樣品中蛋白質和次細胞結構的分佈和表現。但是此顯微術對於多種生物分子和深部組織成像時，螢光成像通道之數量、定位解析度和成像深度仍受限於固定波長激發、組織樣本引起之像差、和螢光訊號間的串擾等因素。因此，計畫中提出光譜解析適應性光學輔助時域聚焦多光子激發單分子定位顯微術，多種螢光標記之組織樣本的單分子造影可分別利用快速可調波長激發來實現最佳波長激發、適應性像差校正來復原點擴散函數和光譜測量來識別不同種類的螢光分子，進而增強定位解析度、造影深度和螢光成像通道之數量。同時，單分子定位顯微影像之數據也可以定量演算法來提取感興趣生物分子的相關定量資訊。此新式單分子定位顯微術具有光學切片、快速取像速度、最佳的多光子激發、三維奈米尺度定位、優越造影深度、低光漂白和光毒性、單分子偵測和光譜量測的能力，對於闡明深組織中之生物分子的分佈和交互作用機制將具有極大潛力。計畫中將以此新式系統和三維追蹤量測研究神經退化性疾病的兩個重要主題。第一項為探索類澱粉蛋白和tau蛋白毒性的次細胞區室化、類澱粉蛋白和tau蛋白的協同交互作用和疾病特異性蛋白的擴散行為，深組織多色單分子定位顯微影像分析可提供關於腦組織中毒性的寡聚合物和原纖維聚集體前軀物及病理相關蛋白的交互作用機制和潛在作用位置的證據。另一項為神經退化性疾病之腦組織和神經元細胞中具藥物裝載之奈米載體的治療機制。疾病特異性蛋白和治療性奈米載體的深組織多色單分子定位顯微影像也將有助於理解多方面的治療機制，如類澱粉蛋白寡聚化和纖維化之抑制、tau蛋白之增殖和擴散、線粒體及小膠質細胞功能和細胞活性氧和發炎反應等。因此，這些重要的結果將非常有助於啟發研究人員開發新穎精準診斷與治療神經退化性疾病的策略