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Kafe 바로가기주관연구기관 | 고려대학교 Korea University |
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연구책임자 | 조봉래 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2012-07 |
과제시작연도 | 2011 |
주관부처 | 교육과학기술부 |
사업 관리 기관 | 한국연구재단 |
등록번호 | TRKO201300019676 |
과제고유번호 | 1345152019 |
사업명 | 도약연구지원사업 |
DB 구축일자 | 2013-09-14 |
키워드 | 이광자 표지자.이광자 추적자.유기 형광 센서.이광자 현미경.생체영상.생명현상.two-photon probe.two-photon tracer.organic fluorescent sensor.two-photon microscopy.bioimaging.enzyme activity. |
연구의 목적 및 내용
이 연구는 칼슘(II), 아연(II), 구리(I), 수은(II), 양성자 등과 같은 양이온과 글루코오스, 타이올(thiol) 등과 같은 중성 분자 및 lipid raft와 lysosome 등과 같은 소기관을 검출할 수 있는 이광자 표지자를 합성하고, 살아있는 세포와 조직(tissue)내에서 이들 농도의 동적 변화 등을 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 규명하는 데 그 목적을 두었다.
연구결과
이 연구의 대표적인 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 칼슘 이온 이광자 표지자:
연구의 목적 및 내용
이 연구는 칼슘(II), 아연(II), 구리(I), 수은(II), 양성자 등과 같은 양이온과 글루코오스, 타이올(thiol) 등과 같은 중성 분자 및 lipid raft와 lysosome 등과 같은 소기관을 검출할 수 있는 이광자 표지자를 합성하고, 살아있는 세포와 조직(tissue)내에서 이들 농도의 동적 변화 등을 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 규명하는 데 그 목적을 두었다.
연구결과
이 연구의 대표적인 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 칼슘 이온 이광자 표지자: 세포내에 존재하는 칼슘이온을 검출할 수 있는 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직에서 hyppocampus영역의 세포질에 존재하는 아연 이온의 농도 분포를 관찰하였다.
(2) 세포막 칼슘이온 이광자 표지자: 세포막 칼슘 이온 표지자를 합성하여 세포막에 존재하는 칼슘이온 채널을 관찰하였으며, 소듐 이온 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직의 hyppocampus영역에 존재하는 소듐 이온의 농도 분포를 관찰하였다. 또한 세포막 칼슘이온과 소듐이온 표지자를 염색한 조직에서 칼슘/소듐 교환을 이중 채널 영상으로 관찰하였다.
(3) 아연이온 이광자 표지자: 세포질에 존재하는 아연이온을 검출할 수 있는 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직에서 hyppocampus영역에 존재하는 아연 이온의 농도 분포를 관찰하였다.
(4) 마이토콘드리아 선택적인 아연이온 표지자: 마이토콘드리아에 존재하는 아연이온을 검출할 수 있는 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직에서 hyppocampus영역의 마이토콘드리아에 존재하는 아연 이온의 농도 분포를 관찰하였다.
(5) 구리 이온 이광자 표지자: 세포내에 존재하는 구리이온을 검출할 수 있는 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직에서 hyppocampus영역에 존재하는 구리 이온의 농도 분포를 관찰하였다.
(6) 수은 이온 이광자 표지자: 수은 이온 이광자 표지자를 합성하여 송사리의 각 기관에 존재하는 수은 이온의 농도를 이광자 현미경으로 측정하여 환경오염에 활용할 수 있다는 가능성을 확인하였다.
(7) lipid raft 이광자 추적자: lipid raft 이광자 추적자를 합성하여 살아있는 세포와 조직에서 lipid raft를 관찰하였다.
(8) Thiol 이광자 표지자: Thiol 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직에서 hyppocampus영역에 존재하는 thiol의 분포를 관찰하였다.
(9) 글루코오스 이광자 추적자: 글루코오스 이광자 추적자를 합성하고 이 표지자를 염색한 대장암 환자의 정상 조직과 암 조직의 이광자 현미경 사진으로 부터 암의 조기진단 가능성을 확인하고, 이 조직에 항암제를 투여한 후 찍은 이광자 현미경 사진으로부터 항암제의 screening에 활용할 수 있다는 가능성을 확인하였다.
