방사선 피폭에 의한 간조직의 장해는 경화성 위축으로 복수가 발생하고 황달과 피로감이 수반된다. 이러한 장해에는 간세포의 형태학적 변화가 동반되고 소기관들의 손상이 연관되어 있다. 본 연구는 이러한 소기관들의 형태적 손상을 알아보고자 하였다. 특히 에너지 대사와 관련된 미토콘드리아와 세포질그물 핵막을 중심으로 관찰하였으며, 방사선 방어제 연구와 병행하였다. 방어제는 혈류 증가 작용이 있는 알리인을 투여하였다. 세포 관찰은 투과전자현미경을 활용하였다. 실험결과, 7 Gy 전신 조사에서 간세포의 핵막이 비후되고, 소기관들 주변에 염증성 변화가 관찰되었다. 20일 경과된 세포에서는 과산화소체와 미토콘드리아 막이 손상되었고 세포질에서 공포가 확인되었다. 30일 경과된 세포에서는 거대한 지방세포들이 관찰되었고. 조면소포체에는 리보솜이 분리된 것을 확인하였다. 알리인 투여 후 간세포에서는 핵막 주변에 많은 수의 조면소포체들이 선명하게 관찰되었고 핵막도 비후되지 않았다. 세포질에는 공포화되거나 염증성 증후들이 관찰되지 않았다. 미토콘드리아의 막손상도 없었으며 글리코겐도 정상적으로 확인되었다. 따라서 일부 방어효과가 있는 것으로 확인되었다.
방사선 피폭에 의한 간조직의 장해는 경화성 위축으로 복수가 발생하고 황달과 피로감이 수반된다. 이러한 장해에는 간세포의 형태학적 변화가 동반되고 소기관들의 손상이 연관되어 있다. 본 연구는 이러한 소기관들의 형태적 손상을 알아보고자 하였다. 특히 에너지 대사와 관련된 미토콘드리아와 세포질그물 핵막을 중심으로 관찰하였으며, 방사선 방어제 연구와 병행하였다. 방어제는 혈류 증가 작용이 있는 알리인을 투여하였다. 세포 관찰은 투과전자현미경을 활용하였다. 실험결과, 7 Gy 전신 조사에서 간세포의 핵막이 비후되고, 소기관들 주변에 염증성 변화가 관찰되었다. 20일 경과된 세포에서는 과산화소체와 미토콘드리아 막이 손상되었고 세포질에서 공포가 확인되었다. 30일 경과된 세포에서는 거대한 지방세포들이 관찰되었고. 조면소포체에는 리보솜이 분리된 것을 확인하였다. 알리인 투여 후 간세포에서는 핵막 주변에 많은 수의 조면소포체들이 선명하게 관찰되었고 핵막도 비후되지 않았다. 세포질에는 공포화되거나 염증성 증후들이 관찰되지 않았다. 미토콘드리아의 막손상도 없었으며 글리코겐도 정상적으로 확인되었다. 따라서 일부 방어효과가 있는 것으로 확인되었다.
Liver tissue damage by a radiation exposure caused a jaundice and ascitic fluid e form harden atrophy. The reason for this lies in morphological damage of a liver cells. This study tried that observe damage mechanism of the cell organelles. It was especially observed mitochondria, endoplasmic reticu...
Liver tissue damage by a radiation exposure caused a jaundice and ascitic fluid e form harden atrophy. The reason for this lies in morphological damage of a liver cells. This study tried that observe damage mechanism of the cell organelles. It was especially observed mitochondria, endoplasmic reticulum and nuclear membrane associated with energy metabolizable. also, This study had with a radio-protector development research at the same time. Radio-protector was used to alliin that has an blood flow increase. Cell observation make used of transmission electron microscope(TEM). The result of an experiment, 7Gy of whole body irradiation was caused an inflammation in cell organelles and hypertrophy of the nucleus membrane. After 20 days, The hepatocyte has been observed in a damaged membrane on peroxisome, mitochondria and vacuole of the cell organelles. After 30 days, The hepatocyte has been observed in disconnected ribosomes on a rough endoplasmic reticulum. There was looked a giant lipoblast. There was clearly normal observed a mitochondria and nucleus membrane in the hepatocyte after alliin injection. aslo, It was no damaged the nucleus membrane. therefore, It was identified portion a radio-protector effect from alliin.
