KR101294351B1 - Method of Fluorescent thrombus imaging-based prediction of infarct volume in a stroke model - Google Patents
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Abstract
본 발명은 뇌졸중 동물 모델에서의 뇌 경색 영역의 크기를 예측하는 방법 및 뇌 경색 영역의 크기 측정으로 그 효과를 판정하는 뇌 경색 치료물질의 스크리닝 방법에 관한 것이며 보다 구체적으로 뇌 혈전의 근 적외선 형광(near-infrared fluorescent, NIRF) 이미징을 이용하여 뇌 경색 영역의 크기를 정확하게 예측하고 뇌 경색 치료 물질의 효과를 더욱 정확하게 평가하는 방법에 관한 것이다.
또한 상기의 방법에 뇌 혈류 모니터링을 결합함으로써 뇌경색 영역의 크기 예측법을 더 정확하게 하고 이를 통해 뇌경색 치료물질의 스크리닝 방법에 있어서 false negative 결과를 더 감소시킴으로써 뇌경색 치료물질의 신경보호 효과를 보다 민감하게 탐지할 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for predicting the size of a cerebral infarct area in a stroke animal model and a method for screening a cerebral infarct therapeutic material to determine its effect by measuring the size of the cerebral infarct area. The present invention relates to a method for accurately predicting the size of cerebral infarction area using near-infrared fluorescent (NIRF) imaging and more accurately evaluating the effect of a cerebral infarction therapeutic substance.
In addition, by combining cerebral blood flow monitoring with the above method, it is possible to more accurately predict the size of cerebral infarction area, and further reduce the false negative result in the screening method of cerebral infarction, thereby more sensitively detecting the neuroprotective effect of the infarct therapeutic material. It's about how to do it.
Description
본 발명은 뇌졸중 동물 모델에서의 뇌 경색 영역의 크기를 정확하게 예측하는 방법 및 뇌 경색 영역의 크기 측정을 바탕으로 그 효과를 판정하는 뇌 경색 치료물질의 스크리닝 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 뇌 혈전의 근 적외선 형광(near-infrared fluorescent, NIRF) 이미징을 이용하는 방법에 관한 것이며 이에 뇌 혈류 모니터링을 결합하여 뇌 경색 영역의 크기를 보다 정확하게 예측하는 방법 및 이에 의한 뇌 경색 치료물질의 스크리닝 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for accurately predicting the size of a cerebral infarct area in a stroke animal model and to a method for screening a cerebral infarct therapeutic material based on the measurement of the size of the cerebral infarct area. More specifically, the present invention relates to a method using near-infrared fluorescent (NIRF) imaging of cerebral thrombi, which is combined with blood flow monitoring to more accurately predict the size of cerebral infarct area and thereby It relates to a screening method.
혈전은 생체 내 반응 중 자연스럽게 생성과 분해가 평형을 이루고 있는 대사과정의 산물로서 혈액의 응고와 관련이 있다. 혈액응고는 혈관 벽의 손상, 수술 후 혈류속도의 변화에 따른 혈액 내 혈소판 수의 증가, 피브리노겐 (fibrinogen)의 증가 등 혈액조성에 변화가 생겼을 때 발생할 수 있다. Thrombus is a product of metabolic processes that naturally produce and dissociate during reactions in vivo and is related to blood coagulation. Blood coagulation may occur when blood composition changes, such as damage to the blood vessel wall, increase in the number of platelets in the blood due to changes in blood flow rate after surgery, and increase in fibrinogen.
혈전의 생성원인은 아직까지 정확하게 밝혀진 바 없으나 파종성혈관내응고병증 (disseminated intravascular coagulation, DIC)과 같은 선천적 유전질환, 신체의 노화에 따른 생리적 기능의 변화, 스트레스 등이 그 원인으로 지목되고 있으며, 특히 현대인의 과다한 업무로 인한 스트레스는 혈액응고기전에 관여하는 인자의 양에 변화를 일으켜 비정상적인 혈전을 일으키는 원인 중의 하나로 지목되고 있다. The cause of thrombus has not yet been accurately identified, but congenital genetic diseases such as disseminated intravascular coagulation (DIC), physiological changes due to aging of the body, stress, etc. Stress caused by overworking in modern people is one of the causes of abnormal thrombus by changing the amount of factors involved in blood clotting.
혈전은 지혈작용의 일환으로 생기는 물질이며 지혈은 혈관벽이 손상되어 혈액이 유출되면 이를 방지하기 위하여 혈관이 수축하고 내경이 좁아지며 혈액응고 인자들이 관여하여 혈액을 응고시킴으로써 발생한다. 지혈과정은 크게 4단계로 나눌 수 있는데 1)혈관의 수축, 2)혈소판의 응집으로 생기는 혈전형성, 3)혈액응고, 4)응고된 혈액 내 섬유성 조직의 증식 순으로 일어난다. 즉, 혈관 상처부위에서 노출된 콜라겐 (collagen)에 혈소판과 조직이 모여 혈액응고가 시작되며 이 부위에 섬유성 조직이 증식하여 혈관이 막히게 되며, 이렇게 형성된 혈전은 뇌졸중과 같은 뇌 혈관계 질환의 원인이 되기도 한다. 뇌졸중이란 뇌의 일부분에 혈액을 공급하고 있는 혈관이 막히거나 터짐으로써 그 부분의 뇌가 손상되어 나타나는 신경학적 증상을 말한다. Thrombosis occurs as part of a hemostatic effect. Hemostasis is caused by shrinking blood vessels and narrowing the internal diameter of the blood vessels to prevent them from leaking out of the blood vessels. The blood coagulation factors are involved and the blood coagulates. The hemostasis process can be roughly classified into four stages: 1) contraction of blood vessels, 2) thrombus formation due to platelet aggregation, 3) blood clotting, and 4) proliferation of fibrous tissue in the clotted blood. In other words, platelets and tissues are collected in collagen exposed at the wound of blood vessels, and blood coagulation is started, and fibrous tissue proliferates at this region, causing blood vessels to be blocked. Thus, the formed blood clot causes a cerebrovascular disease such as stroke. Sometimes. A stroke is a neurological condition in which the blood vessels that supply blood to a part of the brain are blocked or burst, resulting in damage to the brain in that part.
뇌졸중은 전 세계적으로 성인의 주요 사망 원인 중 하나로서, 뇌에 혈액 공급이 부족하게 되어서 세포가 사멸하게 된다. 허혈성 뇌졸중은 그 혈액순환 장애에 따라서 "완전 허혈"과 "부분 허혈"로 분류할 수 있으며, 완전 허혈 시에는 뇌 국소부위의 혈액순환이 완전히 차단되어 뇌의 일부분이 죽는 현상, 즉 "뇌 경색"이 발생한다. 뇌 경색 부위는 그 기능을 되살릴 수 없으며, 따라서 뇌 경색에 의한 장애는 영구적으로 남아서 큰 장애로 작용할 수 있다. Stroke is one of the leading causes of death in adults worldwide, resulting in cell death due to a lack of blood supply to the brain. Ischemic stroke can be classified into "complete ischemia" and "partial ischemia" according to its blood circulation disorder. When complete ischemia, a part of the brain dies, that is, "brain infarction" because the blood circulation of the localized brain area is completely blocked. This happens. The site of cerebral infarction cannot restore its function, so the disorder caused by cerebral infarction remains permanent and can act as a major disorder.
뇌졸중은 일단 발병이 되면 비가역적인 신경학적 손상을 남기고, 치유가 불가능하기 때문에, 원인분석과 예방이 무엇보다 중요하며 이를 위해 많은 위험인자들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Since stroke is once irreversible, it leaves irreversible neurological damage and cannot be cured. Therefore, cause analysis and prevention are the most important, and many risk factors are being actively researched.
일반적으로 뇌 경색 영역의 약 10%정도 차이에 따라 뇌 경색 질환을 앓고 있는 환자가 휠체어를 타느냐 또는 걸을 수 있느냐가 결정되는 것으로 알려져 있는바 뇌 경색 영역의 크기를 정확하게 측정하는 것은 뇌 경색 질환의 정도를 판단하는데 중요한 요소로 인식되고 있다.In general, it is known that about 10% of the cerebral infarction area is determined by whether a patient with cerebral infarction disease can ride a wheelchair or can walk. It is recognized as an important factor in determining the degree.
