보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교병원 Seoul National University Hospital |
보고서유형 | 연차보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-11 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
식품의약품안전평가원 National Institute of Food and Drug Safety Evaluation |
연구관리전문기관 |
식품의약품안전평가원 National Institute of Food and Drug Safety Evaluation |
등록번호 |
TRKO201400011909 |
과제고유번호 |
1475007329 |
사업명 |
안전성관리 기반연구 |
DB 구축일자 |
2014-07-26
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키워드 |
영장류.동물자원.파킨슨병.알츠하이머병.Nonhuman primates.Animal resources.Parkinson's disease.Alzheimer's disease.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201400011909 |
초록
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○ 연구목표
○ 최근 정보화, 지능화, 고령화 사회의 진행에 따라 뇌에 관한 연구는 21세기의 핵심과제로 추진되고 있고, 노령층에 호발하는 퇴행성 뇌질환은 국가적으로 막대한 의료비 지출뿐만 아니라 커다란 사회/경제적 문제를 야기하고 있음. 대표적 퇴행성뇌신경질환인 파킨슨병 (Parkinson's disease; PD)과 알츠하이머병 (Alzheimer'sdisease; AD)은 원인미상에 의해 뇌신경세포의 선택적인 사멸로 인해 발생하는 것으로 아직까지 질병의 발생이나 진행을 완치할 수 있는 방법이 없는 실정이다.
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○ 연구목표
○ 최근 정보화, 지능화, 고령화 사회의 진행에 따라 뇌에 관한 연구는 21세기의 핵심과제로 추진되고 있고, 노령층에 호발하는 퇴행성 뇌질환은 국가적으로 막대한 의료비 지출뿐만 아니라 커다란 사회/경제적 문제를 야기하고 있음. 대표적 퇴행성뇌신경질환인 파킨슨병 (Parkinson's disease; PD)과 알츠하이머병 (Alzheimer'sdisease; AD)은 원인미상에 의해 뇌신경세포의 선택적인 사멸로 인해 발생하는 것으로 아직까지 질병의 발생이나 진행을 완치할 수 있는 방법이 없는 실정이다.
○ 1998년 뇌연구 촉진법이 제정되었으나, 전임상 연구에 활용되는 모델동물은 설치류, 고양이 등 소형동물을 이용한 연구수준으로, 이들의 병리양상과 증상이 환자에서 관찰되는 것과 많은 차이를 보이고 있어, 모델동물을 이용한 유효성 평가연구 결과를 토대로 임상시험을 시행할 경우 많은 문제점을 안고 있다.
○ 뇌연구는 영장류를 이용한 연구가 세계적인 경향임에도 불구하고, 영장류자원 확보가 어렵고, 연구시설 확보․취급이제한적이고, 인수공통감염병의 위험성, 윤리적 부담 등으로 부진한 상황임.
○ 본 연구의 최종목표는, 국내 연구기관 협동으로 영장류를 이용한 뇌질환 연구지원으로 영장류 연구를 활성화하고 실제 의약품 개발 등 평가기술을 확립하고자 하며, 뇌질환 연구용 영장류의 자원 확보 및 의약품 평가적용 기반을 마련하는데 있다.
○ 연구내용
㈎ 연구용 영장류 모델 확보 - Common marmoset 도입
ㆍ 구세계원숭이인 Rhesus monkey와 Cynomolgus monkey가 근래까지 뇌연구에 많이 사용되어 왔다. 그러나 영장류로서 장점이 많은 반면에 다루기 어렵고, 특수시설을 요하며, 인수공통전염병의 우려, 멸종 위기 동물로서의 문제 및 공급의 불안전성이라는 단점도 부각되고 있다.
ㆍ 최근 연구에 의하면, 이러한 구세계원숭이를 이용한 PD model은 질환 모델로서의 유도기간이 길고, 모델로서의 지속기간이 비교적 짧아서 동물실험에서 불안정성, 비용적인 문제가 부각되고 있다.
ㆍ 반면, 신세계원숭이 중 하나인 Common marmoset은 작고, 다루기 쉬우며, 인수공통전염병도 적으면서, 다산성으로 이러한 단점을 보완할 수 있는 실험동물로 부각되고 있다. 최근 연구에 따르면, 구세계원숭이보다 모델유도기간이 짧고, 지속시간도 비교적 길어서 퇴행성 모델동물로써 장점이 부각되고 있다.
㈏ PD/AD 영장류 모델을 위한 Neurotoxin 및 투여물질의 선택
– PD 모델 : MPTP, 6-OHDA; AD 모델 : Aβ
ㆍ PD 질환모델을 PubMed에서 검색하여 보면 약 5,300여건의 자료를 찾을 수 있는데, 그 중 약물투여에 의한 질환유발은 MPTP를 이용한 것이 3,300여건, 6-OHDA를 이용한 것이 2,400여건을 검색할 수 있다. 마모셋 원숭이를 이용한 PD 연구는 약 198건에 달하며, 그 중 MPTP를 이용한 것이 161건, 6-OHDA를 이용한 것이 35건이 검색된다.
ㆍ 이에 두 가지 물질의 신경독성유도효과를 알아보기 위해 2개의 유도물질을 적용, 비교분석해보고자 한다. (Curr Protoc Neurosci. 2001 / Preclinical models of Parkinson's disease. / Bankiewi cz KS, Sanchez-Pernaute R, Oiwa Y, Kohutnicka M, Cummins A, Eberling)
ㆍ 파킨슨병 모델제작
ㆍ Intravenous injection model: 2.5–3.5 kg Adult male cynomolgus monkeys 에 MPTP HCl (0.2 to 2.0 mg/kg as free base, Sigma-Aldrich)를 일주일에 1-2회씩 정맥 투여하는데 파킨슨병증상(tremor, bradykinesia, and impaired balance) 가 뚜렷해질 때까지 반복한다. spontaneous recovery의 가능성을 배제하기 위해 12주 이상 증상이 안정적인 것만을 선별해 실험에 포함시킨다.