Liver tissue damage by a radiation exposure caused a jaundice and ascitic fluid e form harden atrophy. The reason for this lies in morphological damage of a liver cells. This study tried that observe damage mechanism of the cell organelles. It was especially observed mitochondria, endoplasmic reticulum and nuclear membrane associated with energy metabolizable. also, This study had with a radio-protector development research at the same time. Radio-protector was used to alliin that has an blood flow increase. Cell observation make used of transmission electron microscope(TEM). The result of an experiment, 7Gy of whole body irradiation was caused an inflammation in cell organelles and hypertrophy of the nucleus membrane. After 20 days, The hepatocyte has been observed in a damaged membrane on peroxisome, mitochondria and vacuole of the cell organelles. After 30 days, The hepatocyte has been observed in disconnected ribosomes on a rough endoplasmic reticulum. There was looked a giant lipoblast. There was clearly normal observed a mitochondria and nucleus membrane in the hepatocyte after alliin injection. aslo, It was no damaged the nucleus membrane. therefore, It was identified portion a radio-protector effect from alliin.
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문제 정의
따라서 본 연구는 전신 방사선 피폭 시 간 세포에서 핵과 세포질 및 소기관들의 손상 형태와 저항성과 감수성 변화를 알아보고 소기관의 손상 시 최소화 할 수 있는 연구를 위해 마늘성분의 알리인을 투여하여 투과전자현미경을 통한 초미세구조로 방어효과를 알아보고자 하였다.
제안 방법
방사선 조사는 선형가속기(Clinac 21 EX-S, USA, 2006)을 이용하여 6Mev X선으로 대향이문조사를 실시하였다. SSD는 98 cm으로 고정하고 심부 선량을 2 cm로 한 다음 전신 7 Gy로 X선을 조사하였다.
그리고 epon resin (polyscience)에 포매하여 60℃ 배양기에서 48시간 중합하여 block을 제작하였다. ultra microtome (Leica, Ultra-S, 2003)을 이용하여 80 nm로 박절 후 uranyl acetate (Polyscience)와 lead nitrate (Polyscience)로 이중 염색하여 투과전자현미경 (H-7000, Hitachi, Japan)을 통하여 관찰하였다.
간 조직의 시료제작을 위해 약품처리는 glutaraldehyde (2.5%, Polyscience)에서 3시간 동안 전고정하고, osmmium tetraoxide (1%, Polyscience)로 1시간 30분 후 고정 하였다. 이후 ethyl alcohol (Merck)을 사용하여 계대 탈수과정을 시행하고, propylene oxide (Merck)로 치환하였다.
이후 ethyl alcohol (Merck)을 사용하여 계대 탈수과정을 시행하고, propylene oxide (Merck)로 치환하였다. 그리고 epon resin (polyscience)에 포매하여 60℃ 배양기에서 48시간 중합하여 block을 제작하였다. ultra microtome (Leica, Ultra-S, 2003)을 이용하여 80 nm로 박절 후 uranyl acetate (Polyscience)와 lead nitrate (Polyscience)로 이중 염색하여 투과전자현미경 (H-7000, Hitachi, Japan)을 통하여 관찰하였다.
방사선조사는 가로 30 cm × 세로 30 cm로 특수 제작한 상자에 넣고 윗 부분은 투명 아크릴로 덮고 높이를 같게 하였다. 방사선 조사는 선형가속기(Clinac 21 EX-S, USA, 2006)을 이용하여 6Mev X선으로 대향이문조사를 실시하였다. SSD는 98 cm으로 고정하고 심부 선량을 2 cm로 한 다음 전신 7 Gy로 X선을 조사하였다.
실험동물은 200~250 g의 흰쥐는 24마리를 대조군과 실험군으로 나누어 방사선 조사와 알리인 투여를 실시하였다. 실험방법은 방사선 조사 후 15일, 20일, 30일, 40일 간격으로 대조군과 실험군을 희생시킨 후 간 조직을 적출하여 시료로 사용하였다.
