[보고서]백반증 개선을 위한 새로운 광역학 치료방법 및 기전연구

김병국

백반증 개선을 위한 새로운 광역학 치료방법 및 기전연구
New photodynamic therapy and mechanism study for improvement of vitiligo 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	전남대학교 Chonnam National University
연구책임자	김병국
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2022-03
과제시작연도	2021
주관부처	과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT
등록번호	TRKO202200014560
과제고유번호	1711140659
사업명	개인기초연구(과기정통부)(R&D)
DB 구축일자	2022-11-09
키워드	광감작제.LED 광조사.백반증.멜라닌 생성.밀몽화.photosensitizer.light irradiation.vitiligo.melanogenesis.Buddleja officinalis.

초록 ▼

연구개요
가시광선 영역 내에서의 광조사 (light irradiation) 및 천연물의 병합 치료가 백반증과 같은 멜라닌 저색소 질환에 미치는 효과 및 이에 관여하는 기전을 밝히고, 각 빛의 파장에 선택적으로 작용하는 광감작제 (photosensitizer)서의 다양한 파이토케미칼을 동정하여 그 기능을 규명하고자 함

연구 목표대비 연구결과
1) 15종의 천연물의 멜라닌 세포인 B16F10에 대한 세포독성을 확인하여 5종의 천연물 후보군을 일차적으로 선별함
2) 5종의 후보군에서 활성형광감제 후보물질 선별을 위해 멜라닌 생성 및 멜라닌 생성 효소의 활성 측정과 가시광선 파장에 따른 멜라닌 생성을 확인하여 최종적으로 1종의 천연물(Buddleja officinalis, BO) 선정
3) 선별된 천연물인 밀몽화의 광 조사 조건에 따른 멜라닌 생성 효능을 확인한 결과 밀몽화와 청색 광조사의 동시처리 그룹에서 가장 높은 효능을 보임
4) 밀몽화와 청색 광조사 병용조합은 세포 내 활성산소종(ROS)의 발생을 증가시켰으나, 세포 손상이나 apoptosis를 유도하지 않음을 확인
5) 밀몽화와 청색 광조사의 병용조합은 cAMP/PKA 경로의 활성화를 통해 멜라닌 합성을 일으키고, adenyl cyclase에 의해 TYR, MITF, TRP-1 및 TRP-2의 자극을 초래하여 멜라닌 생성을 유도시킴을 확인
6) keratinocyte, melanocyte의 co-culture를 통해 실제 피부에 가까운 모델을 구축하고 BO-IR에 의해 발생되는 멜라닌의 이동성을 관찰하기 위해 Fontana-masson 염색을 통해 멜라닌 분포를 시각화하였고, 그 결과 BO-IR 그룹에서 생성된 멜라닌이 keratinocyte로 이동됨을 확인함
7) 멜라닌 세포에서 생성된 멜라닌은 RAB27A, RAB11B 등의 단백질 수송체를 통해 keratinocyte로 이동하는 것으로 확인되나 추가적인 매커니즘 연구가 필요함
8) 본 연구를 통해 멜라닌 생성을 촉진하는 밀몽화와 청색 광조사의 병용조합이 백반증을 포함하는 멜라닌 저색소피부 질환 치료를 위한 부작용을 감소시킬 수 있는 치료 방법으로써의 적용 가능성을 확인하였으며 실제 임상적용을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료됨

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
1) 광에 의한 피부질환 예방 및 치료 효과에 대한 본 연구결과를 토대로 다양한 빛 파장에 의한 피부의 활성화 요건에 대한 분자적 이해 증대
2) 약리적 활성을 가진 천연물과 광 조사 요법의 적용을 통해 세포 간 신호전달 조절 및 면역반응 조절 등 저색소 피부질환 개선을 위한 치료법 개발 방향성 확대
3) 백반증에 도움이 되는 천연물을 탐색, 선별된 약제에 대한 추적 조사가 가능해짐으로써 ‘미개척’ 백반증 분야 연구 집중 및 치료제 개발 기여
4) UV 자외선 파장대에 부작용을 나타내는 환자(광독성 및 광알레르기 반응)에 대해 본 연구 결과를 토대로 새로운 광역학 치료방법으로써의 개발 가능성을 보여줌에 따라 치료의 제한성 극복에 기여

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

표지 ... 1
연구결과 요약문 ... 2
목차 ... 3
1. 연구개발과제의 개요 ... 4
2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
3) 목표 달성 수준 ... 11
4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
6. 참고문헌 ... 13
[붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
[붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
끝페이지 ... 30

