만성 신경학적 뇌 장애인 조현병은 전 세계 수백만 명의 사람들에게 영향을 미칩니다. 그것은 사람의 생각, 감정 및 행동 사이에 골절을 일으 킵니다. 증상으로는 망상, 환각, 사고 처리 어려움 및 전반적인 동기 부여 부족이 있습니다. 정신분열증 환자는 일반 인구보다 자살률이 높고 건강 문제가 많으며 기대 수명이 낮습니다.
정신 분열증에 대한 치료법은 없지만 보다 효과적으로 치료하는 열쇠는 그것이 어떻게 발생하는지 더 잘 이해하는 것입니다. 그리고 일본 도카이 대학의 응용 생화학 교수인 Ryuta Mizutani에 따르면 그것은 뇌 조직의 구조를 연구하는 것을 의미합니다. 구체적으로 정신분열증 환자의 뇌 조직과 정신 건강이 좋은 사람의 뇌 조직을 비교하여 그 차이를 가능한 한 명확하게 확인하는 것을 의미합니다.
“이러한 연구를 할 수 있는 곳은 전 세계에 몇 군데밖에 없습니다. 뇌 조직의 3D 분석이 없었다면 이 작업은 불가능했을 것입니다.” — Ryuta Mizutani, 도카이 대학 교수
Mizutani는 "정신분열증에 대한 현재 치료법은 우리가 어떻게 확인할 수 없는 많은 가설에 근거하고 있습니다."라고 말했습니다. "첫 번째 단계는 뇌를 분석하고 뇌가 어떻게 다르게 구성되어 있는지 확인하는 것입니다."
이를 위해 여러 국제 기관의 Mizutani와 그의 동료들은 32개의 작은 뇌 조직 샘플(건강한 뇌에서 XNUMX개, 정신분열증 환자에서 XNUMX개, 모두 사후 수집)을 수집하여 Advanced Photon의 빔라인 XNUMX-ID로 가져왔습니다. 출처(APS), 미국 에너지부(DOE) 아르곤 국립 연구소의 과학 사용자 시설 사무실.
APS에서 팀은 강력한 X선과 고해상도 광학 장치를 사용하여 해당 조직의 8차원 이미지를 캡처했습니다. (연구원들은 일본의 Super Photon Ring 8-GeV [SPring-10] 광원 시설에서 유사한 이미지를 수집했습니다.) APS에서 사용되는 X선 광학 장치의 해상도는 700나노미터에 달할 수 있습니다. 그것은 평균 적혈구의 너비보다 약 XNUMX배 작으며 혈액 한 방울에 XNUMX만 개의 적혈구가 있습니다.
Mizutani는 "이러한 연구를 수행할 수 있는 곳은 세계에서 몇 군데뿐입니다."라고 말했습니다. "뇌 조직의 3D 분석이 없었다면 이 작업은 불가능했을 것입니다."
Argonne X-ray Science Division의 물리학자 Vincent De Andrade에 따르면 고해상도로 이미지를 캡처하는 것은 어려운 일입니다. 이미지화되는 뉴런의 길이가 센티미터에 달할 수 있기 때문입니다. 뉴런은 신체 기능을 제어하기 위해 다른 세포에 정보를 전달하는 신경계 내의 세포인 뇌의 기본 작동 단위입니다. 인간의 뇌에는 크기와 모양이 다양한 약 100억 개의 뉴런이 있습니다.
"샘플은 샘플을 통해 뉴런을 추적하기 위해 X선 빔을 통해 이동해야 합니다."라고 De Andrade는 설명했습니다. "X선 현미경의 시야는 약 50미크론으로 사람 머리카락의 너비와 비슷하며 몇 밀리미터에 걸쳐 이러한 뉴런을 따라가야 합니다."
이 이미지가 보여준 것은 이러한 뉴런의 구조가 각 정신분열증 환자마다 독특하게 다르다는 것입니다. Mizutani는 이것이 질병이 이러한 구조와 관련되어 있다는 증거라고 말했습니다. 건강한 뉴런의 이미지는 상대적으로 유사한 반면, 정신분열증 환자의 뉴런은 건강한 뇌와 서로 간에 훨씬 더 많은 편차를 보였습니다.
Mizutani는 뉴런의 구조가 질병의 발병과 어떻게 관련되어 있는지 정확히 파악하고 정신분열증의 영향을 완화할 수 있는 치료법을 고안하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 말했습니다. 예를 들어 APS는 밝기를 최대 500배까지 높일 수 있는 대대적인 업그레이드가 예정되어 있습니다.
