台灣科研團隊開發出全自動軟體助力魚類神經行為學研究
追蹤與分析魚類的三維空間運動軌跡，能夠為複雜的魚類空間運動提供神經行為定量數據。在過去必須仰賴複雜的計算程序來獲得這些參數，由中原大學蕭崇德與義守大學洪志勳教授所帶領的研究團隊，開發了一個基於 Python程式語言開發的圖形化操作介面來自動化分析魚類三維空間運動複雜度(稱之為F3LA)。研究團隊利用特殊設計的水族箱和單一個攝像頭，來擷取魚類的三維空間運動視頻，之後利用F3LA軟體可以在全自動操作條件下，有效提高資料處理效率並降低人為操作誤失。利用F3LA軟體可以由魚類的三維空間運動視頻中萃取出多達十九種行為學重要參數，其中包含計算集群面積或集群體積，可以有效反映出社會凝聚力、群體動態或壓力反應的敏感指標。最後，研究團隊利用F3LA軟體來評價十四種稀土元素 (REE) 對成年斑馬魚行為的毒性。研究結果表明，每種測試的稀土元素都會以不同的方式和大小改變魚的行為。然而，在測試的輕稀土元素中，釹比其他輕稀土元素表現出更嚴重的行為改變。就重稀土元素而言，鈥似乎比其他重稀土元素導致更明顯的行為毒性。總之，F3LA軟體的開發替斑馬魚在毒理和藥理學評估方面提供了一個免費且嶄新的高通量自動化分析工具，為神經行為研究領域的研究做出了重要的貢獻。本研究已於近日發表於經典魚類生物學期刊 Journal of Fish Biology。
開發基於ImageJ軟體用以進行鳥類計數的新方法
臺南七股地區是臺灣重要的水鳥(包含黑面琵鷺)過境及棲息地。鳥類計數在生態學、環境保護和生物多樣性研究至關重要。通過定期的鳥類計數，可以監測這些物種族群的消長狀態，及時採取相應的保護措施，以維護鳥類族群穩定與生物多樣性。然而不同鳥類具有不同形態，如何進行精確且快速的鳥類計數是必須克服的難題。由臺南大學程台生與中原大學蕭崇德教授領導的研究團隊，運用影像辨識與深度學習物件追蹤技術，仔細比較了五種在ImageJ平臺上運行的方法，用以評價鳥類計數的準確性。這五種測試方法分別是Trackmate、Particle Analyzer、Watershed、Find Maxima和Trainable WEKA segmentation。實際操作時，研究人員或者一般使用者可以直接將鳥類影像匯入ImageJ軟體中，進行快速的計數工作。同時研究團隊檢視了敏感度、精確度和F1分數來進行方法適用性的整體評價。研究結果顯示，在多數情況下，Trackmate是最適合進行鳥類計數和標定其位置的方法，具有較高的敏感度、精度和F1分數。另外，針對超過1000隻以上鳥群的高通量計數，研究結果顯示Watershed法表現較好。這項研究為ImageJ平臺上的鳥類計數方法，提供了客觀的比較和定量的評估，同時替研究鳥類生態的科學家或是公民提供了一個可靠的鳥類數量定量方法。本研究已於近期發表在Inventions期刊，可以有效助力研究人員在野外快速計算鳥類族群數量，替鳥類生態保育工作提供更多的貢獻。
台灣研究人員利用蚯蚓開發出評價類尼古丁藥物神經毒性的新方法
農藥是用於農業中控制、防止和驅趕害蟲的物質。其中，類尼古丁 (Neonicotinoid)因其對害蟲的有效性而成為了迅速增長最快的一類。它們通過強烈地結合到昆蟲中央神經系統中的菸鹼型乙醯膽鹼受體（nAChRs），導致受體阻塞、麻痹和死亡。然而，這些物質也可能對非目標生物，如蚯蚓，造成危害。由中原大學蕭崇德教授與農業部農業藥物試驗所謝玉貞博士所領導的研究團隊，致力於開發一種新型蚯蚓行為檢測平台，用以評估類尼古丁藥物的毒性。研究使用歐洲紅蚯蚓 (Eisenia fetida)為標準實驗材料，利用濾紙接觸法將8 種類尼古丁藥物（包括 acetamiprid、clothianidin、dinotefuran、imidacloprid、nitenpyram、thiacloprid、thiametoxam 和 sulfoxaflor）施加給受試蚯蚓，觀察它們的行為毒性。結果表明，所有類尼古丁藥物都降低了蚯蚓的活動，表現為平均速度降低和增加的僵硬時間比率。一些類尼古丁藥物還會改變蚯蚓的運動方向和複雜性，表現出較低的碎形維度。此外，包括 acetamiprid、dinotefuran、imidacloprid、nitenpyram 和 sulfoxaflor等藥物，甚至會改變蚯蚓的探索行為，表現為低水準的趨觸性（thigmotaxis）。研究團隊也利用分子模擬檢視類尼古丁藥物與受體的結合機制，結果發現，類尼古丁藥物可與 AChBP 具有相對較高的結合能量。總之，類尼古丁藥物對非目標生物的蚯蚓的確具有較強的神經行為毒性，這可能是因為它們能夠結合特定的神經傳遞物質。本項研究已於近日發表於環境領域重點期刊Environmental Pollution。
最新研究顯示三聚氰胺在實驗動物中存在著潛在神經行為負面影響
三聚氰胺曾經被不肖商人添加到食品中，以增加蛋白質 (總氮) 含量。在齧齒動物與人體研究表明三聚氰胺的長期暴露會引發包括嘔吐、腹瀉、疲勞、脫水與腎臟損傷和膀胱結石形成。然而，較少有研究評估其對實驗動物在神經行為上的毒性。由義守大學洪志勳與中原大學蕭崇德教授領導的研究團隊，在博士班學生陳秀昭醫師的努力下，利用斑馬魚作為實驗動物，確認口服或系統性亞慢性接觸三聚氰胺，的確會導致斑馬魚產生神經行為異常現象。斑馬魚在口服或系統性暴露於低劑量 (0.1 ppm) 和高劑量 (10 ppm) 三聚氰胺 14 天后，接受了多種神經行為測試。兩種暴露途徑的結果都表明，三聚氰胺確實會增加魚的運動，並改變它們在新穎環境測試中的探索行為。此外，系統性暴露組的受試魚還表現出更緊密的集群行為。此外，與先前發表的有機溶劑汙染數據相比，研究團隊發現通過全身系統性暴露或口服給藥途徑，三聚氰胺對斑馬魚的亞慢性行為毒性相對較低。未來研究團隊將持續研究追蹤慢性低劑量三聚氰胺暴露的潛在的神經行為毒性。本研究已於近日發表於NeuroToxicology期刊。
最新研究顯示環境低濃度的新興材料奈米碳管會對水生魚類產生心血管與行為毒性
奈米碳管（CNTs）具有良好導電性、化學安定與多孔特性，成為科技行業最具前景的新興材料之一。然而，由於這些材料的廣泛使用，它們在環境中經由分解，最後可能被釋放到環境中被生物體吸收，因此對生物體可能產生的毒性需要仔細評估。由屏東大學應用物理系李建興教授與中原大學生物科技系蕭崇德教授帶領的研究團隊，利用斑馬魚胚胎作為實驗動物，對具有功能化羥基和羧基的多壁奈米碳管進行多生理參數的毒性評估。結果顯示，在奈米碳管處理組中可以觀察到斑馬魚胚胎發生行為異常，表現出自主性擺尾頻率以及對光和振動刺激的反應變化降低，這可能是由於奈米碳管對神經調節系統的干擾和活性氧（ROS）的形成所致。接下來，根據呼吸代謝率測定，奈米碳管處理組的斑馬魚胚胎具有較高的耗氧量。雖然奈米碳管處理組的心率沒有觀察到異常，但許多心臟生理重要參數與血流顯示出異常，多個與心臟發育相關的基因表達顯著下調。總而言之，當前研究證明了奈米碳管在相對低濃度和短期暴露下，的確對水生生物可以產生心血管與行為毒性。本研究已於近日發表於化學領域Q1的Chemico-Biological Interactions期刊。
​台灣科學家成功開發以斑馬魚為實驗動物的皮膚傷口癒合AI量測平台
皮膚在生物體中扮演著防禦環境病原體的重要角色。一旦皮膚完整性被傷口破壞，病原體便能輕易地滲入體內較深的部位引發疾病。因此，對皮膚在受傷後迅速再生以恢復其保護性屏障功能至關重要。傳統上，科學家們使用齧齒類動物作為實驗動物研究皮膚傷口癒合。然而，由於對動物福利的擔憂以及實驗動物成本的增加，科學家們開始考慮在實驗中實施替代、減少和改進（3R）的魚類替代方法。關於魚類皮膚傷口癒合的研究使用了相對昂貴的醫用級鐳射，其傷口面積的計算效率較低，而且容易發生人為判斷誤差。為了克服上述難題，由中原大學蕭崇德教授、屏東大學林義凱副教授、義大醫院皮膚科劉懿珊主任、義守大學洪志勳教授與義大癌治療醫院林鴻裕醫師領導的研究團隊，利用斑馬魚結合高效的AI量測方法，建立了研究皮膚傷口癒合的新方法。首先，為了實現3R概念，研究團隊通過使用三維運動分析評估了被測試斑馬魚的疼痛程度。找尋到最優化的鐳射功率，可以高重複性地創建尺寸和深度一致的皮膚傷口，並將斑馬魚的疼痛感最小化。研究團隊收集了大量的斑馬魚皮膚傷口圖像，並通過Mask RCNN或U-Net等卷積神經網路進行深度學習訓練，使電腦能夠自動計算皮膚傷口的面積。經過訓練與最佳化的深度學習模型，可以研究不同溫度和抗氧化劑處理對皮膚傷口癒合的動力學影響。結果顯示，傷口閉合速度與不同溫度的暴露和抗氧化劑添加間存在顯著正相關。義大癌治療醫院林鴻裕醫師表示，本研究最重要的貢獻在於提供了一種基於鐳射的皮膚傷口製造和基於深度學習的傷口大小測量方法，為斑馬魚進行皮膚傷口癒合提供了更快、更可靠、更少痛苦的新方法。本研究已於近日發表於Inventions期刊。
最新研究顯示抗免疫排斥藥物他克莫司在實驗動物中存在著潛在不良影響