실험동물은 200~250 g의 흰쥐는 24마리를 대조군과 실험군으로 나누어 방사선 조사와 알리인 투여를 실시하였다. 실험방법은 방사선 조사 후 15일, 20일, 30일, 40일 간격으로 대조군과 실험군을 희생시킨 후 간 조직을 적출하여 시료로 사용하였다.
본 실험에 사용된 알리인의 성분 분리는 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)로 정제된 것으로 90% 이상으로 동결 건조된 분말 10 mg을 2개를 사용하였다. 알리인의 투여는 흰쥐를 고정틀에 고정시킨 후 꼬리정맥을 통하여 투여하였다. 투여량은 생리식염수 5 ml에 알리인 분말 10 mg을 희석하여 방사선 조사 전 흰쥐 한 마리당 희석된 1 ml, 즉 알리인 2 mg을 정맥 주사하였다.
알리인의 투여는 흰쥐를 고정틀에 고정시킨 후 꼬리정맥을 통하여 투여하였다. 투여량은 생리식염수 5 ml에 알리인 분말 10 mg을 희석하여 방사선 조사 전 흰쥐 한 마리당 희석된 1 ml, 즉 알리인 2 mg을 정맥 주사하였다.
대상 데이터
간조직의 방사선 방어효과를 알아보고자 사용된 시약은 SIGMA-ALDRICH Korea에서 구입한 알리인(Synonym: 3-(2-Propenylsulfinyl)-L-alanine, S-Allyl-L-cysteine sulfoxide, L-Alliin)을 사용하였다. 본 실험에 사용된 알리인의 성분 분리는 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)로 정제된 것으로 90% 이상으로 동결 건조된 분말 10 mg을 2개를 사용하였다.
간조직의 방사선 방어효과를 알아보고자 사용된 시약은 SIGMA-ALDRICH Korea에서 구입한 알리인(Synonym: 3-(2-Propenylsulfinyl)-L-alanine, S-Allyl-L-cysteine sulfoxide, L-Alliin)을 사용하였다. 본 실험에 사용된 알리인의 성분 분리는 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)로 정제된 것으로 90% 이상으로 동결 건조된 분말 10 mg을 2개를 사용하였다. 알리인의 투여는 흰쥐를 고정틀에 고정시킨 후 꼬리정맥을 통하여 투여하였다.
성능/효과
30일 경과된 세포에서는 지방모세포들이 핵의 크기만큼 커다랗게 커져있는 거대구조물들이 관찰되었는데 이는 대사과정에서 간의 기능이 정상적으로 이루어지지 않고 에너지 저장의 형태로 저장되는 것으로 추측된다. 40일째 되는 간세포에서는 공포화 된 세포질의 모습들이 많이 관찰되고 소기관들의 막도 선명하지 않고 비후된 모습으로 보여 간세포에 확실한 방사선 장해를 확인할 수 있었다. 지금까지 세포손상의 방어에 관한 연구에서는 프로폴리스가 X선에 노출된 마우스 정소에 미치는 영향에서 일부 방어효과가 있는 것으로 확인되었으며14), 홍삼추출물을 사용하여 감마선 조사 전에 투여하면 신장 내 Cu, Zn-SOD(27.
핵은 1개 또는 2개의 핵을 가지고 있는 것도 있었다. 간세포는 느린 속도로 교체되는 기관이지만 재생능력이 뛰어나기 때문에 핵 주변에 당 대사에 과정에서 필요한에너지를 공급하기 위한 미토콘드리아(mitochondria; M)가 세포당 800개까지 존재하는 것으로 확인되었으며, 과산화소체(peroxisome; P)와 구별이 어려울 정도로 크기가 비슷하게 분포되어 있는 것으로 관찰되었다(Fig. 1A). 일부 세포에서는 뭉친 염색질이 핵질내에 덩어리를 이루고 있었으며 글리코겐(glycogen; GI)이 세포질 전체에 가득하게 관찰되었고, 골지체와 자가용해소체도 확인되었다(Fig.