ㆍ Subcutaneous injection model: 2.5–3.5 kg Adult male cynomolgus monkeys 에 MPTP HCl (0.2 to 2.0 mg/kg as free base, Sigma-Aldrich)를 일주일에 1-2회씩 피하 투여하는데 파킨슨병 증상(tremor, bradykinesia, and impaired balance) 가 뚜렷해질 때까지 반복한다. spontaneous recovery의 가능성을 배제하기 위해 12주 이상 증상이 안정적인 것만을 선별해 실험에 포함시킨다.
ㆍ SNpc intralesional injection model: pentobarbital (7.5 mg/kg, intramuscularly) and ketamine (10 mg/kg, i.m.)으로 마취 후 surgical frame에 고정시킨다. 6-OHDA HCl (4.0 mg/kg, Sigma-Aldrich)을 electric injector 로 주입한다. 주입부위는 M. fascicularis brain atlas를 참고하여 죄표상으로 양측의 SNpc(substantia nigra pars compacta) 부위를 target으로 하고, 수술 후 1주간 항생제를 매일 투여한다.
ㆍ AD 유도 물질로는 Yerkes National Primate center 연구진이 최근 발표한 논문(Curr Pharm Des. 2012 / Nonhumanprimatemodels of Alzheimer-like cerebral proteopathy. / Heuer E, Rosen RF, Cintron A, Walker LC.)에 따라 Aβ and tau protein 두 주요 단백질을 이용하여 유도하고자 한다. 그러나 나이가 많은 원숭이가 필요하여 실제 가능한지는 타진할 필요가 있겠다. (Metab Brain Dis. 2010 / A nonhumanprimate model of Alzheimer's disease generated by intracranial injection of amyloid-β42 and thiorphan. / Li W, Wu Y, Min F, Li Z, Huang J, Huang R.)
㈐ PD/AD 영장류 모델의 행동학적 평가와 Biomarker 분석, 영상진단학적 (MRI, PET) 분석, 혈액학적, 조직병리학적 분석을 통한 평가
ㆍ 정상 원숭이와 약물을 주입하여 만든 신경질환모델 원숭이를 이용하여 행동학적 및 영상진단학적 모니터링 방법을 개발하여 비교ㆍ평가한다.
ㆍ 이러한 기술을 바탕으로 생산한 PD/AD 모델 원숭이에서 운동능력 및 행동학적 평가를 실시한다. 또한 PET과 MRI 및 조직병리학적 검사를 통하여 질환모델로서 기능을 할 수 있을지 세밀하게 분석 및 검증을 실시하고, 이를 바탕으로 질환치료의약품 평가에 적합한 평가방법을 도출해 낸다.
ㆍ 본 주관연구기관은 최근 9.7T 고해상도 MR기기를 설치하여 설치류나 마모셋 원숭이에서 국내 최고 해상도의 MR image를 얻을 수 있으며, 조금 큰 질환모델은 연구용 3T MR을 이용할 수 있다.
ㆍ Ketamine hydrochloride (15mg/kg; Sankyo Co.)과 xylazine (1.5mg/kg; boehringer Ingelheim Vetmedica Inc.)를 intramuscular injection하여 마취함. MR compatible headholder를 사용하여 magnet에 위치시킨 후 T1 강조 영상를 획득함.
ㆍ 18F-dopa를 사용하여 PET 촬영함. Carbidopa(10mg/kg)를 PET scan 30분 전 주입. Propofol (4mg/kg/h; Zeneca Pharmaceuticals)와 vecuronium-bromide (0.25mg/kg/h; Boehringer Ingelheim Vetmedica Inc)를 continuous infusion하여 전신마취 시행함. 18F-dopa를 주입하고 90분 동안 brain radioactivity를 평가함. 18F-fluorodopa Ki image를 획득하여 MRI T1-weighted image와 coregistration함. Bilateral striatum의 영상을 평가하고 Ki values를 정량화하여 DA function을 확인.
ㆍ 영장류 파킨슨병 모델 평가 : Behavioral assessment. : 주 1회 시행 / 행동평가는 Akai등이 제안한 다음의 scoring system을 이용한다. Student’s t test를 이용해 두 그룹간의 차이의 유의성을 검증한다.
○ 연구성과
○ 실험용 영장류 도입
- 마모셋 원숭이 경우 국내에 반입되었다가 불의의 사고로 전수 폐사된 이후 실험동물 자원으로 사용할 수 없었는데, 이번 마모셋 원숭이 도입으로 PD/AD 영장류 모델 개발에 대한뿐만 아니라 연령에 따른 체중 등 변화와 같은 해부생리학적 수치와 사육, 번식 등 사육관리기술에 대한 국내 자체 기초자료를 확보할 수 있다는 기대한다.
○ PD/AD 영장류 모델 개발, 진단 기법 조사, 프로토콜 확립
- 최근 5년간 PD/AD 영장류 모델 개발과 관련한 문헌 조사와 이를 바탕으로 모델 제작, 진단 기법 프로토콜을 작성한 것과 더불어 영장류 검역, 사육관리 등을 포함하여 추후 영장류 모델을 제작하고자 하는 연구자를 위한 가이드라인을 작성 중이다.
○ PD/AD 영장류 모델 확보
- 아직 국내 PD/AD 영장류 모델 확보에 대한 보고가 없는 가운데 추후 뇌연구를 위한 영장류 모델에 대한 기반을 구축하고 연관 산업 성장을 기대한다.
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