他克莫司（Tacrolimus, FK506）是一種常用的免疫抑制劑，常用於器官移植時的抗免疫排斥作用。然而，儘管在醫學應用中的重要性，他克莫司容易產生不良副作用。儘管一些研究已證實其對人類和各種動物模型的毒性，但很少有研究涉及神經行為方面的副作用，甚至有論文指出此藥物可以降低退智症的發生。由義守大學洪志勳與中原大學蕭崇德教授領導的研究團隊，帶領論文第一作者馮文瑋醫師評估了相對低劑量的他克莫司對斑馬魚急性和慢性暴露下的不良影響。結果顯示，儘管他克莫司對斑馬魚幼魚沒有引起心臟和代謝毒性，但在光暗運動測試中影響了它們的運動活動表現。與此同時，他克莫司也被發現在成魚斑馬魚的行為表現、群游形成、生物鐘運動活動和顏色偏好上呈現輕微的劑量依賴性。此外，值得注意的是受相對低劑量他克莫司處理的斑馬魚，出現了短期記憶力下降的現象。總結，本研究有助於臨床醫生和研究人員進一步瞭解他克莫司的潛在毒理學，突顯在使用他克莫司之前考慮其毒性的重要性。鑒於他克莫司在實驗動物上的潛在毒性，在臨床應用中，應謹慎使用和監控。本研究已於近日發表於生物學領域Q1的Biology期刊。
台灣科研人員開發出AI辨識軟體, 助力蜘蛛的生態研究與種類鑑定
台灣蜘蛛的種類相當多, 據估計至少有500種以上，但由於它們外觀結構相似，有些種類又具有顯著的雌雄二型性，對於生物學家或一般民眾，在野外進行物種辨識具有相當的挑戰。中原大學蕭崇德教授與義守大學洪志勳教授研究團隊，發展出一個利用照片影像來進行台灣蜘蛛辨識的新方法。研究團隊使用了基於YOLOv7框架的深度學習方法，創建了一個名為蜘蛛識別應用程序（SpiderID_APP），可用於初步辨識台灣120個屬級別蜘蛛種類。研究團隊首先透過自行編寫的程序由iNaturalist公共資料庫中下載多達24,000張蜘蛛原始圖片進行大數據訓練，經由多種深度學習框架調適，最後發現基於YOLOv7的深度學習框架可以得到最佳辨識效果，達到與iNaturalist公共資料庫相似的辨識水準。有趣的是，有些在iNaturalist公共資料庫無法辨識成功的種類，可以利用SpiderID_APP獲得正確的鑑定。總結，本研究團隊開發的SpiderID_APP具有良好的時間和成本效益，可協助研究人員和公民科學家，在台灣進行蜘蛛識別時，提供一個方便的檢索工具。然而，值得注意的是如果需要進行更詳細例如到達種級別的識別，仍然需要額外如內部組織解剖或DNA條碼測序。本研究已於近日發表於Inventions期刊。
評估斑馬魚在尾鰭截斷後的行為來進行止痛劑篩選
近幾年，科學界對於實驗動物福祉日漸重視，如何有效減低實驗動物的疼痛，是一個重要的研究議題。斑馬魚是一種新興的低等脊椎動物實驗模式動物，研究表明斑馬魚也是具有明顯的疼痛刺激行為，例如尾鰭的切斷會引起斑馬魚立即的疼痛反應，並造成游泳行為的改變。根據先前的研究，利多卡因(Lidocaine)是斑馬魚最常用的止痛劑，已被證明能改善魚鰭切斷的疼痛行為，但仍然會造成一些長期副作用效應。因此，尋找止痛效果佳且安全性高的替代性止痛劑，以增進斑馬魚實驗動物福祉，是本研究的重點。由屏東大學黃鐘慶副教授、中原大學蕭崇德教授與義大醫院顏政佑副院長領導的研究團隊，利用斑馬魚魚鰭切斷後游泳行為的變化，來評估多種止痛劑的疼痛緩解效果。實驗發現數種止痛劑對斑馬魚有著比利多卡因更佳的疼痛緩解效果。利用分子模擬分析發現這些止痛效果較佳的藥物與COX-1和COX-2目標蛋白的結合也具有較高的親和力。基於它們對斑馬魚存活能力的亞慢性影響，進一步研究了消炎痛(indomethacin)和双氯芬酸(diclofenac)的雙重組合，無論是經由口服或水體暴露的施藥途徑，都可以在較低濃度下有效地的緩解斑馬魚的疼痛表現。基於斑馬魚腦組織的ELISA結果，雖然在處理組中發現了一些變化，但在大多數測試的生物標記中並未觀察到統計學上顯著的差異。有趣的是利用聚類分析顯示生化和行為終點之間存在類似的表現模式，顯示生物標記的微小變化的總和可能足以改變魚的疼痛行為反應。總結本研究的重要貢獻是篩選出多種安全性與藥效高的止痛藥物，能有效增進斑馬魚實驗動物的福祉。本研究已於近日發表於藥理學領域Q1的Biomedicine & Pharmacotherapy期刊。
以克氏原螯蝦行為試驗作為評估水污染的一種簡單而敏感的模型
克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）具有複雜的行為特徵，對環境變化敏感，是一種極具環境適應性和耐受性的水生無脊椎動物模型，常被用來研究藥物與行為的互動與機裡。然而，迄今為止，大多數有關克氏原螯蝦的行為研究都需要專家以手動觀察方式對行為進行評分。在本研究中，我們開發出一個自動化流程，可以定量分析克氏原螯蝦的打鬥與追逐行為。我們使用深度學習法來標記克氏原螯蝦的身體的多個部位，並根據相對的軌跡追蹤結果計算出個體間的打鬥與追逐行為。結果顯示雄性螯蝦間顯示出比雌性螯蝦更明顯的打鬥行為。我們利用抗抑鬱藥物sertraline的暴露，來評估這種精神藥物對螯蝦在神經行為上的作用。對雄性螯蝦連續暴露sertraline7天和14天候，發現到sertraline能夠增加大螯張開的比例、總運動距離、平均速度和快速運動等行為，但減少互動時間和最長互動時間。基於這些結果，評估不同劑量範圍、混合性質和更長暴露時間的抗抑鬱藥物的行為毒性變得非常引人關注。這項綜合性研究的未來成果可能提供有關抗抑鬱藥物對水生環境的毒性的洞察，特別是對克氏原螯蝦等水生動物的影響。​本項研究工作已於近期發表在水生生物毒理重要期刊Ecotoxicology and Environmental Safety。​
擬除蟲菊酯類農藥氟氯氰菊酯對斑馬魚心臟性能的影響及其潛在毒性機制
擬除蟲菊酯類農藥氟氯氰菊酯 (Fenpropathrin)已經在農田廣泛使用多年。它的作用機制是擾亂電壓門控鈉通道，導致目標動物癱瘓和死亡。雖然以往的研究側重於氟氯氰菊酯中毒對人體神經退化的影響，但相對較少的研究關注它對其他周邊器官的影響。本研究成功地使用斑馬魚作為動物模型，調查了氟氯氰菊酯對心血管系統的潛在毒性。斑馬魚幼魚接受了不同劑量的氟氯氰菊酯暴露後，通過測量心率、射血量、心輸出量和縮短率來評估心臟生理。還測量了血流速度和動脈直徑，以評估氟氯氰菊酯暴露對血管系統的影響。此外，也進行了分子對接研究，以評估農藥與與心血管系統相關的各種蛋白質的結合親和力，用以揭示氟氯氰菊酯心臟毒性作用的潛在機制。研究結果顯示，在氟氯氰菊酯急性處理後的24小時內，斑馬魚幼魚的心率、射血量、心輸出量、縮短率和射血分數均呈明顯劑量依賴性增加。此外，藥物處理後的斑馬魚胚胎顯示出明顯較大的血管直徑和增加的血流速度。根據分子對接結果，氟氯氰菊酯對多種電壓門控鈉通道如scn1lab、cacna1sb和clcn3表現出高親和力。綜合研究，我們推論氟氯氰菊酯導致了斑馬魚心臟肥大，可能是經由電壓門控鈉通道紊亂引起的。本研究首次發現氟氯氰菊酯對斑馬魚心血管系統的確會產生顯著影響，有必要進一步研究該農藥對健康的潛在影響。​本項研究工作已於近期發表在Biology期刊。
開發基於深度學習量測大型溞心臟生理的新工具
大型溞（Daphnia magna）是長期以來用於生態毒性研究的其中一種無脊椎動物模型。此外，大型溞具有自我肌肉收縮的心臟，對於心臟毒性研究非常有用。先前的嘗試中，計算大型溞心臟參數的方法，存在著操作繁瑣和由手動計數引起的高變異等缺點。即使先前利用卷積神經網絡的方法，也存在參數估計過高或需要專門設備進行分析的情況。在這項研究中，由中原大學蕭崇德教授領導的研究團隊，運用了動物姿勢追蹤的DeepLabCut軟體，發現ResNet_152是訓練該網絡的最佳選擇。將訓練後的神經網絡與其他基於ImageJ法比較之下，具有更高的實驗準確度。除此之外，我們還開發了一些基於Excel VBA或Python格式撰寫的巨集指令，可以幫助自動化分析大量數據。我們利用訓練好的神經網絡分析農藥對大型溞的潛在心臟毒性，的確能有效報導出農藥對心臟性能的負面影響。總體來說，這種基於DeepLabCut的深度學習法與相關開發的軟體，可以方便科學家進行快速且準確的心臟毒性測量。​本項研究工作已於近期發表在水生生物毒理重要期刊Aquatic Toxicology。
開發基於新一代全自動計數法並用於評價新興污染物對浮萍的生長抑制潛力
近年來，大量人為活動引入的新興污染物，如：稀土元素、持久性有機汙染物，最終會從電子產品的生產和廢棄物，進入地表水影響人類的生活與健康。浮萍由於具有容易培養與生長快速等優點，目前已經被廣泛應用在水生環境毒性測試。中原大學蕭崇德教授、高醫大林盈廷教授與臺南大學程台生與曹哲嘉教授合作，選用體積小、容易培養又具有生長快速等特性的卵萍作為模式生物，採用StarDist工具對卵萍進行機器學習與訓練。訓練完成後的StarDist工具還可以外掛到ImageJ主程式中運行，從而簡化和實現了卵萍的生長抑制自動化定量與大數據計算。利用此工具對一系列的稀土元素進行毒性評價測試，結果顯示鏑具有最高的毒性，其IC50值為14.6 ppm，而釤則具有最低的毒性，其IC50值為279.4 ppm。這個工具的成功研發，提供了一個嶄新且自動化的工作流程，可以將StarDist與ImageJ和Python集成，實現了對卵萍葉原體的自動計數，輔助大數據運算與半致死濃度IC50的計算工作，大幅減輕傳統生理學實驗的時間成本與花費，更有效提升實驗的精準度。本研究成果，近日已於毒理學領域Q1的Toxics期刊正式發表。
