3月26日，美國哥倫比亞大學研究團隊，開發一種物理體素化(physical voxelization)方法，將大腦冷凍切片、逐片分析各個腦片的粒線體密度，進而建構首個「大腦粒線體地圖」(MitoBrainMap)，有望用於預測與粒線體數量變化相關的老化疾病或精神疾病。研究結果發表在《Nature》期刊。
 
大腦是一個極度活躍的器官，每一個思考、記憶、活動，乃至於神經元接發訊號都需要消耗能量，約占了人體20%的能量消耗。為了滿足這些大量的能量需求，大腦遍佈了數量龐大的粒線體，然而，這些粒線體在腦內的分布情況卻仍不清楚。
 
哥倫比亞大學研究團隊研究者開發了一種物理體素化方法，將一片冷凍的人類冠狀面半球(coronal hemisphere)切片(來源於54歲、死於心臟病的捐贈者)劃分為703個體素(voxels)，每個體素為3×3×3毫米的立方體，其與標準的大腦3D影像單位大小相當。
 
接著，研究人員分析粒線體的分子表型，包括：OXPHOS酵素活性、粒線體DNA含量與體積密度，以及粒線體特異性的呼吸作用能力(mitochondria-specific respiratory capacity)，並測定每一個樣本中的粒線體密度與產能效率。
 
隨後研究團隊根據大腦影像與立方體塊的數據，建立了一個模型來預測整個大腦中粒線體的數量與類型，並將同一腦片的其他樣本用於驗證，發現此模型能準確預測樣本中的粒線體構成，最終完成了MitoBrainMap的繪製。

粒線體在大腦密度、分子表型具多樣性

 
透過模型研究他們也發現，不同大腦區域的粒線體特徵確實有所差異，如大腦中的由神經元細胞本體構成的灰質(gray matter)，其所含有的粒線體數量多於主要由神經元的軸突構成的白質(white matter)約50%以上，灰質中的粒線體的產能效率也比白質高。
 
英國愛丁堡大學的神經科學家 Nathalie Rochefort表示，在某些精神疾病與和年齡相關的大腦疾病早期，可以觀察到大腦粒線體的變化，這項前瞻性研究的新數據奠定了正常大腦功能的分子能量，使科學家能更詳盡的研究容易受影響的大腦區域中粒線體的變化。
 
研究人員表示，將啟動一項多達500位受試者的研究計畫，繪製受試者大腦中9個區域的粒線體地圖，了解腦部粒線體分布在不同人之間的多樣性，也藉此比較患有神經、精神與神經退化性疾病患者與一般人之間的大腦粒線體差異。
 
資料來源：https://www.nature.com/articles/d41586-025-00848-z
 
(編譯/實習記者 康育華、責任編輯/彭梓涵)