간세포를 관찰한 결과, 다각형의 구조 크기가 20~30 ㎛ 관찰되었다. 핵은 1개 또는 2개의 핵을 가지고 있는 것도 있었다.
3A). 또한 과산화소체의 수는 줄어들고 세포질에는 활면소포체가 증가되어 있었으며 세포의 구조물 중 사립체와 소포체 등이 생리적 병적으로 자가융해되는 과정에 있는 자가융해소체(ALy)가 선명하게 관찰되었다(Fig. 3 B). 40일된 간세포에서는 리보솜(r)이 조면소포체에서 분리되어 핵 주변에서 관찰되고 미토콘드리아의 막도 일부 소실되어 가장자리의 형태가 선명하게 확인되지 않았다.
방사선에 의해 손상된 소기관들은 거의 관찰되지 않았다. 또한 글리코겐이 더욱 많이 증가되어 간 조직에서 혈중 포도당 대사의 합성과 분해가 촉진되는 것으로 나타났다(Fig. 5A,B). 40일된 세포에서는 조면소포체와 미토콘드리아가 더욱 가득하게 관찰되고 파괴되거나 손상된 소기관들은 관찰되지 않았다.
소포체에 붙어있는 리보솜은 더욱 선명하게 보였으며 40,000배 확대한 영상에서도 미토콘드리아의 내부와 외부 형태적인 손상이 없는 것으로 확인되었다. 또한 다른 소기관들에서도 특별한 이상 소견은 관찰되지 않아 알리인에 방어효과가 있는 것으로 확인되었다(Fig. 5C, D).
방사선 조사 전 알리인 투여 후 15일된 간세포는 핵막주변에 조면소포체가 선명하게 나타났으며, 단백질합성이 완성한 것으로 관찰되었다. 미토콘드리아의 관찰에서는 소포체 가장자리에 위치한 경우는 경계가 분명한 모습으로 보였으나 일부에서는 막의 구분이 분명하지 않는 부분도 확인되었다.
방사선 조사 후 15일 경과한 간세포의 투과전자현미경 관찰에서는 핵주변의 미토콘드리아와 과산화소체가 한쪽부분에 집중적으로 뭉쳐있었으며 가장자리의 경계도 선명하게 확인되지 않았다. 또한 염증반응(Imp)으로 보여지는 짙은 부분들이 미토콘드리아 주변에서 확인되었다.
방사선 조사 후 30일이 경과된 관찰에서는 지방모세포(L)의 크기가 핵의 크기만큼 커진 것이 관찰되고 작은 지방조직들도 세포질 내부에 많이 관찰되어 대사 이상으로 인한 간세포의 활동이 줄어들고 과잉 에너지가 트리아실글리세롤 형태로 지방세포로 축적된 것을 확인할 수 있었다(Fig. 3A). 또한 과산화소체의 수는 줄어들고 세포질에는 활면소포체가 증가되어 있었으며 세포의 구조물 중 사립체와 소포체 등이 생리적 병적으로 자가융해되는 과정에 있는 자가융해소체(ALy)가 선명하게 관찰되었다(Fig.
핵의 모양도 완만한 타원형에서 쭈글쭈글한 모습을 보이고 세포소기관들은 한쪽에 뭉쳐서 겹겹 보이는 부분도 관찰되었다. 방사선 피폭 후 15일된 간세포에서 급성간장해로 보이는 진한 음영으로 세포질에서 확인되는 염증성 부분도 확인되었다. 시간이 20일로 경과할수록 세포질에서 공포화 된 부분이 생기고 소기관들의 막도 파괴된 모습으로 관찰되었다.
본 실험에서도 방사선 조사군에서 세포의 크기가 줄어든 것으로 확인되었으며 세포와 세포사이 간질에서 관찰되는 혈관도 위축된 것으로 나타났다. 핵의 모양도 완만한 타원형에서 쭈글쭈글한 모습을 보이고 세포소기관들은 한쪽에 뭉쳐서 겹겹 보이는 부분도 관찰되었다.
