應用雷射鑷夾於腸壁細胞之活體奈米三維影像掃描及皮牛頓黏附力之量測(II)

Abstract

病原體感染致病是對於人類健康的一大威脅，其中黏附於寄主細胞是許多微生物病 原體感染寄主細胞的第一個步驟。除了單純的附著之外，微生物也可能造成寄主細胞的 形態改變，甚至損害。目前生物學家並不清楚微生物附著於寄主細胞力量的強度，也無 法在活體系統中觀察寄主細胞接觸微生物後在不同時間的形態變化。因此，在2003 年 國科會計劃中，我們提出」應用雷射鑷夾於腸壁細胞之活體奈米三維影像掃瞄及皮牛頓 黏附力之量測」的三年計畫目標，其目的即在結合我們純熟的光電技術與奈米尺度之下 的分子生物問題，希望能研發新的研究工具以開拓奈米生物科技中新的研究領域。具體 而言，本計畫主要的工作包括：(1)利用自製的雷射鑷夾，量測各種經過基因工程修改過 的腸內菌對培養的腸壁細胞黏附力大小，及其受溫度、營養等環境變數的影響；(2)尤其 特別的是，我們計劃觀察單一腸壁細胞受腸內菌黏附後，其立體形態隨時間變化的情形。 在2003 年，即上述三年計畫中的第一年，我們已完成具100nm 解析度的三維影像 掃瞄功能的捕捉探針光學顯微鏡(Scanning Trapped-probe Optical Reflective Microscope， STORM)之基本架設，並得到初步的奈米三維掃瞄影像。此外，我們也利用雷射鑷夾測 得強度在皮牛頓(pN)數量級的克雷白氏肺炎桿菌(病原體)與膠原蛋白(寄主)之間的黏附 力。我們可以說已達到本計劃第一年的預定目標。 我們期望本三年期計畫的後兩年計畫(2004 年~2005 年)能繼續得到支持。在第二年 (2004 年)，我們將接續建構目前半完成之光子力顯微鏡(Photonic Force Microscope， PFM)，用以發展一種快速又簡便測量低於皮牛頓數量級的微生物力的技術。此外，我 們也將提昇目前已建構之掃瞄式捕捉探針光學顯微鏡(STORM)的解析度由100nm 至 1nm，以用於活體微生物的三維形態顯微影像掃瞄。 最後在第三年(2005 年)，我們計劃應用前兩年所研發出來的雙功能顯微鏡，來研究 腸內菌對培養腸壁細胞黏附的力量大小以及形態的影響。我們預期本三年期計畫的成 果，將可建立一套具有1nm 解析度與0.1pN 精確度的即時三維影像掃瞄及微生物力量測 的工作平台，用以操控、觀察、與量測微生物黏附於寄主細胞的過程。我們相信本計畫 的研究成果，對於瞭解病原體感染致病的機制，會有很大的助益。