開發快速且具有成本效益的全新景深合成儀器設置與方法
影像疊加是微距攝影中一種擴展景深的重要方法，它在不同的焦平面上捕捉圖像，然後將它們合併成單一具有擴展焦點的全焦點圖像。這種方法已被廣泛地應用於博物館或研究機構建立數位檔案。然而，傳統的景深合成方法往往依賴於相對昂貴的步進電機控制器來進行精確的圖像疊加。慈濟大學林明德教授與中原大學蕭崇德教授領導的跨校研究團隊，成功建立出一套稱為FACE的高效景深堆疊裝置與方法，可以在較短操作時間內完成生物圖像的景深合成圖像，與電動步進器所完成的圖像品質相當。林明德教授表示FACE的開發為科學家在進行微距攝影時，能有更大的靈活性和更快的速度完成高質量圖像堆疊。蕭崇德教授表示FACE的開發可以提供博物館工作人員以更高效率完成昆蟲標本的數位典藏工作，目前正與多所國內外科研機構洽談產學合作。本研究已於近日發表於Inventions​期刊。​
利用行為學與分子對接比較四種主要檳榔生物鹼對斑馬魚的神經活性
檳榔、煙草、酒精與咖啡因一起被列為最容易上癮的物質之一。檳榔中含有多種的神經活性生物鹼；然而，這些生物鹼對神經行為的影響很少在實驗動物中被仔細研究。由中原大學生科系蕭崇德教授、高醫大生科系林盈廷教授與文化大學化學系賴昱衡教授所領導的團隊，比較從檳榔中分離的四種主要生物鹼（檳榔鹼、檳榔次鹼、四氫菸鹼酸和四氫菸鹼酸甲酯）對斑馬魚的神經生理活性。研究發現檳榔中四種主要生物鹼均可誘導斑馬魚胚胎過度活動。將結果與之前的研究相結合，利用電腦運算受體與受質間的分子對接，結果顯示這些檳榔生物鹼可與斑馬魚內生性多種蕈毒鹼型乙醯膽鹼受體(mAChRs) 結合。根據成年斑馬魚的行為測試，發現檳榔鹼會略微增加運動活動並導致成年斑馬魚的群游結構收緊。同時，暴露於檳榔次鹼的斑馬魚具有降低的積極性和同類社會互動。與檳榔鹼類似，四氫菸鹼酸甲酯可導致斑馬魚社會行為異常。有趣的是，除了運動活動較低之外，只有經過四氫菸鹼酸處理的魚才會表現恐懼反應改變。總之，我們的研究提供直接的證據去支持不同檳榔生物鹼對於成年斑馬魚會誘發不同的神經行為反應。透過分子對接顯示這些生理活性上的差異表現，可能是不同檳榔生物鹼與神經系統中多種蕈毒鹼型乙醯膽鹼受體相互作用的結果。本研究已於近日發表於藥理學領域Q1的Biomedicine & Pharmacotherapy期刊。
OpenBloodFlow：一個基於 OpenCV可用於魚類胚胎血流速度和
血細胞計數測量的開源軟體
人工智能 (AI) 的建立有助於在醫學成像、診斷工具、超聲波、心臟掃描、X 射線和血流分析等多個研究領域做出貢獻。OpenCV 是一個具有編程功能的工具，可為數碼圖像處理和人工智能提供大量的運算模塊。由中原大學生科系蕭崇德教授與文化大學化學系賴昱衡教授領導的研究團隊，開發出一個基於OpenCV平台，名為 OpenBloodFlow 的免費開源軟體，它可以通過選擇斑馬魚的背主動脈來精確測量血流速度和血細胞計數。該程序基於python編程語言，這是一種用於解決生物學問題的高級通用語言。與商用軟體相比之下，我們提供了一種具有成本效益且全自動的工具來執行分析。OpenBloodFlow主要功能包括用戶友好的圖形用戶界面 (GUI)以及自動計算視頻中的血流速度和血細胞計數。結果自動保存在 CSV 文件中，無需使用任何外部插件或第三方軟件，程序不需要 GPU、可以直接利用CPU執行運算。在實驗執行操作上，先利用高速CCD 拍攝血流視頻，之後對視頻進行圖像穩定性和增加對比度。接下來，以逐幀的方式從非運動背景中提取運動物體的光流。最後，通過 Python 中的 Gunner Farneback 演算法計算血流速度。通過幾項藥物暴露實驗驗證，可以發現OpenBloodFlow與我們之前發布的ImageJ 法結果有高度一致性。此外，我們驗證了 OpenBloodFlow 也能夠進行血細胞精確計數。總結，本研究替魚類胚胎的血流速度計算和血細胞計數提供了一種簡單且全自動的開源軟體，對於魚類的毒理學和藥理學研究有著非常大的助益。本研究已於近日發表於生物領域Q1的Biology期刊。
使用 DeepLabCut 作為斑馬魚心臟生理評估的實時和無標記工具
隨著現有技術的進步，人工智能已廣泛應用於包括心血管研究在內的各個研究領域。DeepLabCut (DLC) 是一種基於深度學習的工具，最初是為哺乳動物的無標記姿態估計而發明的。由中原大學生科系與奈米中心蕭崇德教授與屏東大學陳皇州與黃鐘慶教授領導的研究團隊，探討了採用DLC工具在斑馬魚 (一種重要水生毒理學模型)中進行無標記心臟生理學評估的可能性。通過 DLC工具訓練模型可以追蹤心臟輪廓並獲得幾個心臟生理重要參數，例如心率、舒張收縮容積 (EDV/ESV)、每搏輸出量、心輸出量、縮短分數和射血分數。我們同時使用先前發表的 ImageJ 時間序列分析 (TSA) 和 Kymograph (KYM) 方法驗證了 DLC的可靠性。利用訓練完成的卷積神經網絡可以驗證經由乙醇或普納替尼所誘導心臟異常和心跳不規則來評估 DLC 性能。與對照組相比，乙醇和普納替尼處理組的心率、EDV/ESV、每搏輸出量和心輸出量均顯著降低。經 DLC 訓練的模型即使在發生心臟異常（如心包水腫）時，也能檢測到斑馬魚胚胎的心臟輪廓。​這些結果表明，DLC分析法在測試的幾個心臟生理參數上比TSA方法更準確，具有全自動、精確檢測和實時標記等諸多優點。我們相信這個創新研發的工具有利於使用斑馬魚的心臟生理來進行毒理與藥理評價。本研究已於近日發表於生物領域Q1的Biology期刊。 
對甲苯酰胺抗癌藥的心血管與運動活力之潛在毒性評價
對甲苯磺酰胺（p-TSA）是一種具有抗腫瘤活性的小分子藥物，因其抗癌藥理活性而受到研究人員的廣泛關注。由中原大學生科系蕭崇德教授領導的研究團隊與義守大學化學工程學系洪志勳教授及博士生楊友華醫師，通過使用斑馬魚作為活體動物模型，探索了亞致死濃度下 p-TSA 的潛在心血管和神經毒性。與結構本體甲苯(Toluene)相比之下，急性毒性試驗發現p-TSA 對斑馬魚幼魚的總體毒性相對較低 (96小時LC50大於200 ppm)。在心臟毒性試驗方面，研究發現p-TSA對斑馬魚心臟毒性較小，因為p-TSA的暴露並不會誘發心臟生理與分子標誌表現參數的顯著變化。急性 p-TSA 暴露可以顯著增加光運動測試期間的幼魚運動活動，但長時間暴露會降低斑馬魚胚胎的運動驚嚇反射活動。在急性p-TSA處理組中，也觀察到更高的生物耗氧量和血流速度提升等現象。最後，通過分子對接，研究團隊發現 p-TSA 對骨骼肌肌球蛋白 II 亞片段 1 (S1)、ATP 酶活性、肌動蛋白和 Ca2+ 刺激的肌球蛋白 S1 ATP 酶和V型質子ATP酶等可能的靶向蛋白具有較高的親和力，推論p-TSA可能透過干擾肌肉中的標的蛋白進而造成運動活性的改變。p-TSA和這些靶向蛋白質間的相互作用，可以替p-TSA對斑馬魚相對生理上的變化，提供可能作用機轉的創新見解。本研究已於近日發表於生物化學領域的Biomolecules期刊。
以碎形維數和熵評估斑馬魚暴露於抗生素後的運動複雜性
抗生素廣泛用於水產養殖，以防止細菌感染和疾病傳播。一些抗生素在水中的半衰期相對較長，可能會對標的魚類產生一些不利影響。中原大學醫學工程系葛宗融教授與生物科技系蕭崇德教授合作，透過行為表型分析了20種常見的抗生素對斑馬魚的潛在影響。在急性暴露於低濃度（100 ppb）的抗生素約10天后，研究團隊對成年斑馬魚進行了三維運動追蹤，並利用碎形維數和熵分析魚類的運動複雜性。結合行為學參數與數學降維分析，研究團隊發現阿莫西林(amoxicillin)、三甲氧芐啶 (trimethoprim) 和泰樂菌素 (tylosin) 對斑馬魚空間運動具有較顯著的影響。在後續研究中，以更低劑量（1 和 10 ppb）進行暴露，還是能觀察到對空間運動造成的顯著變化，如總距離活動、平均速度、快速運動時間、角速度、頂部/底部持續時間和蜿蜒運動等，而這些行為與神經運動、焦慮水平和壓力反應有著高度相關性。本研究提供了活體動物的實驗證據，支持應謹慎處理抗生素在水生生物上的使用，因為它們會引起魚類行為改變的顯著影響。本研究已於近日發表於生物學領域Q1排名的Antibiotics期刊。
建立四膜蟲之高通量且可多參數評估的運動追踪分析法