이러한 뇌졸중의 치료를 위하여 많은 약과 치료 기법이 개발되고 있는데, 상기와 같은 약이나 치료기법의 효용성은 그 약의 복용이나 치료로 인하여 뇌 경색 크기가 어느 정도 감소하는지를 기준으로 평가하기 때문에 뇌 경색 영역의 크기를 정확히 계산하는 것은 뇌졸중의 치료와 연구에 있어서 매우 중요한 부분에 해당한다.Many drugs and treatment techniques have been developed for the treatment of stroke, and the effectiveness of such drugs or treatment techniques is evaluated based on the extent to which the infarct size decreases due to the administration or treatment of the drug. Accurately calculating the size is an important part of the treatment and research of stroke.
즉, 종래에는 뇌졸중 동물 모델의 뇌 절편 이미지를 준비하여 이를 전문가가 육안으로 확인하여 수작업으로 뇌 경색 영역의 경계선을 지정하면, 뇌 경색 경계선 안의 면적과 잘라낸 뇌 절편의 두께를 곱하여 뇌 경색 영역의 크기를 계산하는 방법을 사용하였다. 그러나 이와 같은 방법은 뇌 경색 영역을 결정하는 전문가의 숙련도에 따라 결정 부위가 달라질 수 있어 균일한 결과가 나오기 어려웠으며, 정확도에 있어서 편차가 매우 크다는 단점과 함께, 뇌 절편마다 전문가가 뇌 경색 영역의 경계선을 세밀하게 수작업으로 수행해야 하였기 때문에 많은 시간이 소요되고, 번거로움이 따른다는 문제점이 있었다.That is, conventionally, the brain slice image of the stroke animal model is prepared and the expert visually checks it and manually specifies the borderline of the cerebral infarct area.The size of the cerebral infarct area is multiplied by the area of the cerebral infarct border line and the thickness of the cut brain section. The method of calculating the was used. However, in this method, it is difficult to produce uniform results because the determination site may vary according to the expert's skill in determining the cerebral infarction area, and the deviation is very high in accuracy. There was a problem that it takes a lot of time and hassle because the boundary line had to be carried out by hand.
또한 다른 방법으로, 뇌졸중 동물 모델의 뇌 절편 이미지를 준비하고, 뇌 절편 이미지상 정상 영역과 뇌 경색 영역의 녹색 가시광선의 흡수율이 다르다는 점을 이용하여 뇌 경색 영역을 결정하여 뇌 경색 영역의 면적과 뇌 절편의 두께를 곱하여 뇌 경색 영역의 크기를 계산하는 방법을 사용하였다. 그러나 이와 같은 방법도 녹색 가시광선의 흡수율에 따라 뇌 경색 영역을 구분 지을 수 있는 일정 기준치보다 밝거나 어둡게 나타난 뇌 절편 이미지에서는 뇌 경색 영역을 제대로 탐지하지 못하며, 정확도의 개선을 위해서 부가적인 장비가 필요하다는 문제점이 있었다.Alternatively, the brain slice image of the stroke animal model was prepared, and the cerebral infarct region was determined by using the difference in the absorption rate of the green visible light in the normal region and the cerebral infarct region on the brain slice image, thereby determining the area of the cerebral infarct region and the brain. A method was used to calculate the size of the cerebral infarction area by multiplying the thickness of the sections. However, this method does not detect cerebral infarcts in the brain slice image that is lighter or darker than a certain threshold for distinguishing cerebral infarcts according to the absorption rate of green visible light, and additional equipment is needed to improve accuracy. There was a problem.
또한 뇌 경색 치료 약물의 효과를 판정함에 있어 뇌 경색의 크기가 치료에 의해 줄어드는 지를 보는 게 중요하다. 그러나 embolic stroke model의 경우 뇌 경색의 크기의 변이가 많다. 따라서, 치료 약물의 효과가 false negative로 판명되거나 false positive로 판명되는 경우가 발생하게 된다. 이에 따라 연구의 통계적 검증력도 약해지며 치료군이나 대조군의 뇌 경색 크기의 표준편차도 커질 수 밖에 없다. It is also important to see if the size of cerebral infarction is reduced by treatment in determining the effectiveness of a treatment drug for cerebral infarction. However, in the embolic stroke model, there are many variations in the size of the cerebral infarction. Therefore, the effect of the therapeutic drug turns out to be false negative or false positive. This weakens the statistical power of the study and increases the standard deviation of cerebral infarct size in the treatment and control groups.
이에 본 발명자는 뇌 경색 영역의 크기를 예측하는 방법을 고안하였고, 이를 바탕으로 뇌 경색의 크기를 결정하는 두 인자를 보정함으로써 치료 후보 약물의 뇌 경색 치료 효과 판정의 정밀도를 높일 수 있도록 하였다. 이를 위하여 혈전에 형광 물질을 표지하여 생체 외에서 뇌혈전 영상을 이용하여 뇌 경색 영역의 크기를 보다 정확하게 판정할 수 있는 발명을 하기에 이르렀다.
Accordingly, the present inventors devised a method for predicting the size of the cerebral infarction area, and based on this, by correcting the two factors that determine the size of the cerebral infarction, it is possible to increase the accuracy of the cerebral infarction treatment effect determination of the drug candidate. To this end, the invention was able to more precisely determine the size of the cerebral infarction area by using a blood clot image by labeling a fluorescent substance in a thrombus.
본 발명의 목적은 뇌졸중 동물 모델에서의 뇌 경색 영역의 크기를 예측함에 있어서, 형광 물질이 표지된 혈전의 뇌혈전 영상을 이용함으로써 종래 신경 보호 약물 실험 시 false negative 또는 false positive result가 많이 발생하는 문제점을 해결할 수 있는 뇌 경색 영역의 크기를 정확하게 예측하는 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to predict the size of the cerebral infarction area in the animal model of stroke, the problem of generating a lot of false negative or false positive results in the conventional neuroprotective drug experiments by using the brain thrombus image of the thrombus labeled with fluorescent material It is to provide a method for accurately predicting the size of the cerebral infarction area that can solve the problem.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 예측 방법을 이용한 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝 방법에 관한 것이다. Still another object of the present invention relates to a method for screening a cerebral infarction therapeutic material using the prediction method.
또한 본 발명의 목적은 상기의 뇌혈전 영상을 이용한 뇌 경색 영역의 크기 예측에 있어서, 뇌혈류 모니터링을 추가로 결합하여 보다 정확한 뇌 경색 영역의 크기 예측방법 및 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝 방법을 제공하는데 있다.
In addition, an object of the present invention to provide a more accurate method for predicting the size of cerebral infarction area and screening method for treating cerebral infarction in the prediction of the size of the cerebral infarction area using the cerebral thrombosis image, by further combining the monitoring of cerebral blood flow. have.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 뇌졸중 동물 모델에서의 뇌혈전 영상을 이용한 뇌 경색 영역의 크기를 예측하는 방법을 제공한다. In order to achieve the object of the present invention as described above, the present invention provides a method for predicting the size of the cerebral infarction region using a brain thrombus image in a stroke animal model.
또한, 본 발명은 뇌혈전 영상을 이용한 뇌 경색 영역의 크기 변화를 측정하는 단계를 포함하는 뇌 경색 영역 크기 예측에 의한 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝 방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for screening a cerebral infarction therapeutic material by predicting cerebral infarct area size comprising measuring a change in the size of a cerebral infarct area using a cerebral thrombosis image.
본 발명에 따르면, 생체 외에서 형광이 표지된 혈전의 뇌혈전 영상을 이용함으로써 종래 뇌 경색 영역의 크기 예측 시 false negative 또는 false positive result가 다수 발생했던 문제점을 해결하고 보다 정확하게 뇌 경색 영역의 크기를 예측할 수 있다. 또한, 뇌혈전 영상에 뇌 혈류 측정의 결과를 결합함으로써 보다 정밀한 뇌 경색 영역의 크기를 예측할 수 있다. According to the present invention, it is possible to solve the problem that a large number of false negative or false positive results occurred when predicting the size of a conventional cerebral infarction area by using a brain thrombus image of a fluorescently labeled thrombus in vitro and more accurately predict the size of the cerebral infarction area. Can be. In addition, it is possible to predict the size of the more precise cerebral infarction area by combining the result of cerebral blood flow measurement with the brain thrombus image.
또한, 상기의 뇌 경색 크기 예측 방법을 통하여 뇌 경색 크기 변화를 이용한 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝을 보다 효과적으로 할 수 있다.