본 연구 결과에서도 알리인 투여가 방사선 피폭에 의한 세포 손상을 줄일 수 있는 것으로 확인되었다. 특히 핵 주변의 소기관 관찰에서 조면소포체와 미토콘드리아가 대조군과 차이가 없었다.
40일된 세포에서는 조면소포체와 미토콘드리아가 더욱 가득하게 관찰되고 파괴되거나 손상된 소기관들은 관찰되지 않았다. 소포체에 붙어있는 리보솜은 더욱 선명하게 보였으며 40,000배 확대한 영상에서도 미토콘드리아의 내부와 외부 형태적인 손상이 없는 것으로 확인되었다. 또한 다른 소기관들에서도 특별한 이상 소견은 관찰되지 않아 알리인에 방어효과가 있는 것으로 확인되었다(Fig.
30일 경과한 세포에서는 거대 지방조직들이 관찰되고 조면소포체가 끊어지고 리보솜이 분리된 것으로 확인되었다. 알리인 투여한 간세포에서는 조면소포체가 핵막주변에 선명하게 관찰되었으며 글리코겐이 증가된 것으로 확인되었다.
5D). 이러한 결과를 종합해 볼 때, 본 연구는 방사선 피폭에 의한 간세포의 손상을 초미세구조로 명확하게 규명하였으며, 알리인의 방어효과를 일정부분 확인할 수 있었다. 본 연구자는 이번 연구가 간세포 손상의 기초적인 학술자료로 활용되기를 기대한다.
핵의 크기와 염색질의 변화는 차이가 없었다. 조면소포체(rER)도 핵 주변에서 관찰되었으나 대조군에 비해 풍부하지 않았으며 주변부위에서 옅게 짙은 음영으로 관찰되었다. 미토콘드리아의 수는 정상 간세포에서 관찰되는 만큼 다양하게 관찰되었으며, 일부 글리코겐이 미토콘드리아 가운데에서 들어간 것으로 관찰되었다(Fig.
따라서 세포의 단백질 합성 기능이 정상적으로 이루어지는 것으로 판단할 수 있다. 형태학적으로 배율을 X40,000배 증가하여 관찰한 영상에서도 핵막이 이중막으로 선명하게 관찰되었으며 미토콘드리아의 막도 손상되지 않는 것으로 확인되었다(Fig. 5D). 이러한 결과를 종합해 볼 때, 본 연구는 방사선 피폭에 의한 간세포의 손상을 초미세구조로 명확하게 규명하였으며, 알리인의 방어효과를 일정부분 확인할 수 있었다.
후속연구
이러한 결과를 종합해 볼 때, 본 연구는 방사선 피폭에 의한 간세포의 손상을 초미세구조로 명확하게 규명하였으며, 알리인의 방어효과를 일정부분 확인할 수 있었다. 본 연구자는 이번 연구가 간세포 손상의 기초적인 학술자료로 활용되기를 기대한다.
마늘의 효과에 대한 성분 분석은 1892년 제믈러(독일)가 최초로 분석하였으며, Diallyl Disulfide/DADS 라는 Alliin 물질이라고 규명하였다13). 특히 혈관과 혈액의 비중이 높은 간 조직에서 알리인을 활용한 방어효과 연구는 필요한 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
간조직의 위축이란?
5 Gy 1회 조사에서 간의 크기가 일시적으로 비후되고 이후 위축되어 간경변이 발생하는 것으로 알려져 있다2). 간조직의 위축은 세포가 광범위하게 파괴되어 간소엽의 규칙적인 배열이 붕괴되고 딱딱한 섬유질이 들어차 굳어지는 것이다. 이러한 방사선 피폭에 의한 간조직의 손상과 장해는 조직의 경화성 위축으로 인한 복수를 초래하여 황달로 진행된다2,3).
방사선 전신조사 후 가장 민감하게 작용하는 기관은?
방사선 전신조사 후 가장 민감하게 작용하는 기관은 생식기관과 조혈기관 및 점막으로 구성된 조직으로 알려져 있다1). 그 중 간은 중등도의 방사선감수성을 가지고 있지만 혈액이 많이 분포되어 혈전이나 출혈이 발생되어 장해를 일으킨다.