표/그림 (9)

표 Cell viability, melanin content, and tyrosinase activity in B16F10 cells treated with natural products and light-emitting diode irradiation. To determine the cytotoxicity of the natural products, B16F10 cells were treated with concentrations of 0, 1, 5, 10, 20, and 25 μg/mL. (a) Cells were treated with various concentrations of each natural product for 24 h and cell viability was measured using an MTT assay. (b) Melanin content and tyrosinase (TYR) activity were measured by optical density, following treatment with the five natural products. (c) Cell viability was measured under the same conditions as described above. (d) Melanin content and TYR activity in response to natural products with light-emitting diode irradiation (IR). *p < 0.01, **p < 0.001, and ***p < 0.0001 vs untreated control cells
표 Distribution of melanin and morphological changes in B16F10 cells treated with BO-IR. α-MSH was used as a positive control. Cells were treated with α-MSH 10 mM for 24 h. (A) Melanin content was evaluated. *p < 0.01, **p < 0.001, and ***p < 0.0001 vs the α-MSH-treated cells (B) The dendrite lengths in each treatment group were plotted using ImageJ software. (C) Intracellular melanin distribution in randomly selected cells
표 Expression of melanogenic enzymes and mitogen-activated protein kinase pathway-related proteins in B16F10 cells in response to BO-IR. Western blot was used to evaluate (A) melanogenic enzyme proteins: PKA, p-CREB, CREB, MITF, TYR, TRP-1, and TRP-2, and (B) MAPK pathway-related proteins: p-ERK, ERK, p-JNK, JNK, p-p38, and p38. Anti-β-actin antibody was used for normalization. *p < 0.1, **p < 0.01, and ***p < 0.001 vs the control
표 Effect of BO-IR treatment on ATP levels and cAMP accumulation. B16F10 cells were treated with 10 μg/mL BO for 24 h and then irradiated with Blue-IR for 1 h. (a) Intracellular ATP and (b) cAMP levels were measured after incubation for the indicated durations
표 Reactive oxygen species (ROS) levels in B16F10 cells treated with BO-IR. (A) The green fluorescence of 2′,7′-dichlorodihydrofluorescein diacetate (DCF-DA), which represents intracellular ROS levels, was detected by confocal microscopy. The fluorescence intensity of DCF-DA was evaluated using ImageJ software. *p<0.1, **p<0.01, and ***p<0.001 vs the control
표 Effect of intercellular DNA fragmentation, and JC-1 and Annexin-V staining by ROS generation. (a) DNA fragmentation assays were performed to evaluate apoptosis. In this DNA fragmentation assay, fluorescein-dUTP was incorporated at the free 3′-hydroxyl ends of the fragmented DNA via terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick-end-labeling (TUNEL) and detected by confocal microscopy (200×). (b) Maintenance of mitochondrial membrane potential (ΔψM) in B16F10 cells following BO-IR treatment, as determined by JC-1 staining and flow cytometric analysis. For JC-1 staining, the green fluorescence decreased as apoptosis increased. (c) Representative dot plot data showing early and late apoptosis, as determined by annexin V assay
표 Investigation of the melanogenensis main signaling pathway of BO-IR. The incubated B16F10 cells with 50 mM Sq22536 (an adenylyl cyclase (AC) inhibitor) for 30 min before BO-IR treatment. After 30 min, the Dulbecco’s modified Eagle’s medium (DMEM) containing each inhibitor was removed and the cells were treated with BO-IR. (a) Melanin content measurement. (b) Graph depicting the changes in TYR and melanin levels following treatment with Sq22536 inhibitor
표 Investigation of melanin transport mechanism in co-culture models. The initial seeding ratio of keratinocytes to melanocytes was 5:1. The cells were then stained (A) Fontana-Masson staining (upper panels) and TYR-immunohistochemistry (lower panels) observed by microscopy with low magnification (X 200) and high magnification (X 400)
표 Investigation of melanin transport mechanism in co-culture models. (B) The transport-related genes and biosynthesis genes in levels of RAB27A andRAB11B, MLANA, GRP148, HPS1, and SILV. Equal protein loading was confirmed by the antibody reaction to control. **p<0.001, and ***p<0.0001 vs. non-treated control. (C) RAB27A labelling observed by confocal microscopy with high magnification (X 200)

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