In addition, the above-described method of predicting cerebral infarction can more effectively screen the cerebral infarction therapeutic material using the cerebral infarct size change.
도 1은 형광물질을 혈전에 covalent linking 시키는 효소로 FXIII 응고인자를 활용함을 보여주는 것이다.
도 2는 형광물질이 결합된 혈전을 이용하여 뇌경색을 유발시키는 방법에 관한 것이다.
도 3은 생체 외에서 혈전의 분포와 양을 이미징 하는 것에 관한 것이다.
도 4는 뇌혈류 감소 및 혈전의 양이 뇌 경색의 크기와 상관관계가 있음을 보여주는 것이다.
도 5는 뇌혈류 감소 및 혈전의 양에 관한 정보를 이용하여 뇌경색의 크기를 예측하는 것과 관련된 것이다.
도 6은 뇌혈류 감소 및 혈전의 증가에 따른 뇌 경색 크기의 증가와 관련된 것이다.
도 7은 좌측중대뇌동맥과 전대뇌동맥 분기점에 1000pixel의 혈전을 가진 대뇌동맥륜을 나타낸다.
도 8은 형광물질 결합 혈전을 이용하여 시험관에서 혈전용해제의 효과를 모니터링할 수 있는 혈전의 광학적 분자영상을 나타낸다. (A: NIFR macroscopic, B: Microscopic, C,D, E: tPA 또는 살린 첨가 시 헤모글로빈의 방출 정도 )
도9는 생체 외에서 뇌혈전의 시각화가 가능함을 보여주는 혈전의 광학적 이미지이다.
도10은 본 발명이 혈전용해제의 생체상 치료 효과를 반영함을 보여준다.
도11은 뇌혈전의 크기 및 위치와 뇌경색의 크기 및 위치 간의 밀접한 연관성을 보여주는 병변맵이다.
도12는 뇌혈전과 유도된 경색간의 관계를 추가적으로 보여주는 서브그룹 병변맵을 도시한 것이다. (A: 혈전이 좌근위중대뇌동맥에 있는 그룹, B: 혈전이 좌근위중대뇌동맥에 없는 그룹 C: 혈전이 좌근위전대뇌동맥에 있는 그룹, D: 혈전이 좌근위전대뇌동맥에 없는 그룹
도13은 본 발명을 이용하여 뇌경색 위치 및 크기 예측도가 높아지는 것을 나타낸다.
도14는 컴퓨터 시뮬레이션 결과로서 혈전량과 뇌혈류량을 고려할 경우 뇌졸중 또는 신경보호약물 신약/치료법 개발 연구에서 false negative 결과가 감소되는 것을 보여준다. Figure 1 shows the use of FXIII coagulation factor as an enzyme to covalent linking the fluorescent material in the thrombus.
2 relates to a method of causing cerebral infarction using a thrombus bound fluorescent material.
3 relates to imaging the distribution and amount of thrombi in vitro.
4 shows that cerebral blood flow reduction and the amount of thrombus correlate with the size of cerebral infarction.
FIG. 5 relates to predicting the magnitude of cerebral infarction using information on cerebral blood flow reduction and amount of thrombus.
FIG. 6 relates to an increase in cerebral infarct size with decreased cerebral blood flow and increased thrombus.
Figure 7 shows the cerebral artery ring with a thrombus of 1000 pixels at the left middle cerebral artery and forearm cerebral artery bifurcation.
8 shows optical molecular images of blood clots capable of monitoring the effects of thrombolytics in vitro using fluorescent binding blood clots. (A: NIFR macroscopic, B: Microscopic, C, D, E: Hemoglobin release with tPA or saline added)
9 is an optical image of a thrombus showing the visualization of cerebral thrombi in vitro.
10 shows that the present invention reflects the in vivo therapeutic effect of thrombolytics.
11 is a lesion map showing a close correlation between the size and location of cerebral thrombosis and the size and location of cerebral infarction.
FIG. 12 shows a subgroup lesion map further showing the relationship between cerebral thrombosis and induced infarction. (A: group with thrombus in the left proximal middle cerebral artery, B: group with thrombus in the left proximal middle cerebral artery C: group with thrombus in the left proximal cerebral artery
Figure 13 shows that cerebral infarct position and size predictive map are increased using the present invention.
FIG. 14 shows that false negative results are reduced in stroke or neuroprotective drug drug / therapy development studies when thrombosis and cerebral blood flow are considered as computer simulation results.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 뇌졸중 동물 모델에서의 뇌 경색 영역의 크기를 정확하게 예측하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention provides a method for accurately predicting the size of the cerebral infarction area in a stroke animal model.
본 발명에서 용어 “뇌졸중”은 뇌의 혈액순환장애에 의하여 일어나는 급격한 의식장애와 운동마비를 수반하는 증후군으로, 상기 뇌졸중의 발생 부위는 크게 비가역 손상부위인 음영부(umbra)와 이를 둘러싸고 있는 회복 가능성이 있는 부위인 반음영부(penumbra)로 나뉘며, 본 발명에서 특별한 언급이 없는 한 상기 뇌졸중은 음영부(umbra)와 반음영부(penumbra)의 손상을 모두 포함한다.In the present invention, the term “stroke” is a syndrome accompanied by sudden consciousness disorder and motor paralysis caused by a blood circulation disorder of the brain, and the occurrence site of the stroke is largely irreversible damage area (umbra) and the possibility of recovery surrounding it. It is divided into a penumbra (penumbra) which is a part, and the stroke includes both damage of the umbra and penumbra (unless otherwise specified in the present invention).
뇌 경색 치료 약물의 효과를 판정함에 있어 뇌 경색의 크기가 치료에 의해 줄어드는 지를 보는 게 중요하다. 그러나 색전성 뇌졸중 모델(embolic stroke model)의 경우 뇌 경색의 크기의 변이가 많다. 따라서, 치료 약물의 효과가 false negative로 판명되거나 false positive로 판명되는 경우가 발생하게 된다. 연구의 통계적 검증력도 약해지며 치료군이나 대조군의 뇌 경색 크기의 표준편차도 커질 수 밖에 없다. 이에 뇌 경색 영역의 크기를 예측하여 뇌 경색의 크기를 결정하는 두 인자를 보정함으로써 치료 후보 약물의 뇌 경색 치료 효과 판정의 정밀도를 높일 수 있도록 한 것이다.In determining the effectiveness of a treatment drug for cerebral infarction, it is important to see if the size of the cerebral infarction is reduced by treatment. However, in the embolic stroke model, there are many variations in the size of cerebral infarction. Therefore, the effect of the therapeutic drug turns out to be false negative or false positive. The statistical power of the study is weakened and the standard deviation of cerebral infarct size in the treatment and control groups is also inevitably increased. Therefore, by predicting the size of the cerebral infarction area, the two factors that determine the size of the cerebral infarction are corrected to increase the accuracy of the determination of the effect of treating the cerebral infarction of the candidate drug.
본 발명의 “혈전”은 형광물질이 부착된 혈전이 바람직하고, 형광물질에는 FITC, Cy3, Cy3.5, Texas-Red, Alexa-680, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy3B 등이 있으며, 바람직하게는 Cy5.5 근 적외선 형광(near-infrared fluorescent, NIRF) 인 것을 특징으로 하나 이에 제한되는 것은 아니다.The thrombus of the present invention is preferably a thrombus attached with a fluorescent substance, and the fluorescent substance includes FITC, Cy3, Cy3.5, Texas-Red, Alexa-680, Cy5, Cy5.5, Cy7, Cy3B, and the like. For example, Cy5.5 is near-infrared fluorescent (NIRF), but is not limited thereto.
상기 혈전은 검사하고자 하는 개체와 동종 또는 이종의 개체로부터 사용할 수 있으며, 피검체의 혈전으로 국한되지는 않는다. 본 발명에서 용어 “개체(subject)”는 포유동물, 특히 인간을 포함하는 동물을 의미한다. 상기 개체는 치료가 필요한 환자(patient)일 수 있다.The thrombi can be used from the same or different types of individuals to be tested, and is not limited to the blood clot of the subject. As used herein, the term “subject” refers to an animal, including a mammal, especially a human being. The subject may be a patient in need of treatment.