包含纖毛蟲等在內的異營性原生生物，是真核單細胞微生物，具有體積小、生長迅速、易於實驗室內高密度培養等特性，適用於生態毒性評估與細胞生理相關的研究。過去在原生生物中進行毒理評估主要借助量測細胞生長的抑制狀況，但實驗時間較長且可供觀測的參數有限；若進行運動追踪，則主要採用特殊商業軟體或ImageJ公用軟體，卻具有成本高或操作通量低的缺點，所測量的運動參數也受限於軟體提供的設定。臺南大學曹哲嘉助理教授與中原大學蕭崇德教授合作，使用基於人工智慧機器學習的TRex公用軟體，結合VBA巨集指令，建立了可供高通量測量纖毛蟲四膜蟲運動的記錄分析與作業流程，可量測包含總距離、速度、爆發運動、角速度、蜿蜒和旋轉運動等多種參數。為了驗證效用，研究團隊量測了纖毛動力蛋白DYH7基因剔除品系，與處於貧養飢餓狀態的四膜蟲運動活性，都可以檢測到運動速度顯著減少和行為改變；進一步檢測暴露於不同濃度銅離子狀態下的細胞運動行為，也成功量測出硫酸銅暴露後造成運動顯著減少的EC50，發現與傳統毒理測試的生長抑制之測定值相比，利用本研究建立的實驗方法，確實可在短暫處理後內即能獲得相似有效的毒性評估結果。最後，針對不同處理下所量測得到的多重運動參數，研究團隊利用數學工具進行降維分析，顯示可有效地對不同的處理下所造成四膜蟲運動改變進行分群，可論證此一多參數評估分析法的有效性。綜合本研究的成果，顯示​​此一創新工具可為四膜蟲的運動追踪，提供了強大的分析方法，日後可用以此進行高通量、快速分析潛在環境毒物對生物的影響，且此方法亦具有擴充潛力，可望應用運動行為分析於其他相關生物學領域上。本研究已於近日發表於細胞生物學領域的Cells期刊。

利用深度學習進行水蚤心臟生理與毒理的自動化量測
水蚤是一種重要的無脊椎動物模型，可以用於生態毒性研究。與哺乳動物相比，水蚤的心臟結構相對簡單 (只有一個腔室)，體積相對較大，並且具有快速跳動的特性，水蚤的心律可以用來有效評價環境化學物質的潛在心臟毒性。過去以前的測量水蚤心腔容積方法主要是基於 ImageJ軟體，在收縮期和舒張期利用手動計數，具有效率低、操作繁瑣等缺點。中原大學生物科技系蕭崇德教授與屏東大學資訊科學系林義凱教授與應用化學系黃鐘慶教授研究團隊透過深度學習法，為水蚤心腔大小估計提供了一個嶄新且自動化的方案。使用U-Net 和Mask RCNN 兩種卷積網絡對三種不同的水蚤進行圖像分割與訓練，結果表明，Mask RCNN 在水蚤心腔分割的表現優於 U-Net。使用 OpenCV 可以分析 Mask RCNN 生成的預測心臟長短軸，進一步可以評價用除草劑對水蚤心臟生理的影響。在除草劑嘉磷塞暴露後觀察到水蚤的每搏輸出量、心輸出量和縮短分率顯著增加。總體而言，本研究團隊建立的預測 Mask RCNN深度學習模型，首次為水蚤的心腔大小和心臟生理測量，提供了一種方便且穩健的方法。這種創新工具可以協助更多科學家，以自動化分析的高效率，利用水蚤進行化合物對心臟生理與毒理相關的研究。本研究已於近日發表於生物學領域Q1排名的Animals期刊。
​以數學模式分析斑馬魚運動行為顯示尾鰭截肢
​影響行為模式的主因為疼痛
鰭在許多成年魚（包括斑馬魚）的游泳中發揮著重要作用。斑馬魚鰭由成對的胸鰭和腹鰭與不成對的背鰭、臀鰭和尾鰭組成，在魚類運動中具有特定的功能。鰭截肢是各種實驗的常見程序，尤其是在斑馬魚中。然而，過去較少研究全面比較每個鰭截除對其行為的急性和慢性影響。由中原大學物理系楊仲準教授、生物科技系蕭崇德教授與屏東大學應用化學系黃鐘慶教授領導的研究團隊，利用碎形維度和熵兩種數學指標分析魚鰭截除後斑馬魚在空間運動的行為變化，結果顯示尾鰭截除將導致明顯的運動複雜性降低。此外，研究團隊還發現運動複雜性降低的主因不是由於尾鰭長度縮短的機械變化，而是來自魚鰭截除後引起的疼痛所造成，因它們的行為在尾鰭完全再生之前已完全恢復。且若在魚鰭截肢同時添加止痛劑利多卡因（lidocaine），可以明顯改善魚鰭截除後的運動複雜性降低。本研究的重要性在於發現斑馬魚鰭截除後的確會誘發疼痛，且疼痛程度足以改變其運動行為模式，以及建議術後鎮痛劑使用對於行為觀察研究的重要性。本研究已於近日發表於生物學領域Q1排名的Biology期刊。
稀土鑭系元素的原子數影響其對斑馬魚胚胎的毒性
隨著稀土元素被廣泛應用在工業領域，不當排放的稀土元素會如何影響生物成為了重要的議題。先前對稀土元素的毒性討論侷限在其中幾種元素，如今需要一個更全面的研究來探討稀土元素的生物毒性以及致毒機轉。由屏東大學應用物理系李建興教授、中原大學生物科技系蕭崇德教授、醫學工程系葛宗融教授與高雄醫學大學生物科技系林盈廷教授領導的研究團隊，從量子化學的角度探討鑭系元素對斑馬魚胚胎毒性的影響。結果顯示鑭系元素的原子數和毒性有顯著關聯，且鑭系元素的電荷 (Milliken charge, aromatic Cavg charge) 也被發現和毒性有關，這暗示著鑭系元素可能是經由和蛋白中的芳香環的氨基酸螯合產生毒性，而增強鑭系元素的離子特性可以降低其生物毒性。​​​本研究的重要發現是首次提出鑭系元素的生物毒性和原子數具有關聯性。本研究已於近日發表於毒理學領域Toxics期刊。
​原生動物數量精準定量方法的建立
四膜蟲屬於纖毛蟲原生生物，體積小且易培養，是適合利用定量細胞的生長作為評估水域環境污染的指標生物。以往測量原生生物數量的方法主要依靠血球計數器手動計數，存在變異大、效率低的問題。儘管可以使用先進的細胞計數設備，但是由於價錢昂貴的緣故無法成為實驗室中常規的定量方法。在這項研究中，台南大學曹哲嘉教授與中原大學蕭崇德教授團隊利用ImageJ免費開源軟體，使用粒子分析法（PAM）、尋找最大值法（FMM）、可訓練的WEKA分割法（TWS）、分水嶺分割法（WSM）和StarDist法（SDM）等五種不同方法進行四膜蟲數量測量，並與手動計數相互比較。在測試的五種方法中，五種方法都可以得到不錯的細胞計數結果，但基於深度學習的 SDM法，在四膜蟲計數精準度表現上最為突出。本研究成果為科學家提供了一種方便的工具，擴充了進行四膜蟲生態毒性評估細胞計數的優化方法。本研究已於近日發表於生物學領域Q1排名的國際分子科學雜誌期刊。
萊克多巴胺對斑馬魚生理調節的新發現
萊克多巴胺是一種 β-腎上腺素受體激動劑，用於促進牲畜的瘦肉和提高食物轉化效率。這種化合物被認為會引起家畜（如豬）的行為和生理改變，但較少有文獻研究萊克多巴胺在水生動物中的非靶向效應。由屏東大學應用化學系陳皇州副教授、高醫大生物科技系林盈廷副教授與中原大學生物科技系蕭崇德教授組織的跨校研究團隊，通過評估斑馬魚運動活力、耗氧量和心血管性能等多項指標來探索急性暴露萊克多巴胺後的生理反應。結果表明，萊克多巴胺可以顯著提高斑馬魚運動活力、心臟生理性能、耗氧量和血流速度，但不會影響斑馬魚胚胎的心跳規律。基於結構的分子對接，萊克多巴胺對內源性多種β-腎上腺素受體都顯示出相似的結合親和力。這一結果表明 萊克多巴胺可作為高效、廣譜的β-腎上腺素受體激動劑，促進斑馬魚的運動活動、心臟功能和耗氧量。為了驗證此結果，研究團隊也利用β-受體阻滯劑與萊克多巴胺共同處理，β-受體阻滯劑暴露可以減少斑馬魚幼魚的運動過度活躍、高耗氧量和心率過快。​​研究團隊主持人屏東大學應用化學系陳皇州副教授表示: 這個研究透過活體動物進行受體分子對接與藥理競爭反應，充分支持萊克多巴胺的確在斑馬魚的心血管、呼吸和運動生理方面發揮關鍵作用的正向調節功能。本研究已於近日發表於細胞生物學Q1指標性期刊“Cells”。

成功開發斑馬魚胚胎擺尾活動的自動測量軟體
尾部擺動是魚類胚胎的一種反射反應，科學界可以利用此一生理反應，作為化學物質是否具由神經毒性的一種簡易評價方法。目前量測魚類胚胎測尾部擺動多半是依靠商業或開源軟體，能夠量測的參數較少且操作上較複雜。為了有效降低軟體操作的複雜性與擴增量測參數，中原大學蕭崇德教授與屏東大學陳皇州副教授共同合作研究，基於 ImageJ 開源軟體開發出具有成本效益、自動化、多參數且直覺的監測方法，稱為 TCMacro。我們將斑馬魚胚胎暴露於具有潛在神經刺激性(咖啡因)或是鎮定性(MS-222)藥物，發現藥物處理的確可以刺激或是減少胚胎的尾部擺動，此外利用多種生物統計驗證，確認了TCMacro軟體的可靠性與再現性。此一研究成果已被生物化學領域指標性期刊“Biomolecules” 接受，並於近日於發表。​跨領域整合性團隊主持人屏東大學應用化學系陳皇州副教授表示，本研究成功開發出測量斑馬魚胚胎尾部擺動活動的一種簡單而可靠的方式，可以協助科學家進行化學物質藥理與毒理的高通量篩選工作。
氧化銅奈米顆粒與農藥加保扶對斑馬魚心臟產生協同毒性
