Choi, Jae Yong
(Department of Nuclear Medicine, Gangnam Severance Hospital, Yonsei University College of Medicine)
,
Park, Ji-Ae
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
Kim, Jung Young
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
Lee, Ji Woong
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
Lee, Minkyung
(Department of Nuclear Medicine, Inha University College of Medicine, Inha University Hospital)
,
Shin, Un Chol
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
Kang, Joo Hyun
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
An, Gwang Il
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
Lee, Kyo Chul
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences)
,
Ryu, Young Hoon
(Department of Nuclear Medicine, Gangnam Severance Hospital, Yonsei University College of Medicine)
,
Kim, Kyeong Min
(Molecular Imaging Research Center, Korea Institute of Radiological and Med)
Molecular imaging with the radiolabeled RGD peptides for ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin has been an increasing interest for tumor diagnosis and the treatment monitoring. Recently, $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ was developed for quantification of ${\alph...
Molecular imaging with the radiolabeled RGD peptides for ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin has been an increasing interest for tumor diagnosis and the treatment monitoring. Recently, $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ was developed for quantification of ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin and its biological properties was elucidated. To better understand the molecular process in vivo, we performed the kinetic analysis for the $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$. After preparation of a radiotracer, dynamic PET images were obtained in the U87MG xenograft mice for 60 min (n = 6). Binding potential values were estimated from the 3-tissue compartment model, reference Logan and simplified reference tissue model. In the early time frame (0-20 min), the liver, kidney, intestine, urinary bladder and tumor were visualized but these uptakes were diminished as time went by. The tumors showed a good contrast at 40 min after administration. $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ showed the 2-fold uptake in the tumor compared with that in the muscle. The parametric maps for binding values also provide the higher tumor-to-background contrast than the static images. A binding value obtained from the 3-tissue compartment model was comparable to other modeling methods. From these results, we conclude that $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ may be a promising PET radiotracer for the evaluation of angiogenesis.
Molecular imaging with the radiolabeled RGD peptides for ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin has been an increasing interest for tumor diagnosis and the treatment monitoring. Recently, $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ was developed for quantification of ${\alpha}_v{\beta}_3$ integrin and its biological properties was elucidated. To better understand the molecular process in vivo, we performed the kinetic analysis for the $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$. After preparation of a radiotracer, dynamic PET images were obtained in the U87MG xenograft mice for 60 min (n = 6). Binding potential values were estimated from the 3-tissue compartment model, reference Logan and simplified reference tissue model. In the early time frame (0-20 min), the liver, kidney, intestine, urinary bladder and tumor were visualized but these uptakes were diminished as time went by. The tumors showed a good contrast at 40 min after administration. $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ showed the 2-fold uptake in the tumor compared with that in the muscle. The parametric maps for binding values also provide the higher tumor-to-background contrast than the static images. A binding value obtained from the 3-tissue compartment model was comparable to other modeling methods. From these results, we conclude that $^{64}Cu$-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]$_2$ may be a promising PET radiotracer for the evaluation of angiogenesis.
1.5%이소플로렌으로 마취시킨 xenograft동물 모델을 PET/CT 겐트리에 복와위 자세로 위치시킨 다음, 꼬리정맥에 64CuNODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2 (7.6 ± 0.4 MB)을 주사하면서, 60분 동안 동적 PET 영상을 획득하였다.
64CuCl2(37 – 370 MBq) 바이알로 추출한 다음, 100°C에서 질소가스를 이용하여 건조시킨 다음 1M 아세트산나트륨를 200 μL 추가하여 pH를 5.5가 되도록 하였다.
재구성된 영상에서의 픽셀 값은 개체간 비교를 위해 표준섭취계수 (standard uptake value, SUV) 로 변환하여 사용하였고, 관심영역 (volume of interest) 는 종양과 근육으로 하였다. 결합능은 3구획 모델(3 tissue compartment model, 3-TCM), reference tissue 모델인 simplified reference tissue model(SRTM)과 reference Logan 도표 분석법을 이용하여 구하고 이를 서로 비교하였다. [15-19] 3-TCM에서는 심장 좌심실을 관심영역으로하여 영상기반 입력함수를 도출하고 이를 기반으로 결합능을 구하였고, reference tissue 모델에서는 근육을 reference 영역으로 사용하여 결합능을 구하였다.
17mmol)/DMF (5ml)용액에 천천히 추가하고 상온에서 20시간 교반하였다. 그 후, 0.1% TFA 수용액 15 mL를 추가하여 반응을 종결시킨 다음 생성물을 진공에서 건조하여 흰색 파우더 형태의 crude product를 얻을 후 고성능 크로마토그래피를 통해 정제하여 NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2 를 획득하였다. (그림 1, A: CH3CN, B: H2O, A:B = 10 - 45% gradient, flow rate 12 ml/min, Rt = 20.
등이 제한한 것처럼 본 연구에서 사용한 Inveon PET 스케너의 고성능 PET 기기이기 때문에 부분용적효과 (partial volume effect) 와 흘러넘침 (spill over) 에 대한 영향은 미미하다고 간주하였다 [19]. 상기 PET영상분석은 PMOD (ver.3.501)을 이용하였다. 모델링 방법 간의 상관계수는 Prism5 (GraphPad ver.