간은 방사선 전신조사 후 어떤 장해를 일으키는가?
방사선 전신조사 후 가장 민감하게 작용하는 기관은 생식기관과 조혈기관 및 점막으로 구성된 조직으로 알려져 있다1). 그 중 간은 중등도의 방사선감수성을 가지고 있지만 혈액이 많이 분포되어 혈전이나 출혈이 발생되어 장해를 일으킨다. 지금까지 알려진 연구결과에 의하면 7.5 Gy 1회 조사에서 간의 크기가 일시적으로 비후되고 이후 위축되어 간경변이 발생하는 것으로 알려져 있다2). 간조직의 위축은 세포가 광범위하게 파괴되어 간소엽의 규칙적인 배열이 붕괴되고 딱딱한 섬유질이 들어차 굳어지는 것이다.
참고문헌 (15)
Eric J. Hall, Amato J. Giaccia,: Radiobiology for the Radiologist, 6th ed, Lippincott Willams & Wilkins, USA, 327-348, 2006
Park YS, Kim HT, Go SJ, Lee SS.: Radiobiology, 2nd ed, JMK, 170-172, 2016
Kang SS, Go IH, Kim KG et al.: Radiation Biology, 3rd ed, Chung-GU, 142-172, 2015
Tae-Jeong Ji, Kyung-Rae Dong, Woon-Kwan Chung.: The Study of Radiation Damage Mechanism on Ultra-Structures of Leukocytes and Platelets in Rat Cells, Spectroscopy Letters, vol 45, 48-54, 2012
Ji Hoon Lee, Tae Jeong Ji, Eul Won Seo.: Effect of Propolis Feeding on Rat Tissues Damaged by X-ray Irradiation, JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, vol.32(2), 1-7, 2007
V S Bankova, S Popov and N L Marekov.: A study on flavonoids of propolis, J Nature Prod, Vol 46(4), 471-474, 1983
Kim D J and Chang C C.: The effect of red Ginseng extracts on antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation of the kidney in ${\gamma}$ -postirradiated mice, Korean J Ginseng Sci, vol 18, 25-31, 1994
Kim D Y and Chang J C.: Radioprotective effect of ginseng components on antioxidant enzymes glutathione and lipid peroxidation of liver in ${\gamma}$ -irradiation mice, Korean J Ginseng Sci, vol 22, 1-10, 1998
Ji Tae Jeong.: A Study on Radio-Protection Mechanism of Platelet Cells After Injection of Alliin, Journal of radiological science and technology, Vol 33(3), 185-191, 2010
Ali M, Al-Qattan KK, Al-Enezi F, Khanafer RM, Mustafa T.: Effect of allicin from garlic powder on serum lipids and blood pressure in rats fed with a high cholesterol diet, Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids, 62(4), 253-259, 2000
Salman H, Bergman M, Bessler H, Punsky I, Djaldetti M.: Effect of a garlic derivative(alliin) on peripheral blood cell immune responses, Int J Immunopharmacol, 21(9), 589-597, 1999
Srivastava KC, Tyagi OD.: Effects of a garlic- derived principle (ajoene) on aggregation and arachidonic acid metabolism in human blood platelets, Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids, 49(2), 587-595, 1993
Ali M, Al-Qattan KK, Al-Enezi F, Khanafer RM, Mustafa T.: Effect of allicin from garlic powder on serum lipids and blood pressure in rats fed with a high cholesterol diet, Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids, 62(4), 253-259, 2000
Tae-Jung Ji, Jong-Sik Kim, Hyung-Jin Jeong, Eul-Won Seo.: Rsdioprotective Effect of Propolis on the Mouse testis Exposed to X-ray, J of Life Science, vol 17(5), 664-670, 2007
Kim, D. J and C. C. Chang.: The effect of red ginseng extracts on antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation of the kidney in ${\gamma}$ -postirradiated mice, Korean J. Ginseng Sci, 18, 25-31, 1994
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