人類使用農藥的目的是為了除去傷害農作物的害蟲，近年來對於農藥的依賴及需求與日俱增。雖然農藥具有預防或驅逐害蟲的重要功能，但是農藥的大量製造與使用所引發的環境毒性污染及食品安全等疑慮，在環保意識高漲的現代社會中，始終是一個嚴肅且日益嚴重的議題。加保扶(又稱為好年冬)屬於氨基甲酸酯類殺蟲劑與殺線蟲藥，是目前市面上毒性最強的農藥之一。此外，氧化銅奈米粒子由於其廣效抗菌活性，因此也常被用以作為殺蟲劑。加保扶及含銅農藥過度使用可能會導致滲入水生環境，並可能對水生動物造成不利影響。本研究是由中原大學蕭崇德教授、屏東大學陳皇州副教授、屏東大學李建興教授、菲律賓聖湯瑪斯大學Allan Patrick G. Macabeo教授與泰國Rajamangala 理工大學 Thanyaburi 分校Boontida Uapipatanakul 助理教授跨國多方共同合作，成功評估加保扶和氧化銅奈米粒子對斑馬魚心血管系統的影響，並揭示其背後的機制。研究團隊發現氧化銅納米顆粒和加保扶的組合使用會誘發斑馬魚心臟水腫並擾亂斑馬魚的心律。由分子結構對接模擬的數據顯示，顯示加保扶可與乙醯膽鹼酯酶結合並抑制其生物活性，從而導致心律受損。此一研究成果已被生物化學領域指標性期刊“International Journal of Molecular Sciences” 接受，並於近日於發表。本研究跨領域整合性團隊主持人屏東大學應用化學系陳皇州副教授表示，此一研究成果證實了氧化銅納米顆粒和加保扶的混合使用的確會發生協同作用。此外由斑馬魚心臟毒性增效作用的生物代謝轉化過程模型，對於未來毒物混參之毒性增效研究建立了重要的評價方法與研究基礎。
成功建立用於評價斑馬魚先天顏色偏好研究的標準化方法
斑馬魚雖然是較為低等的脊椎動物，但是已經具有四色視覺的進化，能夠區分紫外線和可見光波長。鑒於過去文獻報導關於斑馬魚先天顏色偏好的論文結果出現較大歧異，對於光源、顏色強度和其他參數（如年齡、性別和容器大小比例）與不同的實驗室的操作等變因產生了先天顏色偏好的不一致結果。因此發展斑馬魚對於的顏色偏好與行為相關刺激反應的儀器設備及方法標準化，具有相當的發展空間與重要性。屏東大學陳皇州副教授、義守大學陳重仁副教授與中原大學蕭崇德教授三校合作團隊，針對測量光源位置、光強度、性別、年齡、動物大小與空間比來標準化斑馬魚的顏色偏好測試。研究結果顯示在標準化的實驗條件下，斑馬魚的顏色偏好順序(紅>藍>綠>黃)不受光線位置、空間比、性別、品系與年齡的影響。此外，此標準化的方法也可用來測試其他魚種（如四帶無鬚魮和玻璃鯰魚）對於顏色偏好的順序和指數差異，本研究並已於2020年發表於生物醫學領域Q1指標性期刊 “Biomedicines”。​本跨校跨領域整合性團隊主持人陳皇州副教授表示，本研究成功的建立了斑馬魚顏色偏好篩選標準​​化方法，並成為高通量神經毒理與藥理學應用的重要工具。
哪種斑馬魚品系更適合行為學研究？表型方法的綜合比較
近年來，在行為神經科學研究領域以斑馬魚（Danio rerio）為實驗動物的研究發表顯著增加，這次因為斑馬魚具有飼養成本低、易於維護、體積小和胚胎時期具透明性等優點。野生型 （WT） 斑馬魚常被用於行為學相關實驗，然而，例如 AB型、圖賓根長鰭型（Tübingen long fin, TL） 和野生印度核型（Wild Indian Karyotype, WIK）也是歸納在廣義野生型之定義。這些不同斑馬魚品系在幼魚和成魚階段不僅在形態上不同，而且在生理及遺傳特性上也有所不同，這些差異可能會導致行為測試結果受到影響。相較於囓齒類實驗動物在不同遠交和近交品系的特徵有廣泛的了解，只有少數研究關注斑馬魚品系間的差異，尤其是行為學上的差異。
比較斑馬魚品系間的行為差異有助於科學家選擇合適品系及適當檢測方法進行實驗，為了清楚建立斑馬魚不同品系間的行為特性差異，由屏東大學應用化學系黃鐘慶系主任與中原大學生物科系蕭崇德教授領導的研究團隊，對六種不同品系的斑馬魚進行一系列行為學實驗測試 (感謝中央研究院斑馬魚中心提供實驗魚種)，從結果中觀察紀錄每一受試品系在行為測試上的差異，同時利用數學主成分分析與聚類分析法進行降維分析，發現受試品系可分為兩個主要集群，其中AB型和TL型斑馬魚歸類為一群，而其他品系(例如PET、absolute、golden與WIK)則自成一群。此外，在計算行為測試中每個品系的行為變異係數後，發現AB型和TL型斑馬魚具有較低的變異係數，突顯此兩種品系在行為測試具有相對較高的可重複性和穩健性。此外本研究發現每個斑馬魚品系都表現出不同的行為差異，這些實驗結果可以幫助研究人員確定哪種品系更適合未來運行的行為測試，並有助於建立幾種常見斑馬魚品系之間表型差異的數據庫。本研究成果已於近期成功刊登於Q1生物學領域研究期刊《Biology》。
最新斑馬魚的研究顯示人造甜味劑對心血管生理
​具有較高的生物安全性
人造甜味劑由於不含熱量且味道比普通蔗糖更甜，因此被廣泛地以食品添加劑型式用於飲料和許多訴求減肥的產品中，作為追求減糖消費者的糖替代品。隨著人造甜味劑生產與使用量的日益提升，在水生環境中偵測到人造甜味劑的例子也是逐年增加。人造甜味劑可從家庭污水甚至工業廢水進入水循環，且它們在水中的高溶解性和在自然界中抗降解的能力使它們成為水生環境中的持久性污染物。為了解人造甜味劑在環境已知最高濃度下是否對水生生物有所影響，屏東大學應用化學系 黃鐘慶系主任，嘉義大學水生系賴弘智教授與中原大學生物科技系 蕭崇德教授 帶領的研究團隊以模式生物斑馬魚胚胎為對象，系統地探索當斑馬魚胚胎暴露在八種商業人造甜味劑，包括安賽蜜 (acesulfame-K)、阿力甜 (alitame)、阿斯巴甜 (aspartame)、甜蜜素 (sodium cyclamate)、甜精 (dulcin)、紐甜 (neotame)、糖精 (saccharine)和三氯蔗糖 (sucralose) ，對心血管生理上所造成的可能影響。斑馬魚胚胎分別暴露於濃度100 ppb的上述八種人造甜味劑環境，並測量和比較它們的心血管性能（包含心率、射出分率、短縮分率、心搏出量、心輸出量、心跳變異性和血流速度）。結果顯示，自然界中發現的最高濃度的人造甜味劑只會略微改變斑馬魚胚胎的心血管性能，且在更長的孵育時間後，心臟跳動的規律性與功能沒有顯示出明顯差異，支持了人造甜味劑在規範使用下的安全性。本研究成果於近日成功刊登於生物學研究領域Q1期刊《Biology》。
 
利用比較表型組學評估青鱂魚種間行為變異性
近年基於實驗動物3R 「替代（replacement）、減少（reduction）和優化（refinement）」原則下及許多實驗上的優勢，魚類已成為毒理學和藥理學中廣泛使用的模式生物。對比傳統動物模型如齧齒類動物，魚類的行為特徵，包含它們在早期發育階段對各種化學物質的高度敏感性，以及進行體內藥物篩選時只需更少的成本、時間和人力消耗，而可獲得更高數量的實驗數據，都是讓魚類成為新興實驗動物模式的原因。青鱂是分佈於東亞的一種小型卵生淡水硬骨魚，經常在稻田中發現，因此也被俗稱為稻田魚。青鱂魚近年來已成為熱門實驗動物的選項之一，尤其是日本青鱂（Oryzias latipes），已被用作基礎魚類生物學和行為研究的模式生物。此外，青鱂魚作為模式生物的使用已為遺傳學和毒理學等各個研究領域的知識做出相當之貢獻。儘管如此，與另一魚類模式生物斑馬魚相比，青鱂魚在行為學研究中受到的關注相對較少，特別是在種間行為多樣性方面。為了提供更多有關青鱂魚行為的相關資訊並驗證不同青鱂魚之間的行為差異性，本研究團隊比較了四種青鱂魚Oryzias latipes、Oryzias dancena、Oryzias woworae 和 Oryzias sinensis 之間的行為表現以及各青鱂魚大腦中所表達生物標誌之生化分析。研究團隊發現青鱂物種之間明確表現出不同的行為，這可能與青鱂魚腦中生物標誌物具不同基礎水平有關。統整各項行為研究結果進行表型組學聚類分析，以及使用粒線體nd2基因的序列比對進行基因組親緣關係的聚類分析，也都顯示出這些青鱂魚之間的差異性。本研究成果於近日成功刊登於Q1跨領域研究期刊《International Journal of Molecular Sciences》。​這些結果有助提升不斷增加的青鱂魚表型數據庫，並為未來青鱂魚的表型組與毒理學相關實驗提供基礎研究背景知識。
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檳榔鹼生物活性與作用機轉: 以斑馬魚系統研究的新發現
檳榔常食用容易讓人上癮，檳榔鹼是一種在檳榔中富有的生物鹼，具有誘發副交感神經興奮生物活性，可能與檳榔的成癮性有關。在高雄醫學大學毒理學程暨藥學系李志恒教授的帶領下，跨校研究團隊(高醫生技系林盈廷副教授與中原生科系蕭崇德教授)利用高通量斑馬魚運動軌跡追蹤裝置，研究檳榔鹼對斑馬魚的運動能力影響，並利用分子模擬與拮抗劑競爭研究檳榔鹼影響斑馬魚運動表現的可能機制。研究表明檳榔鹼可以在極低濃度下對斑馬魚運動起到興奮作用，分子模擬結果顯示檳榔鹼與斑馬魚內生性多種蕈毒鹼型乙醯膽鹼受體 (M1-M4)都有較強的親和性。之後利用各種M1-M4亞型受體專一的拮抗劑進行競爭，結果顯示斑馬魚過度興奮運動的現象皆能有效回復至正常值，顯示檳榔鹼可以激活多種蕈毒鹼型乙醯膽鹼受體，有效的誘發斑馬魚產生運動過度興奮作用。此一研究已於近日發表於毒理學領域Q1知名期刊​《Toxins》。​此研究與跨校跨領域整合性團隊主持人李志恒教授表示，這項研究建立了一個以斑馬魚為基礎的實驗平台，希望將來能逐步擴增各種神經傳導物質影響斑馬魚行為的指標系統，以有效評價檳榔鹼或其他新興毒(藥)品的生物活性與分子機轉。
利用斑馬魚的運動力進行抗憂鬱治療藥物之高通量篩選