[15-19] 3-TCM에서는 심장 좌심실을 관심영역으로하여 영상기반 입력함수를 도출하고 이를 기반으로 결합능을 구하였고, reference tissue 모델에서는 근육을 reference 영역으로 사용하여 결합능을 구하였다. 여기서 좌심실은 동맥 입력함수를 추정하기 위해 사용되었고, 재조합된 PET/CT 이미지의 초기 영상 (동적 PET 이미지에서 두번째 프레임)에서 좌심실을 선택하였다. Guo N.
우선 인테그린 αvβ3에 많이 발현된 U87MG 종양과 인테그린 αvβ3가 거의 발현되지 않는 근육에서 64Cu-NODAGAgluco-E[c(RGDfK)]2의 체내 거동을 파악하기 위해 시간 경과에 따른 관심영역에서의 평균 섭취 값부터 파악해보았다.
이 때 사용한 시간 프레임은 1분x10 프레임, 5분x10 프레임이다. 재구성된 영상에서의 픽셀 값은 개체간 비교를 위해 표준섭취계수 (standard uptake value, SUV) 로 변환하여 사용하였고, 관심영역 (volume of interest) 는 종양과 근육으로 하였다. 결합능은 3구획 모델(3 tissue compartment model, 3-TCM), reference tissue 모델인 simplified reference tissue model(SRTM)과 reference Logan 도표 분석법을 이용하여 구하고 이를 서로 비교하였다.
대상 데이터
4~6주령의 female BALB/c 누드마우스의 왼쪽 팔에 앞서 배양한 5 x 106의 U87MG 세포를 피하주사하였다 (SLC mouse, Hamamatsu, Japan, n = 6). 그런 다음 종양의 부피가 0.
64Cu-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2 의 화학 구조.
Human glioma cell line, U87MG는 American Type Culture Collection (USA)에서 구입하여, 10% fetal bovine serum과 1% penicillin-streptomycin이 들어 있는 Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) 배지에서 37°C 5% 이산화탄소 조건에서 배양하였다.
데이터처리
501)을 이용하였다. 모델링 방법 간의 상관계수는 Prism5 (GraphPad ver. 5.04)에 포함된 Pearson 상관계수로 분석하였다.
이론/모형
5% 이소플로렌으로 호흡마취를 유지하였다. 획득한 사이노그램은 2D ordered subsets expectation maximum (2D OSEM)방식을 이용하여 영상을 재구성하였다. 이 때 사용한 시간 프레임은 1분x10 프레임, 5분x10 프레임이다.
성능/효과
U87MG에서 64Cu-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2의 시간 대 방사능 곡선. (A) 종양에서의 SUVmax가 근육에서보다 2배 가량 높음. (B) 콩팥에 서의 섭취가 간에서의 섭취보다 SUVmax 3.
3구획 모델에서 도출한 결합능을 reference Logan 도표 분석법과 SRTM의 결과를 비교해본 결과, 결합능은 1.78 ~ 1.85로 모두 유사한 값을 나타내었다. 이는 개체간의 결합 해리상수 (dissociation constant, Kd)값이 비슷하다고 가정하면, 종양에서 수용체의 분포밀도가 증가했음을 시사한다.
[4, 5] 인테그린 수용체 중에서 αvβ3 인테그린은 신생혈관생성 과정 중 활성화된 표피세포에는 많이 발현되지만, 휴지 상태의 표피세포나 정상 세포에는 발현이 낮다.
이러한 64CuNODAGA-gluco-E[c(RDGfK)]2의 종양 선택성은 결합능에 대한 파라메터영상에서도 확인할 수 있었다. 또한 영상 기반입력함수 기반 3 구획모델에서 얻는 결합능은 reference Logan 도표법과 SRTM에서 얻는 값과 높은 상호 연관성을 보였고, 빠른 신장 청소율을 나타내었다. 이러한 결과로부터 본 연구진은 64Cu-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2가 신생 혈관생성을 평가하는 데 유용한 PET 방사성의약품이 될 것으로 기대한다.
여기서 각각 시간 프레임에서의 방사능은 관심영역에서 픽셀 값의 평균을 의미한다. 주사 후 20분 간격의 평균 PET 영상에서 알 수 있듯이 64Cu-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2는 초기에는 종양뿐 아니라 간, 콩팥, 내장, 방광 등에 흡수되지만 시간이 경과함에 따라 종양을 제외한 나머지 장기에서는 방사능 섭취가 낮아졌다. 그리고 주사 40분 이후에 종양은 높은 대조도 영상을 나타내었다.
최종생성물의 방사화학적 수율과 순도는 99%였고, 37°C에서 사람과 마우스 혈청에서 24시간 동안 순도 변화를 관찰해본 결과 방사화학적 수율이 93% 이상이였음을 확인하였다.
화소단위에서의 변화를 파악하기 위해 결합능에 대하여 파라메터 영상을 구성한 결과, 64Cu-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2는 U87MG xenograft 종양에 대하여 높은 결합능을 나타내었고, 이는 이전의 평균 PET 영상보다 높은 신호 대 잡음비를 나타내었다. (그림 4).
후속연구
또한 영상 기반입력함수 기반 3 구획모델에서 얻는 결합능은 reference Logan 도표법과 SRTM에서 얻는 값과 높은 상호 연관성을 보였고, 빠른 신장 청소율을 나타내었다. 이러한 결과로부터 본 연구진은 64Cu-NODAGA-gluco-E[c(RGDfK)]2가 신생 혈관생성을 평가하는 데 유용한 PET 방사성의약품이 될 것으로 기대한다.
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