"APS 업그레이드는 이미징을 위한 더 나은 감도와 해상도를 허용하여 뇌의 뉴런 매핑 프로세스를 더 빠르고 정확하게 만듭니다."라고 De Andrade는 말했습니다. "뉴런의 포괄적인 매핑을 위한 성배인 시냅스 연결을 캡처하려면 10나노미터 이상의 해상도가 필요하며 업그레이드를 통해 달성할 수 있어야 합니다."
De Andrade는 또한 전자현미경이 초파리와 같은 작은 동물의 뇌 지도를 그리는 데 사용되어 왔지만, 그 기술은 쥐와 같은 더 큰 동물의 뇌를 이미지화하는 데 오랜 시간이 걸릴 것이라고 언급했습니다. 인간의 뇌. 그는 APS에서와 같은 초고휘도 고에너지 X선이 프로세스 속도를 높일 수 있으며 기술의 발전으로 과학자들이 뇌 조직을 보다 완벽하게 파악할 수 있도록 도울 것이라고 말했다.
Mizutani와 같은 신경 과학자의 최종 목표는 정신 분열증과 같은 뇌 질환으로 고통받는 사람들을 줄이는 것입니다.
"건강한 사람과 조현병 환자 사이의 뇌 구조의 차이는 정신 장애와 관련이 있음에 틀림없다"고 그는 말했다. "우리는 사람들을 건강하게 만드는 방법을 찾아야 합니다."
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Mizutani와 그의 팀은 결과를 다음과 같이 보고했습니다. 번역 정신과.
고급 광자 소스 정보
아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)에있는 미국 과학부 (US Department of Science)의 고급 광자 소스 (APS)는 세계에서 가장 생산적인 X 선 광원 시설 중 하나입니다. APS는 재료 과학, 화학, 응축 물질 물리학, 생명 및 환경 과학, 응용 연구 분야의 다양한 연구원 커뮤니티에 고휘도 X- 선 빔을 제공합니다. 이 X- 레이는 재료 및 생물학적 구조의 탐색에 이상적입니다. 원소 분포; 화학적, 자기 적, 전자적 상태; 배터리에서 연료 인젝터 스프레이에 이르기까지 광범위한 기술적으로 중요한 엔지니어링 시스템은 모두 국가 경제, 기술 및 물리적 웰빙의 기초입니다. 매년 5,000 명 이상의 연구자들이 APS를 사용하여 충격적인 발견을 자세히 설명하는 2,000 개가 넘는 출판물을 제작하고 다른 엑스레이 광원 연구 시설의 사용자보다 더 중요한 생물학적 단백질 구조를 해결합니다. APS 과학자와 엔지니어는 가속기 및 광원 운영의 핵심 요소 인 기술을 혁신합니다. 여기에는 연구원이 소중히 여기는 X-ray를 생성하는 삽입 장치, X-ray를 몇 나노 미터까지 초점을 맞추는 렌즈, X-ray가 연구중인 샘플과 상호 작용하는 방식을 최대화하는 계측기 및 수집 및 수집 소프트웨어가 포함됩니다. APS의 발견 연구로 인한 대량의 데이터를 관리합니다.
이 연구는 계약 번호 DE-AC02-06CH11357에 따라 Argonne National Laboratory에서 DOE Science of Office를 위해 운영하는 미국 DOE Science Office 사용자 시설 인 Advanced Photon Source의 리소스를 사용했습니다.
아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory) 과학 기술의 국가 문제를 해결하기위한 해결책을 모색합니다 국내 최초의 국립 연구소 인 Argonne은 거의 모든 과학 분야에서 최첨단 기본 및 응용 과학 연구를 수행합니다. 아르곤 연구자들은 수백 개의 회사, 대학, 연방, 주 및 시립 기관의 연구자들과 긴밀히 협력하여 특정 문제를 해결하고 미국의 과학적 리더십을 발전 시키며 더 나은 미래를 위해 국가를 준비하도록 돕습니다. Argonne은 60 개국 이상의 직원을 보유하고 있으며 UChicago Argonne, LLC가 미국 에너지 국 과학부에서 관리합니다.
미국 에너지 부 과학실 는 미국 물리 과학의 기초 연구를 지원하는 단일 최대 지원자이며 우리 시대의 가장 시급한 과제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 자세한 내용은 https : /를 방문하십시오.
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