由於現代社會生活壓力大，抗抑鬱藥被廣泛的運用於治療人類抑鬱症。然而，抗抑鬱藥濫用及其潛在的副作用值得監控。本研究團隊通過監測斑馬魚幼魚的活動活性，包含行進的總距離，爆發運動次數和總旋轉次數，評估18種常見的抗抑鬱藥的潛在不良反應。我們發現多數的抗抑鬱藥能降低斑馬魚幼魚運動活力(產生鎮定作用)。但是有3種抗抑鬱藥物，即Amitriptyline, Amoxapine 及Sertraline，在低劑量下即可誘發斑馬魚幼魚明顯的增加自發性活動，證明了此類藥物具有可能共同的機制以對於斑馬魚幼魚的運動能力方面產生刺激效應，而詳細反應機制值得進一步的研究驗證。此一研究已於近日發表於生物學領域知名期刊《Cells》。​本跨校跨領域整合性團隊主持人屏東大學應用化學系陳皇州副教授表示，這項研究建立了一個高通量評價抗憂鬱治療藥物活性的平台，同時也證明了即使在極低劑量的抗抑鬱藥環境水體中，經由一定時間的暴露後，將會改變水中魚類行為模式，造成生態的影響與衝擊。
以淡水多齒新米蝦生理生化參數來評估農藥引起的毒性
益達胺（imidacloprid ）是一種類尼古丁的神經毒素殺蟲劑，能模擬尼古丁而與生物體的尼古丁乙醯膽鹼受器結合，進而破壞神經傳遞造成要殺除的對象神經傳導異常，無法正常活動而造成害蟲死亡。雖然益達胺主要是針對害蟲進行防治，但也常造成非目標生物受到影響，科學界普遍認為此類藥物可能是造成環境中蜜蜂大量死亡的原因。但是益達胺使用後可能會因為降雨淋洗等原因，從環境隨著流水進入到水域環境，從而對水生生態系統產生不利影響，但是對此相關研究卻是相當缺乏。嘉義大學水生生物系賴弘智教授與中原大學蕭崇德教授以本地淡水域普遍存在的小型蝦（多齒新米蝦）為對象，探討益達胺對其生理學（運動能力、心跳和呼吸）和生化因素（氧化壓力、能量代謝）的毒性影響，結果發現益達胺在極低的濃度（0.03125～1ppm）及極短時間（24～72 小時）下便會對多齒新米蝦造成毒性影響，造成其運動能力急劇降低，此外，其心跳、呼吸（顎足運動）速率也都會降低。但研究顯示，米蝦的生理代謝指標（葡萄糖，丙酮酸和乳酸）及氧化壓力酵素（ROS，4-HNE，TBARS）並未顯著受到益達胺影響。​​本研究對受到益達胺毒性的米蝦，嘗試給予外加性的乙酰膽鹼後，其運動停滯和心臟活動得以恢復，從而驗證米蝦暴露於益達胺後，其活動能力的毒性應該是由nAChR阻斷引起的，而不是由氧化壓力和能量代謝引起的。本研究除了釐清益達胺對水生性的毒理機制外，也發現多齒新米蝦是一種對毒性相當敏感的水生無脊椎動物模式生物，相當適合進行農藥與其他化學物質的毒性試驗。此一研究已於近日發表於生物學領域Q1知名期刊《Antioxidants》。
石墨烯和氧化石墨烯對成年斑馬魚的慢性毒性評估
石墨烯(Graphene, GR)與氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)是由碳組成的新興奈米材料，在生物醫學與藥物傳遞領域的應用日益增長，但它們的潛在生物毒性較少受到關注。這些新興奈米生醫材料的毒性和安全性是一個較為重要的問題，應仔細評估其毒性並進行應用之規範。由屏東大學應用物理系李建興教授、中原大學生物科技系蕭崇德教授與生物醫學工程學系葛宗融副教授組成的跨校研究團隊，利用與人類的基因組具有高度同源性之斑馬魚為動物模式，慢性暴露於低濃度GR與GO下，利用行為與生化指標分析，用以釐清其是否產生毒性與誘發毒性的機制。​通過監測斑馬魚的表型與行為學量測，證實GR與GO的毒性都比其他奈米材料來得低；但就生物化學指標變化而言，GR與GO的潛在組織毒性仍不能被忽略。本研究已於近日發表於環境領域Q1指標性期刊《Environmental Pollution》。​未來本跨校合作團隊將再針對環境條件、劑量與暴露時間等參數，進行更全面性評估石墨烯與氧化石墨烯的生物安全性與毒性。
環境中新興環境汙染物(精神治療藥物)的殘留
​會誘發魚類產生行為異常反應
Donepezil（DPZ）是一種乙烯膽鹼酯酵素抑制劑，在臨床上被使用於輕度認知障礙的治療。DPZ已經被發現具有引起心律異常、失眠、嘔吐及肌肉痙攣等副作用。屏東大學陳皇州副教授、中原大學蕭崇德教授與菲律賓聖湯瑪斯大學合作團隊，將正常斑馬魚慢性暴露於1 ppm和2.5 ppm DPZ中，實驗結果顯示DPZ可以顯著提高魚類攻擊性及類似抗焦慮行為，並發現這些改變與催產素升高和大腦皮質醇水平降低有關。此外，研究團隊觀察到肌肉組織中活性氧和丙二醛含量顯著增加，進而造成斑馬魚的運動量大幅降低，並出現異常的運動方式。此一研究已於近日發表於化學生物學領域指標性期刊《Biomolecules》 。​​​本跨校跨領域整合性團隊主持人屏東大學應用化學系陳皇州副教授表示，這項研究首次證明了在含有一定劑量之DPZ環境水體中，經由慢性暴露後，將可以嚴重影響魚類的正常行為模式。未來應對斑馬魚及其他更多的水生動物模式進行精神藥物的慢性暴露研究，用以了解新興環境汙染物對生態的衝擊。
 DNA甲基轉移酶與斑馬魚行為控制之新發現
表觀遺傳學(epigenesis)是一種不改變DNA鹼基序列對基因表現調節機制，基因甲基化調控與甲基轉化酶(DNMT)息息相關。近年來的研究表明基因甲基化程度與壓力引起的心理疾病息息相關。特別是基因的甲基化數量正常與否、或是基因非編碼調控區的差異甲基化，對腦部壓力與相關行為調節有極大的關聯。文化大學化學系賴昱衡副教授、中原大學生物科技系蕭崇德教授與馬偕紀念醫院血液腫瘤科林建鴻主任所組成之跨校跨領域研究團隊，利用基因組編輯技術建立斑馬魚dnmt3aa及dnmt3ab基因剔除品系，並利用行為組學、生物化學與全基因組甲基化基因譜的分析，發現當斑馬魚甲基轉化酶DNMT3A缺失時，會導致斑馬魚的運動活性不穩定、焦慮感上升、社交行為異常以及短期記憶力下降。本研究的重要性是利用基因剔除技術，證實dnmt3aa及dnmt3ab兩個基因在行為相關調控上，擔任起重要但不相重疊的調節功能。同時也利用全基因組甲基化測序進行甲基化基因譜分析，替甲基轉化酶DNMT3A失活後的行為調控異常提供可能的分子機制。成果已於近日成功刊登於《Genes》期刊。
開發改良式T迷宮用以評價斑馬魚鉛中毒後的短期記憶喪失
含鉛化合物被工業界所廣泛使用，年使用量已從1970年500萬噸迅速增加到2016年約1100萬噸，逐年攀升的鉛廢棄污染物對環境的衝擊備受關注。由屏東大學應用化學系黃鐘慶系主任與中原大學生物科技系蕭崇德教授所組成之跨校研究團隊，開發出改良的電擊懲罰T迷宮，研究亮點是可以在三天之內完成斑馬魚的學習和記憶能力評估，相較之下，傳統基於食物獎勵的T迷宮測試法，往往需要一周以上時間，不利於實驗進程。這個方法學研究成果刊登於Q1跨領域研究期刊《International Journal of Molecular Sciences》。研究團隊進一步發現，經過低濃度的鉛處理會導致受試魚隻積極性與記憶力大幅減退，增加壓力和焦慮水平。生化分析顯示大腦中皮質醇升高，血清素和褪黑激素水平降低，從而改變了暴露於鉛環境下斑馬魚的行為。這項研究亮點是經由多種行為及生化檢測確定了鉛暴露對水生生物的潛在生態毒性。更重要的是，即使濃度低，但是長期接觸鉛也會損害記憶，並導致生物積極性和探索活動減少，從而可能降低其生存適應性。研究成果於近日成功刊登於Q1跨領域研究期刊《International Journal of Molecular Sciences》。黃鐘慶主任表示日常生活常用的陶瓷餐具彩釉部分含鉛，許多劣質玩具鉛含量也過高，應盡量避免使用劣質彩釉陶瓷餐具及劣質玩具，若不慎長期使用可能會導致記憶力下降。另，來路不明的藥物也常有含過量鉛的例子，應避免服用。
成功開發碳包覆奈米磁性粒子有效提升材料的生物相容性 
奈米磁性粒子（例如磁鐵礦）具有獨特的物理特性，讓它在生醫工程上有許多的相關用途，像是：核磁共振增強造影劑、細胞內藥物輸送、生物分離與磁熱療等用途上展示出巨大的應用潛力。但是傳統的Fe3O4奈米磁鐵礦卻存在易團聚以及化學腐蝕的不穩定性；因此，如何透過表面改質，增加其穩定性與生物相容性一直是科學家研究的熱點。碳是一種出色的材料，因為它具有生物相容性，在整個pH範圍內都具有穩定性，因此，若能利用碳來進行磁鐵礦表面的包覆與改質，甚至嫁接其他化合物，理論上可以解決上述的問題，並增加奈米磁鐵的功能性。屏東大學應用物理系李建興副教授、中原大學生物科技系蕭崇德教授與中原大學生物醫學工程學系葛宗融副教授組織的跨校與跨系所研究團隊，通過監測水生生物斑馬魚的行為與生物化學指標變化，成功的證實了經由碳包覆的奈米磁鐵可以大幅降低其毒性並增加生物相容性。本研究已於近日發表於化學生物學領域指標性期刊《Molecules》，同時也獲《Molecules》期刊特別邀請撰寫回顧文章重點報導研究成果。研究團隊首先以澱粉作為綠色環保之碳源，以水熱法進行磁鐵礦粒子之碳包覆，之後將斑馬魚暴露於奈米磁鐵礦粒子進行慢性毒評價。本研究成果的最大亮點是發現斑馬魚暴露於經過水熱包覆碳之後的奈米磁鐵礦，兩周後除了活動量稍微下降之外，並沒有明顯的行為與生化上之差異。相較之下，沒有經過碳包覆之裸露奈米磁鐵礦，毒性相對較高。研究團隊認為此機轉可能是碳的包覆層防止磁鐵礦核的腐蝕與氧化所致，這個活體實驗證據充分支持碳包覆奈米磁鐵礦的高生物相容性和高生物安全性，提升未來應用在人體上的可行性。