(10) 이광자 pH 표지자와 라이소좀 추적자: 다양한 구조의 이광자 pH표지자를 합성하여 살아있는 세포와 조직내에서 lysosome의 위치를 확인하고, 살아 있는 쥐의 뇌 조직의 hyppocampus영역에 존재하는 산성 소포체의 활동을 실시간 동영상으로 관찰하였다.
(11) 이광자 가변색 pH 표지자: 이광자 가변색 pH표지자를 합성하여 역류성 식도염 환자의 위와 식도의 각 부위에서 pH를 측정하는 데 성공함으로써 이 표지자를 역류성 식도염의 진단과 예후 측정에 사용할 수 있다는 가능성을 확인하였다.
연구결과의 활용계획
이 연구에서 확립한 이광자 표지자의 설계와 합성 지식은 원하는 목적에 사용할 수 있는 다수의 이광자 표지자를 합성하는 데 활용할 계획이다. 이 연구에서 합성한 이광자 표지자는 생체 영상에 바로 적용할 수 있으며, 이와 같은 물질을 이용하면 살아있는 생체 시료의 실시간 영상이 가능하다. 따라서 이 연구결과는 생물학적 현상을 분자 수준에서 이해하고, 질병의 조기 진단에 사용할 수 있는 진단의약의 개발에 필요한 토대를 구축하는 데 활용할 계획이다
Purpose & contents
The main objective of this research is to synthesize two-photon (TP) probes for Zn(II), Ca(II),proton, glucose, thiols, lipid rafts, and lysosomes and to visualize their location and biological activities in the live cells and living tissues. For this purpose, we have synthesiz
Purpose & contents
The main objective of this research is to synthesize two-photon (TP) probes for Zn(II), Ca(II),proton, glucose, thiols, lipid rafts, and lysosomes and to visualize their location and biological activities in the live cells and living tissues. For this purpose, we have synthesized a variety of TP probes and tracers, studied their photophysical properties, and investigated the location and biological activities of the target species by two-photon microscopy (TPM).
Result
In this project, we have developed 30 TP probes for various applications. The most important results are summarized below.
(1) TP probes for Ca(II) ion: We have developed a series of TP probes with different dissociation constants for cytosolic Ca(II) and visualized the Ca(II) ions in live cells and deep inside a living tissue by TPM.
(2) TP probes for membrane Ca(II): We have developed a TP probe for membrane Ca(II) and visualized the Ca(II)/Na(I) exchange in live cells by dual-color imaging using TPM.
(3) TP probes for Zn(II) ion: We have developed a series of TP probes with different dissociation constants for cytosolic Zn(II) and visualized the cytosolic Zn(II) ions in live cells and deep inside a living tissue by TPM.
(4) TP probes for mitochondrial Zn(II) ion: We have developed a TP probe for mitochondrial Zn(II) and visualized the mitochondrial Zn(II) ions in live cells and deep inside a living tissue by TPM.
(5) TP probes for Cu(I) ion: We have developed a TP probe for Cu(I) and visualized the Cu(I) ions in live cells and deep inside a living tissue by TPM.
(6) A TP probe for Hg(II): We have developed a TP probe for Hg(II) and visualized the Hg(II) ions in live fish organs by TPM.
(7) A TP probe for lipid rafts: We have developed a TP turn-on probe for lipid rafts, which emit strong TP excited fluorescence in the rigid domain in the cell membrane, and visualized the lipid rafts in live cells and deep inside a living tissue by TPM.
(8) A TP probe for thiols: We have developed a TP probe for thiols and visualized the thiol distribution in live cells and deep inside a living tissue by TPM.
(9) TP tracer for glucose: We have developed a TP tracer for glucose and measured the glucose uptake rates in the normal and colon cancer tissues. This result may be useful for the early diagnosis of colon cancer and screening of anti cancer drugs.
(10) A TP tracer for lysosome: We have developed a TP tracer for lysosome and visualized the the location of lysosomes in live cells by dual-color imaging using TPM.
(11) A ratiometric TP probe for pH: We have developed a ratiometric TP probe for pH and measured the pH of the esophagus of normal and GERD patients. This probe may be useful for the diagnosis of NERD.
Expected Contribution
The TP probes developed in this study will find immediate applications in biology and medicine; understanding the biology at the molecular level, early diagnosis of various diseases, and screening of customized drugs. Moreover, the design and synthesis strategy developed in this study will be useful for the development of other TP probes for specific applications.
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
기대효과(Effect) : | - |
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