본 발명에서의 뇌 혈전 영상은 다양한 파장의 형광을 이용하여 당업계에 공지된 측정방법으로 제한 없이 이미지화 할 수 있으나, 바람직하게는 근적외선 형광이미징(near-infrared fluorescent, NIRF)를 이용하여 측정할 수 있다. Brain thrombus image in the present invention can be imaged without limitation by measurement methods known in the art using fluorescence of various wavelengths, but preferably can be measured using near-infrared fluorescent imaging (NIRF) have.
또한 본 발명에 의하면, 뇌혈전 영상에 뇌 혈류 변화 측정을 결합하여 뇌 경색 영역의 크기 측정을 보다 정확하게 할 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, it is possible to more accurately measure the size of the cerebral infarction area by combining the brain blood flow change measurement to the cerebral thrombosis image.
혈류량이나 혈류의 변화를 측정하는 방법은 이에 제한되지 않으나, 도플러 효과(Doppler effect)를 이용하는 것과 전자기 유도(electromagnetic induction)를 이용하는 것이 바람직하다.The method of measuring blood flow or changes in blood flow is not limited thereto, but it is preferable to use the Doppler effect and to use electromagnetic induction.
또한, 도플러 효과는 레이저를 사용하는 경우나 초음파를 사용하는 것으로 나눌 수 있다. 레이저 도플러 혈류계의 경우 혈관 내부를 흐르는 혈액의 속도를 측정하는 것으로 글라스파이버를 혈관 내부에 삽입하고 레이저를 조사하여, 반사광의 파장 변화를 이용하여 혈액이 흐르는 속도를 정밀하게 측정한다. 초음파 혈류계(ultrasonic blood flowmeter)의 경우는 외부에서 인가한 초음파의 변화를 이용하여 혈류를 측정하며 그 근본 원리는 같다. In addition, the Doppler effect can be divided into using a laser or using an ultrasonic wave. In the case of a laser Doppler blood flow meter, a glass fiber is inserted into a blood vessel and a laser is irradiated by measuring the speed of blood flowing through the blood vessel, and the blood flow is precisely measured by using a wavelength change of reflected light. In the case of an ultrasonic blood flow meter, the blood flow is measured by using an externally applied ultrasonic change. The basic principle is the same.
본 발명의 일 실시 예에서는 레이저 도플러 혈류계를 사용하여 뇌혈류 변화를 측정하였다.In one embodiment of the present invention, the brain Doppler blood flow meter was used to measure cerebral blood flow changes.
본 발명의 일 실시 예에서는 뇌 경색의 영역을 확인할 수 있도록 뇌졸중 동물모델에 염색제로 염색을 할 수 있다. 상기 염색제로는 이에 제한되지 않으나 헤마톡실린-에오신 (hematoxylin-eosin; H-E) 또는 2,3,5-트리페닐테트라졸리움 클로라이드 (2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride, TTC)가 바람직하고, 보다 바람직하게는 TTC를 사용한다.In one embodiment of the present invention can be dyed with a dye in a stroke animal model to identify the area of cerebral infarction. Hematoxylin-eosin (HE) or 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride, TTC) is preferred as the dye, but is not limited thereto. Preferably use TTC.
상기 TTC는 정상세포 사구체 내의 호흡사슬(산화 효소계)하고만 결합하여 산화되는 생염색체로서 실험조직을 24시간 이내에 적출할 수 있으므로 실험 후 사육 상태에 따른 변수를 줄일 수 있으며, 육안으로 명확한 경계를 파악할 수 있다는 장점과 정략적 측정이 용이하고 정확하다는 장점이 있다. The TTC is a biochromosome that is oxidized by only binding to the respiratory chain (oxidase enzyme) in the normal cell glomeruli, and thus, tissues can be extracted within 24 hours, thereby reducing the variable according to the breeding state after the experiment, and visually identifying a clear boundary. The advantage is that it can be easily and accurately measured.
본 발명은 또한 뇌혈전 영상을 이용한 뇌 경색 영역의 크기 변화를 측정하는 단계를 포함하는 뇌 경색 영역 크기 예측에 의한 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for screening a cerebral infarct therapeutic material by predicting cerebral infarct area size comprising measuring a change in the size of a cerebral infarct area using a cerebral thrombosis image.
또한, 본 발명에 따르면, 뇌 경색 치료 물질의 처리시 수반되는 뇌 경색 크기의 변화를 측정하는 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝 방법에 있어서, 뇌 혈전 영상을 이용한 뇌 경색 치료 물질의 스크리닝 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for screening a cerebral infarction therapeutic material using a cerebral thrombosis image in a method for screening a cerebral infarct therapeutic material for measuring a change in the size of a cerebral infarction associated with the treatment of a cerebral infarct therapeutic material.
상기와 같은 뇌 혈전 치료 물질의 스크리닝에 있어서 뇌 혈류 변화의 측정 값을 결합하여 보다 정확한 신경 보호 약물의 스크리닝 방법을 제공할 수 있다.
In the screening of the brain thrombus therapeutic substance as described above, a more accurate method of screening a neuroprotective drug may be provided by combining measured values of brain blood flow changes.
이하, 본 발명을 실시 예를 통하여 상세히 설명하도록 한다. 하기 실시 예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. The following examples are merely examples for describing the present invention, whereby the scope of the present invention is not limited.
<< 실시예1Example 1 > > Cy5Cy5 .5 .5 NIRFNIRF 프로브의Of the probe 합성 synthesis
FXIII 응고 효소의 활성을 감지하기 위하여 자가 혈전에 Cy5.5 근적외선 형광 프로브로 표지하였다. 먼저, Cy5.5 적외선 형광체를 이용하여 C15 NIRF(Near-Infrared Fluorescent) 이미징 프로브를 합성하였다. Cy5.5말레이미드(maleimide)를 얻기 위하여 포스페이트 버퍼 살린((PBS, 400 μl, pH 7.0; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)에서 Cy5.5 N-hydroxysuccinimide (Thermo Fisher Scientific, Rockford, IL; 1mg, Ex/Em=675/695) 를 용해하였다. 포스페이트 버퍼 살린은 dimethyl sulfoxide (DMSO, 100 μl; Sigma-Aldrich)에서 용해시킨 N-[β-maleimidopropionic acid]hydrazide, trifluoroacetic acid salt (Thermo Fisher Scientific, 3mg) 와 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (Sigma-Aldrich, 2mg)와 함께 4시간 동안 섞었다. In order to detect the activity of FXIII coagulation enzymes, autologous blood clots were labeled with a Cy5.5 near-infrared fluorescent probe. First, the C15 NIRF (Near-Infrared Fluorescent) imaging probe was synthesized using Cy5.5 infrared phosphor. Cy5.5 N-hydroxysuccinimide (Thermo Fisher Scientific, Rockford, IL) in phosphate buffered saline (PBS, 400 μl, pH 7.0; Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) to obtain Cy5.5 maleimide; 1 mg, Ex / Em = 675/695) Phosphate buffered saline was dissolved in dimethyl sulfoxide (DMSO, 100 μl; Sigma-Aldrich) N- [β-maleimidopropionic acid] hydrazide, trifluoroacetic acid salt (Thermo Fisher Scientific , 3mg) and 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (Sigma-Aldrich, 2mg) were mixed for 4 hours.
합성된 물질을 정제하기 위하여 C18 semi-preparative reversed-phase HPLC를 수행하였으며(40 % ~ 70 % 아세토니트릴 vs. 0.1 M 트리에틸암모늄아세테이트, 20분이상, flow rate는 4.0 ml/min.) 95%이상으로 정제된 물질을 HPLC에서 확인하였다. Cy5.5-말레이미드 분획을 모으고 감압 동결 건조하였다. C18 semi-preparative reversed-phase HPLC was performed to purify the synthesized material (40% to 70% acetonitrile vs. 0.1 M triethylammonium acetate, more than 20 minutes, flow rate 4.0 ml / min.) 95% The purified material was confirmed by HPLC. Cy5.5-maleimide fractions were combined and freeze dried under reduced pressure.
C15 NIRF 프로브를 얻기 위하여 tandard solid-phase Fmoc peptide chemistry (Peptron, Daejeon, Korea)를 사용하여 합성된 Factor XIII 기질 펩타이드(GNQEQVSPLTLLKWC, 1mg) 를 Cy5.5-말레이미드(3mg)과 PBS(100 μl, pH 7.0)에서 4시간 동안 반응시켰다.
To obtain a C15 NIRF probe, factor XIII substrate peptide (GNQEQVSPLTLLKWC, 1 mg) synthesized using tandard solid-phase Fmoc peptide chemistry (Peptron, Daejeon, Korea) was prepared using Cy5.5-maleimide (3 mg) and PBS (100 μl, pH 7.0) for 4 hours.