小小斑馬魚與水蚤建大功: ​
​研究團隊建立農藥毒性高通量篩選新方法
農藥毒性的篩檢與食品安全議題息息相關，尤其是日前爆發多起食安風暴案件後，引起台灣社會大眾對於食安議題的重視與討論。有鑒於目前對於農藥急毒性的篩選與評估，尚無兼具快速與高通量的模式可檢測現場使用，由中原大學生物科技系蕭崇德教授、嘉義大學水生生物科學系賴弘智教授及屏東大學應用化學系陳皇州教授組織的跨校研究團隊，通過監測水生生物活動力變異來比較農藥的潛在毒性。研究團隊將斑馬魚(脊椎動物模型)和水蚤(無脊椎動物模型)暴露於12種不同類型的農藥（三種殺真菌劑和9種殺蟲劑），之後利用Zebrabox高通量設備與技術量測生物移動距離，爆發運動和旋轉等活動項目，將相應的活動力進行定量統計，通過數學主成分分析與聚類分析法，可以有效降低數據複雜度以擷取出背後的生物意涵。實驗結果表明斑馬魚和水蚤在暴露於農藥時會使兩種動物模型產生活動力改變，有趣的是低濃度的農藥暴露會造成水蚤運動機能減退，但會誘發斑馬魚幼魚引起運動機能亢進。研究團隊主持人賴弘智教授表示本研究的最大亮點是同時利用斑馬魚和水蚤兩種水生生物模式，建立起檢測時間只需要約一個半小時的高通量檢測技術，完成了台灣經常使用的12種農藥的急毒性生理評價。這個高通量檢測技術的成功研發，將可以廣泛應用在農藥與其他新興汙染物的毒性篩選與評價，替消費者的健康與安全肩負起重要的把關工作。本研究已於近日發表於化學生物學領域指標性期刊“Biomolecules”。
藍銅胜肽具有高效重金屬螯合與心臟保護能力
近年來，由於環境中的重金屬污染日益嚴重，即使低劑量重金屬的慢性積累會對人類健康造成重大的威脅及影響。GHK（Glycyl-Histidyl-Lysine）藍銅胜肽是一種自然存在於人體的短胜肽，常被應用美容化妝品來保護皮膚減緩老化。由於藍銅胜肽市場價格昂貴，屏東大學陳皇州教授研究團隊與中原大學蕭崇德教授研究團隊嘗試利用基因重組與表達純化技術，將GHK三胜肽（Glycyl-Histidyl-Lysine）基因轉殖到在N端帶有His-Tag 及GST-Tag雙標籤與TEV酶切位點的表達質體中，​以大腸桿菌發酵製備法代替胜肽合成法，成功生產具有高經濟價值之GHK藍銅胜肽，隨後以高壓液相色譜完成GHK藍銅胜肽的高度純化。研究團隊隨後以紫外可見吸收光譜法及近邊緣X射線吸收光譜法，研究重組GHK藍銅胜肽的物理及化學特性。實驗證據顯示每單位GHK藍銅胜肽可以與二價銅離子，以1：1的比例形成高親和力的GHK-Cu複合物。研究團隊隨後使用斑馬魚作為活體實驗模型，證明重組GHK藍銅胜肽具有銅重金屬解毒的能力，能夠有效逆轉銅離子暴露下所引起的心臟毒性與心律不齊，本研究已於近日發表於化學生物學領域指標性期刊“Biomolecules” 。本跨校跨領域整合性團隊主持人屏東大學應用化學系 陳皇州教授 表示，本研究的重要性在於提供一個有效降低生產高成本GHK藍銅胜肽的方法，對於GHK藍銅胜肽能有效中和重金屬心臟毒性的生物活性提供直接有力的支持證據。同時由於本發明技術具有較高的市場應用性，目前已有多家生物技術廠商接洽進行技術授權洽談中。
開發行為組學技術研究常用有機溶劑對斑馬魚的生態毒性
一般認為，工業用化學有機溶劑無論對於生物或環境皆會造成傷害。中原大學蕭崇德、義守大學陳重仁、文化大學賴昱衡與屏東大學黃鐘慶教授團隊，利用自行開發的行為學研究設備與追蹤演算技術，對於化學反應中常用的多種有機溶劑進行毒理學研究。研究團隊收集常見的十種有機溶劑(例如甲醇、乙醇、異丙醇、丁醇丙酮、戊烷、四氫呋喃、聚乙二醇、甘油與二甲基亞碸等)進行研究，發現暴露於低劑量溶劑的斑馬魚皆呈現活動力減少、焦慮感增加、積極性降低、日夜週期混亂與顏色喜好改變等多種異常行為。經由研究團隊收集二十多種行為學參數後，進而利用主成分分析及熱圖分析技術，將常見有機溶劑造成的生物行為變化結合神經傳導物質表達量影響進行系統化的分群。此研究不但對於化學溶劑對於生物中樞神經的影響進行統整，更將於日後環境評估的應用有極大的貢獻。本研究已經於近日發表於環境污染領域指標性期刊 (Environmental Pollution)。經過新開發的行為組學分析技術，可以將十種常見的有機溶劑對於成年斑馬魚行為造成的影響進行聚類分群，依照行為模式改變的相近程度，可以將此十種有機溶劑分為多個不同的族群組，之後再利用熱圖聚類分析探討各溶劑之間相似程度。此跨校跨領域整合性團隊主持人中原大學生物科技系與奈米科技中心 蕭崇德教授表示，這個斑馬魚行為毒理學模型不僅相當具有學術價值，未來進行相關實驗時可以根據此分類的結果選擇所適當的有機溶劑，更俾能準確地控管有機溶劑對於生物的影響，進而使實驗更加細膩精確。此外，對於環境意識高漲的今日，許多研究已經指出許多常用化學有機溶劑的確會誘發水生生物的生態毒性，因此，本研究對於產業應用也將會是個有利的指標，得以提供選擇以及預測，有助於採取對環境及生物較不具影響衝擊的溶劑進行產業的發展。

最新研究顯示富勒烯對水生生物具有慢性生態毒性
中原大學與義守大學研究團隊，利用自行開發的行為學研究設備與追蹤演算技術，對於富勒烯進行行為毒理學研究。研究團隊發現長期暴露於低劑量富勒烯的斑馬魚呈現活動力減少、焦慮感增加、積極性降低、日夜週期混亂與顏色喜好改變等多種異常行為。經由腦中神經傳導物質定量，發現皮質醇升高、血清素降低、多巴胺升高與褪黑激素降低，生化檢測顯示腦中氧化壓力與DNA損傷與發炎指標上升，抗氧化能力下降。這項研究已經於近日發表於國際分子科學期刊。富勒烯是一種完全由碳組成的中空分子，在結構上與石墨很相似，石墨是由六元環組成的石墨烯層堆積而成，而富勒烯不僅含有六元環還有五元環，偶爾還有七元環。富勒烯和奈米碳管獨特的化學和物理性質以及在技術方面潛在的應用，引起了科學家們強烈的興趣，尤其是在材料科學、電子學和奈米技術方面，富勒烯的發現因此也榮獲1996年諾貝爾化學獎。一般認為奈米碳具有生物惰性與相容性，也有研究發現富勒烯具有抗氧化特性，還被製作成美容相關保養品。義守大學生物科技系 陳重仁老師表示，經由動物實驗結果證實富勒烯的低濃度慢性暴露，的確會誘發水生生物的生態毒性。現代工業化社會對於富勒烯與相關奈米材料的使用量相當大，若不慎排放到環境中可能造成相當程度的生態毒性，未來值得投入更多奈米生態毒理相關的研究與機制探討。中原大學生物科技系與奈米科技中心 蕭崇德老師表示，這個斑馬魚行為毒理學模型相當具有學術價值，之前也有學者嘗試利用細胞學或胚胎模式研究富勒烯與相關奈米材料的毒性，但相對靈敏度往往不及成魚神經行為學來得靈敏。研究團隊已自行開發了多項神經行為學相關的研究設備，具低價格高功能之應用性，目前正與多家廠商洽談未來量產的可行性，替科研人員提供更高性價比的實驗儀器與設備。
建立帶有老化與行為異常表徵之斑馬魚疾病動物模式
類早老症(progeroid syndrome)是一種罕見遺傳疾病，患者具有發育遲緩、結締組織發育不全與老化加速等表徵。在過去研究中已知負責脯氨酸(proline)合成的pycr1基因發生突變，可以誘發類早老症的發生，但是學術界一直缺乏帶有pycr1基因突變的實驗動物，來加速類早老症機理研究與藥物篩選。中原大學生科系蕭崇德教授與馬偕紀念醫院兒童遺傳科林達雄醫師的研究團隊，多年來致力於類早老症(progeroid syndrome)的研究，在科技部與馬偕紀念醫院多年經費補助下，利用最新的基因組編輯技術，現已成功地建立了全世界第一個帶有pycr1基因缺陷病患有類早老症的斑馬魚動物模式。蕭崇德教授表示此斑馬魚疾病模型主要帶有pycr1基因突變，造成PYCR1蛋白質表達與功能的不足，發育至4個月以後便開始出現老化特徵，包括生育率降低、行動能力降低、積極性減弱、對掠食者迴避行為減低、社群互動減少、對顏色的識別能力異常及出現日夜週期失調等現象。而且突變魚的體長及體重與同年齡的正常魚相比之下顯著下降，死亡率也增加。經由多項生化指標分析，研究團隊發現患有類早老症的斑馬魚體內的脯氨酸比例顯著下降、總抗氧化能力(total antioxidant capacity)降低、細胞能量降低、端粒酶(telomerase)活性降低，這些老化表徵顯然與粒腺體功能異常有關。林達雄醫師表示這個患有類早老症斑馬魚模式的成功建立相當具有學術與臨床應用的價值，日後可用於研究人類類早老症的作用機制及協助治療藥物的篩檢(Cells, 2019)。
利用斑馬魚進行藥物功能與毒性篩選
