초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 초분극 13C pyruvate 대사영상을 시행하였을 때 당뇨 전기에서는 당대사가 증가되지만 오히려 제2형 당뇨병이 되었을 때에는 대조군과 차이가 발생하지 않았다는 선행 연구결과를 기반으로 하여 제2형 당뇨병 동물모델에서는 당대사가 감소되었다 할지라도 glutamate를 이용하여 대사반응을 증가함으로써 ROS를 증가시키고 결국은 인지장애를 유발할 것이라는 가설로부터 본 연구를 계획하였다. 따라서 치매와 같은 인지장애를 조기에 진단 할 수 있는 자기공명 영상 바이오 마커를 개발하기 위한 연구로서, 인지장애가

□ 연구개요
본 연구는 초분극 13C pyruvate 대사영상을 시행하였을 때 당뇨 전기에서는 당대사가 증가되지만 오히려 제2형 당뇨병이 되었을 때에는 대조군과 차이가 발생하지 않았다는 선행 연구결과를 기반으로 하여 제2형 당뇨병 동물모델에서는 당대사가 감소되었다 할지라도 glutamate를 이용하여 대사반응을 증가함으로써 ROS를 증가시키고 결국은 인지장애를 유발할 것이라는 가설로부터 본 연구를 계획하였다. 따라서 치매와 같은 인지장애를 조기에 진단 할 수 있는 자기공명 영상 바이오 마커를 개발하기 위한 연구로서, 인지장애가 발생한 제2형당뇨(T2DM) 동물모델에서 초분극 [1-13C]glutamate 영상이 인지장애를 조기에 진단 평가할 수 있는지를 연구 검증하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구를 위해서는 1차 년도에는 초분극 13C glutamate probe를 최적화 하기 위한 연구를 수행하였다. 현재 대부분의 연구는 초분극 13C pyruvate 대사 probe를 이용하는 반면 13C glutamate probe의 최적화에 대한 정보가 매우 한정적이기 때문에 본 연구 진행을 위해 probe 최적화는 매우 필요한 요소이다.
본 연구자는 MRI에서 detection이 가능할 수 있는 수준의 polarization level을 획득하기 위하여 probe를 최적화 한 결과 1.96% 정도의 polarization level에서 13.52%까지 그 level을 향상시킴으로써 MRI에서 detection이 가능한 수준까지 도달하였다. 그러나 Brain영상 획득에서 glutamate는 blood brain barrier(BBB)를 잘 통과하지 못하였기 때문에 이를 개선하기 위하여 mannitol perfusion을 통해 BBB를 확장하는 기술을 획득하였다.
반면 본 연구자의 가설이라면 T2DM에서는 glutamate의 양이 증가될 것이라 예상하였기에 영상학적인 방법으로 brain의 glutamate의 양을 정량화하는 Glutamate CEST 기술을 적용하여 대조군, 당뇨전기, 제2형 당뇨병에서 시행한 결과 13C pyruvate 결과와 유사하게 당뇨전기에는 증가되다가 당뇨병에서는 오히려 감소되는 결과를 확인하였다. 또한 glutamate를 aKG로 전환하여 TCA cycle에 참여하게 하는 효소인 GOT의 발현 자체도 T2DM의 Cortex와 hippocampus에서 모두 감소되어있어 T2DM에서는 glutamate의 대사반응이 증가될 것이 명확하지 않을 뿐 아니라 초분극 13C glutamate를 이용하여 brain 대사 영상 quality 있는 대사영상획득이 어렵다 판단하였다.
이에 본 연구자는 다시 초분극 13C pyruvate를 이용하는 연구를 진행하되 brain mapping을 하는 연구를 진행하였다. 그 결과 당뇨전기에서는 뇌 전반적으로 glucose대사가 증가하여 13C lactate가 증가된 반면 제2형 당뇨병에서는 인지기능을 담당하는 해마영역에서만 13C lactate의 생성이 증가된다는 것을 확인함으로써 인지기능저하를 조기에 진단할 수 있는 probe로는 오히려 13C pyruvate를 통하여 brain mapping 영상을 획득하는 것이 좋을 것이라는 결과를 얻게 되었다.
또한 본 연구자는 제2형 당뇨병 동물모델의 뇌조직에서 molecular work을 통해 제2형 당뇨병의 해마에서는 glucose를 uptake하는 능력은 떨어짐에도 오히려 lactate 생성을 증가시키는 대사반응이 증가되는 결과는 섭취되는 glucose 이외의 다른 경로를 통해 lactate 생성을 증가시킬 것이라는 연구결과를 도출하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구결과를 통해 현재 13C pyruvate probe 뿐 아니라 새로운 영상 프로브로 13C glutamate probe가 영상획득이 가능하도록 probe를 최적화 하였고 이 13C glutamate probe는 다른 질환에 적용하여 영상획득이 가능한 수준에 도달하였다.
초분극 13C pyruvate probe를 이용하여 brain을 mapping하고 hippocmapus 영역에서 영상을 획득하는 것이 인지기능저하를 조기에 진단할 수 있는 가능성이 높다는 연구결과를 도출하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 최종 목표 ... 4
• 1-2 연구가설. ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2-1. (substrate) 최적화: ... 4
• 2-2. Brain chemical shift imaging 결과 ... 4
• 2-3. Glutamate CEST 이미징 ... 5
• 2-4. 13C glutamate probe 및 동물모델 최적화 ... 6
• 2-5. 제 2형 당뇨병 마우스 모델에서 적출하고, Glutamate 대사 관련된 효소 및 Transaminase 및TCA cycle 효소의 activity 분석 ... 7
• 2-6. 제 2형 당뇨병 동물모델 ... 7
• 2-6. 제2형 당뇨모델의 뇌 에너지 대사의 특징 규명 ... 8
• 2-7. glucose 감소시에 lactate를 공급할 수 있는 대사경로 규명 및 검증 ... 10
• 2-8. 3X TgAD 알츠하이머 동물에서 초분극 13C pyruvate 대사영상시행. ... 11
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 11
• 4. 참고문헌 ... 12
• 5. 연구성과 ... 16
• 끝페이지 ... 16