<< 실시예2Example 2 > 혈전준비.> Blood clot preparation.
혈전은 C57/BL6 mice로부터 1000μl의 혈액을 뽑아내어 얻었다. 파일럿 실험 결과를 바탕으로 혈액 70μl을 C15 프로브(20μM, 30μl) 또는 동일한 농도의 대조 형광체와 섞었다. 그 후 3ml의 주사기를 이용하여 30cm길이의 폴리에틸렌 튜브(PE-10 또는 PE-50)에 옮겼다. 2시간 동안 실온에서 튜브를 보관하고 22시간 동안 4°C에서 저장하였다. 그 후 혈전을 튜브로부터 분리하고 PBS를 이용하여 3차례 씻어냈다.
Thrombi were obtained by drawing 1000 μl of blood from C57 / BL6 mice. Based on the pilot test results, 70 μl of blood was mixed with C15 probe (20 μM, 30 μl) or the same concentration of control phosphor. Thereafter, a 3 ml syringe was used to transfer a 30 cm long polyethylene tube (PE-10 or PE-50). The tube was stored at room temperature for 2 hours and stored at 4 ° C. for 22 hours. The clots were then separated from the tubes and washed three times with PBS.
<< 실시예3Example 3 > > ComputerComputer -- simulatedsimulated VirtualVirtual NeuroprotectionNeuroprotection ResearchResearch
NIRF혈전 이미지 자료를 통해서 얻을 수 있는 혜택을 살피기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 가상의 신경 보호 연구를 진행하였다. 가상 시뮬레이션에서는 뇌혈류량(rCBF) 및/또는 혈전 영상 정량정보 결과를 고려하거나 하지 않은 경우를 비교하여 신경 보호 효과가 제대로 반영되는 정도가 변하는 지를 정량적으로 살폈다. 본 발명에서 실시한 연구 집단으로부터 동물을 선택한 후 컴퓨터 난수 발생을 통해 대조군과 처리군으로 선정하였다. 개개의 실험에서 대조군 처리군 선정은 새로 시행되었다. 처리군의 뇌 경색 크기는 원래 측정된 크기로부터 21단계의 가상 신경보호효과에 맞추어 0~100%값 중 하나 수치만큼 감산하였다.To investigate the benefits of NIRF thrombus imaging data, we conducted a virtual neuroprotective study through computer simulation. Virtual simulations quantitatively looked at whether the degree of neuroprotective effect was properly altered by comparing cerebral blood flow (rCBF) and / or thrombometric images. Animals were selected from the study population conducted in the present invention and then selected as control and treatment groups through computer random number generation. In each experiment, control group selection was newly performed. The cerebral infarct size of the treated group was subtracted from the original measured size by one of 0-100% of values for the 21-step virtual neuroprotective effect.
각각의 case에 대해 1000번을 Visual Basic application을 이용하여 반복 실험하였다. 가상실험 (60,000 trials; 1000 trials / neuroprotection rate / set)에서의 잘못된 (false) 양성 및 음성 반응은 대조군과 처리군의 T-test를 수행한 후에 계산되었다. Each case was repeated 1000 times using a Visual Basic application. False positive and negative responses in hypothetical experiments (60,000 trials; 1000 trials / neuroprotection rate / set) were calculated after performing T-tests in the control and treatment groups.
자료는 mean ± SD로 나타냈다. 통계적인 분석은 Student’s t-test, Mann-Whitney test, Pearson correlation, and multivariate regression analysis을 포함한다. P 값<0.05을 통계학적으로 유의한 것으로 판단하였다.
Data are expressed as mean ± SD. Statistical analyzes include Student's t-test, Mann-Whitney test, Pearson correlation, and multivariate regression analysis. P values <0.05 were determined to be statistically significant.
<< 실시예4Example 4 > > 시험관에서의In vitro 혈전 Thrombosis NIRFNIRF 강도 측정. Strength measurement.
<4.1> 실험 방법.<4.1> Experimental method.
각각 3 ml normal 살린을 포함하고 있는 6개의 웰에 혈전(지름 0.58mm, 길이30cm)를 넣어주었다. Tissue plasminogen activator (tPA, 5μg/ml) 또는 동일한 양의 살린 용액을 각각의 웰에 추가하였다. . 다양한 농도의 Cy5.5 형광체를 기준 대조구로 삼기 위한 웰을 준비하였다. tPA 또는 살린 용액의 첨가 전후에 디지털 사진과 NIRF 이미징(excitation / emission, 675 nm / 690 nm; 1 second acquisition)을 각각의 웰에 대하여 시행하였다. Blood clots (0.58 mm in diameter and 30 cm in length) were placed in 6 wells each containing 3 ml normal saline. Tissue plasminogen activator (tPA, 5 μg / ml) or the same amount of saline solution was added to each well. . Wells were prepared for various concentrations of Cy5.5 phosphors as reference controls. Before and after the addition of tPA or saline solution, digital photography and NIRF imaging (excitation / emission, 675 nm / 690 nm; 1 second acquisition) were performed for each well.
혈전으로부터 나온 헤모글로빈의 양을 수정 cyanomethemoglobin법을 이용하여 제작자의 프로토콜에(Molecular Devices, Sunnyvale, CA) 따라 측정하였다. The amount of hemoglobin from thrombi was measured using a modified cyanomethemoglobin method according to the manufacturer's protocol (Molecular Devices, Sunnyvale, Calif.).
cyanomethemoglobin reagent 150μl과 미디아의 5 μ을 섞은 후 15분 동안 실내 온도에서 교반하여 반응시켰다. 효소 결합 면역 흡수 분석법(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA) 를 이용하여 540nm에서 흡광도를 측정하였다. After mixing 150 μl of cyanomethemoglobin reagent and 5 μ of media, the reaction was stirred at room temperature for 15 minutes. Absorbance was measured at 540 nm using an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA).
뇌졸중 치료제인 tPA 또는 살린의 추가 전후의 변화를 최소 0% / 최대 100%를 가진 상대 값으로 환산하여 백분율로 나타냈다. Changes before and after the addition of tPA or saline, a stroke treatment, were expressed as percentages in terms of relative values with a minimum of 0% / a maximum of 100%.
혈전을 포함하고 있는 미디아의 NIRF 신호의 강도를 측정하였다. tPA의 추가 전후의 측정값의 변화를 최소 0% / 최대 100%를 가진 상대 값으로 환산하여 백분율로 나타냈다.
The intensity of the median NIRF signal including the thrombus was measured. The change in the measured value before and after addition of tPA was expressed as a percentage in terms of a relative value with a minimum of 0% / 100%.
<4.2> <4.2> C15C15 표시된 혈전의 Of thrombus shown NIRFNIRF 이미지를 이용한 세포 외에서의 혈전 용해 Extracellular Thrombolysis Using Images 모니터링monitoring ..
NIRF 매크로스코픽 (도8A)/ 마이크로스코픽 이미징(도8B) 및 Cy5.5 형광 염색을 대조구로 이용하여 혈전에 대한 C15의 특이성을 확인하였다. NIRF macroscopic (FIG. 8A) / microscopic imaging (FIG. 8B) and Cy5.5 fluorescence staining were used as controls to confirm the specificity of C15 to thrombus.
혈전 용해제로 tPA(5μg/ml)로 처리된 각각의 웰은 대조구인 살린으로 처리한 웰과 비교하여 혈전의 NIRF 신호의 확장이 급격하게 감소하였다. 360분 이후에 주변 미디아의 NIFR 신호강도가 급격하게 강화되었다(도8c) Each well treated with tPA (5 μg / ml) with a thrombolytic agent dramatically reduced the expansion of the NIRF signal in the thrombus as compared to the well treated with control saline. After 360 minutes, the NIFR signal strength of the surrounding media sharply increased (Figure 8c).