我們研究室利用斑馬魚胚胎具有透明外觀、容易觀察、子代數量多與方便進行高通量篩選等優點，目前已經建立多種簡易的方法來篩選促進成骨作用的藥物 (Molecules, 2017, 與義守大學合作)與促進皮膚傷口癒合的小分子膠原蛋白 (BBRC, 2018, 與文化大學合作)。另外也建立可以評價藥物器官毒性的簡易方法，例如腎毒性 (Hum Exp Toxicol, 2015)、肝臟毒性 (J Pharmacol Toxicol Methods, 2016)與心臟毒性(Inventions, 2018) (Cells, 2019)。以促進皮膚傷口癒合實驗為例，我們研究策略是利用注射冰醋酸方式，在斑馬魚胚胎的皮膚上來誘發傷口。我們發現在添加萃取自吳郭魚皮膚的小分子膠原蛋白後，斑馬魚皮膚傷口癒合速度加快、色素暗沉積累降低、細胞增生加速、血管新生加速、凋亡細胞清除率變高、抗發炎反應提升。這些結果說明萃取來自吳郭魚皮膚的小分子膠原蛋白，對於斑馬魚皮膚的傷口癒合，具有相當卓越的促進作用，同時也替小分子膠原蛋白的功效，提供了分子與細胞層次的機理支持 (BBRC, 2018)。

研發量測斑馬魚生理與行為的簡易工具

我們實驗室已經成功開發出多種簡易工具可以量測斑馬魚心臟律動、血液流動與行為等多種參數。(1) 在心臟律動方面，我們使用簡易式解剖顯微鏡與CCD擷取影像，利用ImageJ軟體可以分析斑馬魚心房與心室的律動，利用此技術可以研究藥物是否會造成心律不整的可能毒性。(2) 在血液流動方面，我們使用倒立顯微鏡與高速攝影機，利用ImageJ軟體可以分析斑馬魚動靜脈與微血管的血流速度，利用此技術可以研究藥物是否會造成血流流速改變的可能效用。(3) 在3D游泳方面，我們單一CCD擷取影像，之後使用Matlab軟體可以分析多尾斑馬魚在3D空間中的游泳行為，利用此技術可以研究藥物是否會造成游泳行為的改變。(4) 在持續游泳能力方面，我們設計一個嶄新的游泳通道，可以調節水體流速、溫度與溶氧，利用此裝置可以測定出斑馬魚的最大持續游泳能力。(5) 在行為方面，我們使用Matlab軟體，可以測定魚類的日夜週期、主動與被動恐懼躲避與逃避天敵等多種行為，利用此技術可以研究藥物是否會造成斑馬魚生態行為的改變。我們相信這些裝置的發明，將有助於斑馬魚研究社群在心血管生理、運動生理與行為學等方面的研究 。(Inventions 2018, 3:11); (Inventions 2018, 3:21) ; (Inventions 2018, 3:75) ; (Biology Open 2019, In press)

開發TALEN/CRISPR基因組編輯技術

 TALE核酸酶（TALE nuclease, TALEN）與CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) 是繼鋅指核酸酶（zinc-finger nuclease, ZFN）技術後所發展出的兩種能夠對基因組進行高效定點修飾的新技術。由於TALEN與CRISPR/Cas9是一種較新發展的技術，大部分的科研人員在進行以TALEN與CRISPR/Cas9為主的基因剔除實驗時，面臨到最大問題點便是如何有效篩選基因被剔除的突變體。有鑑於此，我們實驗室與力鈞-威新生技公司產學合作執行科技部產學合作計畫，成功開發出台灣第一套自主研發的CRISPR/Cas9試劑盒，並開發出一套快速的突變篩選方法，利用高分辨率熔解曲線（High Resolution Melting）與次世代定序技術 (Next Generation Sequencing) 檢測標的基因是否發生如嵌入、缺失或點突變的發生，可以大大減少實驗中龐大的定序費用開銷。同時我們利用此一優化後的基因組編輯技術對斑馬魚基因組進行編輯與改造，已經成功產製出數十種帶有遺傳缺陷的基因突變斑馬魚魚品系，產生如加速老化、免疫缺乏與肥胖症等可以用來研究人類疾病的珍貴動物模型。(IJMS 2018, 19. 4038) (Cells 2019, 8, 453)

開發次世代定序與分析技術

在動植物演化與族群遺傳的研究中常常需要使用到例如粒線體DNA、葉綠體DNA、微衛星基因座與核DNA等多種分子標誌去進行親緣分析，但是要如何快速、有效且較省錢的去獲取這些完整的訊息，是我們的研究重點。利用Illumina MiSeq/HiSeq次世代定序儀對動植物基因組進行低覆蓋度定序，之後配合基因mapping與de novo序列組裝技術，我們實驗室與力鈞-威新生技公司產學合作，目前已經成功完成數十種具有高經濟價值海洋動植物的完整葉綠體、粒線體、18S-5.8S-28S與5S核 rDNA的高通量定序工作，並利用這些分子標誌協助進行演化研究。在微衛星基因座方面，我們也成功開發出一個簡易分析流程，可以由低覆蓋度定序的動植物基因體中發掘大量的微衛星，並利用此訊息協助進行族群遺傳與親子鑑定等分析。這個低覆蓋度次世代定序技術的研發，在最近兩年內，已經與合作的研究團隊人員(如自然科學博物館, 海洋生物博物館與台灣海洋大學等)成功發表了數十篇的科學論文。(IJMS, 2017, 18:2341)
利用斑馬魚建立人類癌症疾病模型
相較於其他組織或器官，我們研究團隊(馬偕紀念醫院、國家衛生研究院與中原大學)發現魚類皮膚細胞非常適合用來研究人類癌症發生之機轉，因為魚類的表皮細胞就位在體表的最外層，呈現平鋪狀的細胞排列，若發生癌化時，非常容易利用肉眼在低倍的顯微鏡下直接觀察皮膚細胞轉型的現象。我們利用高通量的跳躍基因轉殖技術，製造帶有人類的原致癌基因的穩定斑馬魚品系，在測試多達約20種原致癌基因後，發現的確可以成功誘發皮膚癌化的發生，利用抗體檢測也發現轉型之皮膚細胞會發生下游基因大量磷酸化的現象，檢測細胞週期發現皮膚細胞轉型的轉基因魚中發生了染色體呈現多倍化與染色體穩定性下降，細胞凋亡減緩且細胞分裂加速等病理表徵。這個結果充分支持可以利用魚類來研究人類癌症發生與轉移的可行性。由於此項研發成果具有相當大的學術與商業價值，受到多家新聞與平面媒體 (台視、中時電子報、蘋果日報、自由時報等)媒體的廣大報導與迴響。 (Oncotarget, 2014, 5:6300-6311)。

創建肥胖動物模型，方便減肥藥的篩選

中原大學生物科技系的發展重點是幹細胞與代謝症候群之研究，系上有多位老師從事與代謝症候群相關研究。目前代謝症候群與肥胖的動物模式多是仰賴嚙齒類動物，但是受限於嚙齒類動物成本過高與不易進行活體篩選藥物的缺點，我們研究室與馬偕紀念醫院小兒遺傳科 林達雄主任合作(中原馬偕合作計畫)，成功的利用斑馬魚建立起一個嶄新的之肥胖動物模型，用以方便篩選抑制人類肥胖與代謝症候群之可能前導藥物。我們研究策略是利用基因轉殖方式，在斑馬魚中過量表現生長激素訊息傳遞過程之重要調節基因，在研究室碩士班屈哲宇同學與博士班陳吉芳兩年的努力之下，目前已成功的在斑馬魚中誘發肥胖轉型的現象。在經過病理型態、生理生化與分子生物的鑑定，發現此肥胖魚模型與高等動物的肥胖與脂肪瘤表徵相當類似，例如會出現如高體脂肪、高三酸甘油酯、脂肪細胞過度增生、骨質疏鬆、發炎反應、血糖不耐受性與壽命減短等病理表徵，這個肥胖魚類模型的建立，為日後抗肥胖藥物的篩選工作提供了一個珍貴的篩選平台。由於此項研發成果具有相當大的學術與商業價值，受到了疾病動物模式領域的權威期刊【Disease Models & Mechanisms】的專題報導，此項研究成果也已經與馬偕紀念醫院共同申請中華民國發明專利，並且受到多家新聞(TVBS 、GTV、東南衛視)與平面(中央社、聯合報、自由時報、Focus Taiwan、 Taipei Times)媒體的廣大報導與迴響。 (PLoS One. 2012. 7:e36474)  
創建條件式細胞凋亡模型，方便抗凋亡藥物的篩選
斑馬魚是一種新興的脊椎動物研究平台，具備有發育快速及易於觀察的優點，目前被廣泛用於研究胚胎發育及訊息分子調控機制。我過去在博士後的訓練是專精在魚類表皮離子細胞發育與訊息調控，來到中原大學服務後便思索如何能獨立從事科學研究，又能結合過去所學的基因轉殖專長，作出一些較有創見的研究。我發現到斑馬魚表皮結構相對較哺乳動物簡單，主要是由角質細胞、皮膚幹細胞、離子細胞及黏液細胞所組成身體對外的第一道防線。魚類的表皮是由活細胞組成，最外層不像哺乳類具有角質化的死細胞保護，因此對於外界刺激非常敏感。我的研究室與中央研究院基因體中心沈家寧老師合作，在博士班陳吉芳同學四年的努力之下，成功的在斑馬魚中建立一個條件式誘發 (conditional inducible) 表皮細胞凋亡的毒殺品系，可以在活體狀態下去驗證一些可能調節表皮細胞凋亡的基因活性。我們發現透過前驅藥物處理後可以在毒殺品系的皮膚上誘發大量的細胞凋亡，透過降解p53活性與氧化壓力則可以顯著減緩毒殺品系表皮的細胞凋亡。此外將毒殺品系與其他表現細胞存活因子 (如Akt1、Stat3、HPV E6) 的測試品系交配後，發現過量表現細胞存活因子可以有效減緩表皮細胞凋亡。此外這個篩選系統的另一個優點是可以利用顯微注射技術，將表現細胞存活因子的質體植入毒殺品系的胚胎中，去進行短暫的活性分析，進而大幅度的增進篩選細胞凋亡調節基因的速度。我們期待此條件式表皮毒殺系統，未來將可以應用在活體系統中大量的去檢測可能調節細胞凋亡的新穎基因。 (PLoS One. 2011. 6:e20654)