이는 전혈의 혈전에 포함되어 있는 헤모글로빈이 tPA 처리로 인하여 주변 배지로 분비됨으로써 처리된 웰에서 대조군과 비교하여 더 급격하게 배지를 붉은색으로 물들인 것으로 보인다. (도8C참조) It appears that hemoglobin contained in whole blood clots was secreted into the surrounding medium due to tPA treatment, so that the treated wells stained the medium red more rapidly than the control group. (See Fig. 8C)
이를 이용하여 살린을 처리한 배지 (spontaneous thrombolysis; n=7)와 tPA 처리배지(n=7)을 비교하여 뚜렷하게 혈전 용해 연관 C15 프로브의 방출이 증가되는지(Cy5.5NIRF 신호 강도의 정량화) 또는 혈전으로부터 배지로 헤모글로빈의 방출이 증가되는지 확인하였다. 그 결과 모두 약 1.5~2시간 동안에 정체기에 도달함을 확인하였다(도8D,8E 참조)Using this to compare the treatment with saline (spontaneous thrombolysis; n = 7) and tPA treated media (n = 7) to significantly increase the release of thrombolysis-associated C15 probes (quantify Cy5.5NIRF signal intensity) or thrombus It was confirmed from the increase in the release of hemoglobin from the medium to the medium. As a result, it was confirmed that all reached the plateau during about 1.5 ~ 2 hours (see Figs. 8D and 8E).
뇌졸중 치료를 위한 물질의 스크리닝을 위한 혈전의 제거 효과를 살피기 위한 방법으로써 기존의 헤모글로빈 측정 방법과 달리 C15표지와 NIRF 이미징 방법은 적혈구포함 전혈 혈전뿐만 아니라 헤모글로빈이 없는 혈소판-풍부-혈장 또는 혈소판이 적은 혈장의 혈전에도 적용할 수 있는 장점이 있음을 본 실시 예를 통해 확인하였다.
Unlike conventional hemoglobin measurement methods, C15 labeling and NIRF imaging methods are not only hemoglobin-containing whole blood clots, but also hemoglobin-free platelet-rich-plasma or platelets. It was confirmed through the present embodiment that there is an advantage that can be applied to the blood clots of the plasma.
<< 실시예5Example 5 > 동물 실험 결과> Animal test results
<5.1> 동물 뇌를 이용한 <5.1> Using the Animal Brain NIRFNIRF 이미징Imaging 방법. Way.
Embolic stroke 모델은 중간대뇌동맥(Middle cerebral artery,MCA) 에 미리 형성된 혈전을 주입한 모델이다. 이를 준비하기 위하여 10주령의 C57/BL6 마우스(n=56)을 준비하고 레이저 도플러 유량계(Omegawave, Tokyo, Japan)를 이용하여 CBF를 30분 동안 측정하면서 혈전(지름 0.15mm, 길이 15mm, 크기 0.07mm3) 을 MCA-ACA 교차지점에 주입하고 동물 실험용 heat pad(Panlab, Barcelona, Spain)를 이용하여 체온을 36.5°C로 유지시켰다. 24시간 후에 동물을 안락사 시킨 후 뇌를 적출하고 charge-coupled device camera(CoolSnap EZ, Roper Scientific, Tucson, AZ)를 가진 NIRF 영상장치를 이용하여 생체 외 이미징을 수행하였다. The Embolic stroke model is a model in which a preformed thrombus is injected into the middle cerebral artery (MCA). To prepare this, 10-week-old C57 / BL6 mice (n = 56) were prepared, and CBF was measured for 30 minutes using a laser Doppler flowmeter (Omegawave, Tokyo, Japan), and the thrombus (diameter 0.15 mm,
또한 분리한 뇌의 신선한 동결부위(10 μm)를 이용하여 뇌 경색 부위를 측정하기 위한 2,3,5-트리페닐테트라졸리움 클로라이드(2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride, TTC)염색을 하였다.. In addition, 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining for measuring cerebral infarction was performed using fresh frozen sites (10 μm) of the brain.
NIRF 영상장비를 이용하여 생체상의 혈전 용해 효과를 반영하는지 여부를 살피기 위하여 16마리의 추가 마우스를 대상으로 tPA (n = 12) 또는 살린 (n = 4)을 뇌졸중 유발 1시간 후에 처리한 후 표준화 이후에 중대 뇌동맥 안의 혈전의 정도를 나타내는 Cy5.5 근 적외선 형광 신호의 픽셀(pixel)을 계산하였다. In order to check whether NIRF imaging system reflects the thrombolytic effect in vivo, 16 additional mice were treated with tPA (n = 12) or saline (n = 4) 1 hour after stroke induction and then normalized. The pixel of the Cy5.5 near infrared fluorescence signal representing the degree of thrombus in the middle cerebral artery was calculated.
NIRF 영상장비를 이용하여 뇌를 이미징하였다. 백색광, FITC-channel (1 second acquisition과 Cy5.5 NIRF-channel (1 second acquisition)이 얻어졌다. 형광 마이크로스코피(Olympus BX61, Tokyo, Japan)를 이용하여 뇌의 cryosections에서 Cy5.5 형광(2 second acquisition)을 영상화하였다. The brain was imaged using NIRF imaging equipment. White light, FITC-channel (1 second acquisition and Cy5.5 NIRF-channel (1 second acquisition), was obtained. Cy5.5 fluorescence (2 second) in cryosections of the brain using fluorescence microscopy (Olympus BX61, Tokyo, Japan). acquisition).
마이크로스코피 이미징 이후 NIRF 신호를 확인하기 위한 H/E 염색을 수행하였다.
After microscopy imaging, H / E staining was performed to confirm the NIRF signal.
<5.2> <5.2> C15C15 표시된 혈전의 Of thrombus shown NIRFNIRF 이미지를 이용한 생체 외 뇌혈전의 시각화 Visualization of In Vitro Cerebral Thrombosis Using Images
백색광을 사용한 시각적인 조사는 좌 MCA-ACA 분기 지역으로 주입된 뇌 경색이나 뇌혈전을 확인하기 어렵다. 그러나 본 발명의 Cy5.5 NIRF 혈전 이미징에 의하면 산발적인 밝은 신호 초점들이 대뇌 동맥륜의 내측 뇌동맥에서 명확하게 좌우 대칭적으로 관찰되며 주로 좌 MCA-ACA 분기 지역에서 뚜렷하게 관찰됨을 확인하였다. FITC 이미징은 뇌경색을 반영하는 자동형광신호를 뇌반구체에서 보여주며, 좌뇌 반구에서 더 선명하게 관찰되었다. Visual examination using white light is difficult to identify cerebral infarction or cerebral thrombosis injected into the left MCA-ACA bifurcation. However, Cy5.5 NIRF thrombus imaging of the present invention confirmed that sporadic bright signal foci were clearly observed symmetrically in the medial cerebral artery of the cerebral artery ring and mainly in the left MCA-ACA branch region. FITC imaging showed autofluorescence signals reflecting cerebral infarction in the cerebral hemisphere, and more clearly in the left hemisphere.
뇌의 연속적인 절단면의 Cy5.5 형광신호와 FITC 이미징을 각각 NIRF 이미징과 자동 형광 신호에 의하여 시각화하였다. FITC 자동 형광부위는 H&E로 염색된 경색 부위와 일치되게 나타났다. 또한 FITC 자동 형광부위는 TTC-비 염색된 경색 부위와도 일치하였다. (도10)
Cy5.5 fluorescence and FITC imaging of consecutive sections of the brain were visualized by NIRF and autofluorescence signals, respectively. FITC auto fluorescence sites were consistent with infarct sites stained with H & E. FITC auto fluorescence sites were also consistent with TTC-non stained infarction sites. (Fig. 10)
<5.3> 병변 분포 분석. <5.3> lesion distribution analysis.
해부학적인 자가 혈전의 분포를 확인하기 위해, NIRF 이미지에서의 Cy5.5 신호를 주형상에서 도면화하였다.(도7) 주형의 혈관의 지름은 원래의 지름보다 약4배정도 넓게 하여 시각화가 용이하도록 하였다. To confirm the distribution of anatomical autologous thrombi, the Cy5.5 signal in the NIRF image was plotted on the template. (Figure 7) The diameter of the blood vessel of the template was approximately four times wider than the original diameter for easy visualization. .
얻어진 혈전의 이미지를 custom-built software를 이용하여 평균화하였다. 이 소프트웨어는 반자동적으로 시험 체의 전임상 또는 임상 뇌의 이미지로부터의 병변의 이동과 부분을 표준 뇌 주형의 모습으로 볼 수 있게 한다. 이를 통해 왼쪽 또는 오른쪽 반구 혈전 위치와 크기가 자동적으로 계산된다. The obtained thrombus images were averaged using custom-built software. The software provides a semi-automatic view of the movement and part of the lesion from the preclinical or clinical brain image of the test body in the form of a standard brain template. This automatically calculates the left and right hemisphere thrombus position and size.
허혈성 뇌 손상의 분포를 분석하기 위하여 TTC 염색에서 흰색 경색 부위로 나타난 부분을 6개의 뇌 부분(slice numbers 1 ~ 6 at 2.96, 0.98, -1.06, -3.08, -4.60, -6.36 mm, 각각 브레그마로부터의 거리)으로 구획된 주형 셋트상에서 구획화하였다. custom-built software를 이용하여 TTC 이미지의 평균값을 얻었고 좌뇌 또는 우뇌의 뇌 경색 크기(픽셀 수로 나타냄)가 얻어졌다. 경색의 크기는 선택된 주형의 슬라이스에서 왼쪽 또는 양쪽 반구 별 퍼센트로 의하여 계산하였다. 슬라이스 2~5의 평균 자료는 최종 좌뇌 경색 크기 vs rCBF (% cerebral blood flow relative to the baseline value; 뇌혈류량) 및/ 또는 뇌 기저의 대뇌동맥륜 뇌혈관 내 혈전량 상관관계 분석 또는 다중 관계 분석을 위하여 사용되었다. rCBF 및/또는 혈전의 크기에 기초한 다양한 서브그룹의 맵을 얻었다.
In order to analyze the distribution of ischemic brain injury, the white infarcts in TTC staining were divided into six brain parts (slice
<5.4> <5.4> NIRFNIRF 신호와 경색 부위의 Signals and infarcts 맵핑을Mapping 통한 분석 Analysis
총 형광 혈전 신호는 0~5940 픽셀 (2279±1270 픽셀)로서 넓은 범위에서 일어났다. 또한, 총 혈전과 뇌경색의 병변 축적지도영상은(도11A) 색전성 뇌졸중 모델의 이질적인 특징을 확인 시켜 주었다. Total fluorescent thrombus signals occurred over a wide range of 0 to 5940 pixels (2279 ± 1270 pixels). In addition, lesion accumulation map images of total thrombus and cerebral infarction (FIG. 11A) confirmed heterogeneous features of the embolic stroke model.
Cy5.5 로 표지된 형광 혈전 신호는 주로 MCA-ACA 분기 지역에서 뚜렷하게 관찰되었으나 산재된 색전은 빈번하게 뇌동맥의 측면이나 떨어진 부위에서도 관찰되었다. 이를 통해 총 뇌경색의 크기뿐만 아니라 (%-infarct-area relative to the total bi-hemispheric area of six brain template slices, 21.0±10.3%, range 4.7~60.3%) 뇌경색의 위치도 다양한 것을 알 수 있었다. Fluorescent thrombus signals labeled Cy5.5 were mainly observed in the MCA-ACA bifurcation region, but interspersed embolism was frequently observed on the flanks and away areas of the cerebral artery. The results indicated that the location of cerebral infarction was varied as well as the size of the total cerebral infarction (% -infarct-area relative to the total bi-hemispheric area of six brain template slices, 21.0 ± 10.3%, range 4.7-60.3%).
우측 MCA―ACA 분기점에서 혈전을 주입한 실험군과(도12B 상단 참조, n=37) 처리하지 않은 대조군(도11B 하단참조, n=10)간의 차이를 살폈다. 그 결과 경색의 크기 및 분포가 뚜렷한 차이를 나타냈다. 실험군에서 우 반구의 경색의 크기(% 경색부위는 총 뇌 슬라이스 반구의 상대적인 퍼센트로 나타내었다, brain template slices -2, -3: 15.2±10.9%, 21.5±21.6% vs. 6.9±13.4%, 8.2±17.2%; P=0.04, 0.03)가 더 큰 것으로 나타났으며, 좌 반구의 경색의 크기는 더 작은 것으로 나타났다. (template slices 2?5: 32.5±16.2% vs. 45.2±20.8%, P=0.04) The difference between the experimental group injected with thrombus at the right MCA-ACA bifurcation (see top of FIG. 12B, n = 37) and the untreated control (see bottom of FIG. 11B, n = 10) was examined. As a result, the size and distribution of infarction showed a distinct difference. Infarct size of the right hemisphere in the experimental group (% infarct area is expressed as a relative percentage of total brain slice hemispheres, brain template slices -2, -3: 15.2 ± 10.9%, 21.5 ± 21.6% vs. 6.9 ± 13.4%, 8.2) ± 17.2%; P = 0.04, 0.03), and the infarct size of the left hemisphere was smaller. (template slices 2-5: 32.5 ± 16.2% vs. 45.2 ± 20.8%, P = 0.04)
또한, 혈전 용해술을 시행한 군의 경우 시행하지 않은 군에 비하여 혈전량이 더 작은 것으로 나타났다.(p=0.04) (도11C 참조)In addition, the thrombi lysis group showed a smaller thrombus than the non-thrombotic group (p = 0.04) (see Fig. 11C).
실험군의 서브그룹 맵을 살피면, 좌측 중대 뇌동맥 근위부에 혈전을 가진 쥐의 경우 (도12A 참조,n=36) 그렇지 않은 대조군(도12B, n=11)과 비교하여 왼쪽 좌뇌에 더 큰 경색을 갖는 것을 확인하였다. (48.1 ± 20.1% vs 31.0± 20.1% , p=0.02 )Examining the subgroup map of the experimental group, the rats with thrombus in the proximal left major cerebral artery (see Fig. 12A, n = 36) had a greater infarct in the left left brain compared to the control group (Fig. 12B, n = 11) otherwise. It was confirmed. (48.1 ± 20.1% vs 31.0 ± 20.1%, p = 0.02)
이를 통해 NIRF 혈전영상을 이용하여 뇌혈전과 뇌경색의 위치 및 크기를 비교 분석할 수 있음을 확인하였다. Through this, it was confirmed that the location and size of cerebral thrombosis and cerebral infarction can be compared and analyzed using NIRF thrombosis.
<< 실시예6Example 6 > > C15C15 표지 sign NIRFNIRF 이미징을Imaging 이용한 Used 생체상에서의In vivo 혈전용해 Thrombosis 치료약물의Treatment 평가. evaluation.
색전성 뇌졸중 1시간 후 살린 (n= 4) 또는 tPA (n = 12)를 처리한 24시간째 Cy5.5 치료 군에서 대조 군에 비해 더 뚜렷한 혈전 신호 감소를 관찰할 수 있었다 (310 ± 135 픽셀 vs. 32 ± 43 픽셀, P = 0.02). 또한 혈전 신호 감소를 통해 최종 경색크기의 유의한 감소도 확인할 수 있었다. (25.7 ± 6.6 % vs. 15.6 ± 8.2 %, P = 0.04)
At 24 hours treated with saline (n = 4) or tPA (n = 12) after 1 hour of embolic stroke, a more pronounced decrease in thrombus signal was observed in the Cy5.5 treated group compared to the control group (310 ± 135 pixels). vs. 32 ± 43 pixels, P = 0.02). In addition, significant reduction of the final infarct size was confirmed through the reduction of thrombus signal. (25.7 ± 6.6% vs. 15.6 ± 8.2%, P = 0.04)
<< 실시예7Example 7 >레이저 도플러 > Laser Doppler 유량계(LDF)이용한With flow meter (LDF) 뇌 혈류량 측정. Brain blood flow measurement.
뇌의 국소적 대뇌혈류량 (regional cerebral blood flow, rCBF) 을 레이저도플러유량계(laser Doppler flowmeter, LDF)로 측정하였다. 왼측 중대뇌동맥에서 혈전을 생성시키면 즉시 뇌혈류량의 감소가 일어나는 것을 확인하였으며(36.1±16.3%, range 10.1~72.0%) 이후 점차적인 증가를 보여 43.9±17.3%의 혈류량으로 수렴하게 됨을 확인하였다.(도13A)Regional cerebral blood flow (rCBF) of the brain was measured with a laser Doppler flowmeter (LDF). When blood clots were generated in the left middle cerebral artery, it was confirmed that a decrease in cerebral blood flow occurred immediately (36.1 ± 16.3%, range 10.1 ~ 72.0%), and then gradually increased to converge to 43.9 ± 17.3% of blood flow. Figure 13A)
도13B에서 나타나는 바와 같이 5분에 측정한 뇌의 혈류량과 좌측반구 경색의 크기(24시간, template slices 2-5)의 경색 크기는 역 선형 상관관계가 있는 것을 확인하였다. (P=0.02, r=-0.34) As shown in FIG. 13B, there was an inverse linear correlation between the blood flow of the brain measured at 5 minutes and the infarct size of the left hemisphere infarct size (24 hours, template slices 2-5). (P = 0.02, r = -0.34)
rCBF값의 중간 값을 기본으로 하여(42%) 동물을 두 그룹으로 나누었다. 경색의 크기는 rCBF 값이 낮은 그룹에서 큰 경향이 있음을 확인하였다. (46.8±17.5% vs. 36.2±22.1%, P=0.08) Animals were divided into two groups based on the median of the rCBF values (42%). It was confirmed that infarct size tended to be large in the low rCBF group. (46.8 ± 17.5% vs. 36.2 ± 22.1%, P = 0.08)
template slice-3에서 낮은 rCBF값을 갖는 그룹이 높은 rCBF을 갖는 그룹에 비하여 통계적으로 유의하게 큰 뇌 경색(54.9%)을 갖는 것을 확인하였다. (높은 rCBF 39.1%, P=0.02).In template slice-3, the group with low rCBF had statistically significant cerebral infarction (54.9%) compared with the group with high rCBF. (High rCBF 39.1%, P = 0.02).
좌측 뇌 반구에서의 혈전(24h)은 최종 경색 크기와의 상관관계를 분석한 결과 선행적인 비례관계가 있는 것을 확인하였다. (P=0.000, r=0.504 도 13C).The thrombus (24h) in the left cerebral hemisphere was analyzed to correlate with the final infarct size. ( P = 0.000, r = 0.504 FIG. 13C).
중간 값인 1865 픽셀을 기준으로 두 그룹으로 나눈 결과 큰 혈전을 갖는 그룹에서 작은 혈전을 갖는 그룹에 비하여 큰 뇌 경색을 갖고 있음을 확인할 수 있었다. (50.6±18.7% vs. 31.3±17.0%, P=0.001).As a result of dividing into two groups based on the median value of 1865 pixels, it was confirmed that the group with large thrombus had larger cerebral infarction than the group with small thrombus. (50.6 ± 18.7% vs. 31.3 ± 17.0%, P = 0.001).
혈전 이미징 결과에 rCBF 값을 결합하여 뇌 경색의 크기와의 관계를 도출하였다. (도 13D-F) 뇌 경색의 크기를 낮은 rCBF와 큰 혈전을 갖는 동물군과 낮은 rCBF와 작은 혈전을 갖는 동물군에서 비교한 결과 전자의 동물군이 더 큰 뇌경색을 갖는 것을 확인하였다. (P=0.001) 또한 전자의 경우 높은 rCBF와 작은 혈전을 갖는 동물군에 비해서도 뇌 경색의 크기가 큼을 확인하였다. (P=0.005). 또한 높은 뇌 혈류량과 큰 혈전을 가진 쥐에서 높은 뇌 혈류량과 작은 혈전을 가진 쥐보다 뚜렷이 큰 경색을 확인하였다. (p=0.04) The rCBF values were combined with the thrombus imaging results to derive a relationship with the size of cerebral infarction. (FIG. 13D-F) The magnitude of cerebral infarction was compared between animals with low rCBF and large thrombus and animals with low rCBF and small thrombus, and it was confirmed that the former animal group had larger cerebral infarction. (P = 0.001) was also confirmed in the case of the former bihaeseodo animals having a high small clots rCBF and the size of the cerebral infarction is great. ( P = 0.005). In addition, the rats with high cerebral blood flow and large thrombus were found to have a greater infarct than those with high cerebral blood flow and small thrombus. (p = 0.04)
최종적으로 큰 혈전과 낮은 rCBF를 가지는 동물이 경색 크기의 변이가 최소가 되는 것으로 확인하였다. (도13D)
Finally, animals with large thrombus and low rCBF were found to have minimal infarct size variation. (Fig. 13D)
<< 실시예8Example 8 > 신경보호 연구에의 적용 확인.> Confirmation of application to neuroprotective studies.
신경보호연구에서의 false negative 결과가 본 발명의 rCBF와 혈전의 크기 상호 분석을 통하여 감소될 수 있음을 확인하기 위하여 Study cohort(도13)로부터 선택된 동물을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. Computer simulations were performed using animals selected from Study cohort (FIG. 13) to confirm that false negative results in neuroprotection studies can be reduced through cross-analysis of rCBF and thrombus of the present invention.
낮은 뇌혈류량과 큰 혈전(n=12)을 가진 동물들을 포함한 실험에서 경색의 크기를 측정한 결과 특정 치료제/법의 신경보호효과가 35% 선이 되면 false negative 결과는 0%까지 줄어듦을 확인하였다.(도14참조) 낮은 뇌혈류량과 큰 혈전을 가진 그룹 외의 실험군과 본 발명을 이용하지 않고 전체 동물을 이용하여 수행한 실험을 분석한 신경보호 효과를 보면, 60%이상의 신경보호효과를 가져야만 false negative 결과가 0%되는 것을 확인하였다. In an experiment involving animals with low cerebral blood flow and large thrombus (n = 12), the infarct size was measured and the false negative result was reduced to 0% when the neuroprotective effect of the specific treatment / treatment was 35%. (See FIG. 14) The neuroprotective effect of the experiments performed on the whole animal without using the present invention and the experimental group other than the group with low cerebral blood flow and large thrombus, should have a neuroprotective effect of 60% or more. It was confirmed that the false negative result is 0%.
이를 통하여 뇌 혈전 영상과 뇌 혈류 측정방법을 결합할 경우 평가 대상이 되는 뇌졸중 치료제의 약물의 신경보호 효과를 보다 민감하게 스크리닝 할 수 있음을 확인하였다. 다중 회귀분석 결과에 의하면 뇌 혈류의 감소 정도를 보정하였을 때 혈전 크기가 1000 픽셀(pixel) 증가하면 뇌 경색의 크기가 약 2.5 배 증가하는 것으로 추정된다. Through this, it was confirmed that the neuroprotective effect of the drug of the stroke treatment to be evaluated can be more sensitively screened by combining the brain thrombus imaging and the blood flow measurement method. According to the multiple regression analysis, when the degree of decrease in brain blood flow is corrected, it is estimated that the size of the cerebral infarction increases by about 2.5 times when the size of the thrombus increases by 1000 pixels.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. I can understand that. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (11)
2) 상기 뇌졸중 동물 모델의 뇌 혈류량을 도플러 유량계를 이용하여 측정하는 단계; 를 포함하는, 뇌졸중 동물 모델의 뇌경색 크기 또는 위치 정보제공방법.
1) measuring fluorescence thrombus images using near-infrared fluorescent (NIRF) in a stroke-injected animal model with fluorescent labeled thrombus; And
2) measuring brain blood flow of the stroke animal model using a Doppler flow meter; Including, cerebral infarction size or location information providing method of a stroke animal model.
According to claim 1, The fluorescently labeled thrombus is fluorescent with at least one fluorescent material selected from fluorescent materials consisting of FITC, Cy3, Cy3.5, Texas-Red, Alexa-680, Cy5, Cy5.5, Cy7 and Cy3B A method for providing cerebral infarct size or location information of a stroke animal model, characterized in that labeled.
2) 상기 1) 단계에서 선별된 뇌졸중 동물 모델의 뇌 혈류량을 도플러 유량계를 이용하여 측정하여 혈류량이 42% 이하인 동물 모델을 선별하는 단계;를 포함하는, 신경보호 약물 스크리닝용 동물 모델의 선별 방법.
1) measuring fluorescent thrombus images using near-infrared fluorescent imaging (NIRF) in a stroke animal model injected with fluorescently labeled thrombi and selecting animals with large thrombus having a thrombus of 1865 pixels or more; And
2) selecting an animal model having a blood flow rate of 42% or less by measuring the brain blood flow of the stroke animal model selected in step 1) using a Doppler flow meter; and selecting a neuroprotective drug screening animal model.
The method of claim 3, wherein Neuroprotective drug screening animal model is characterized in that the false negative results (false negative) results, screening method of animal models for neuroprotective drug screening.
2) 상기 1) 단계에서 선별된 뇌졸중 동물 모델의 뇌 혈류량을 도플러 유량계를 이용하여 측정하여 혈류량이 42% 이하인 동물 모델을 선별하는 단계; 및
3) 상기 2) 단계에서 선별된 동물 모델에 신경보호 약물 후보물질을 처리한 후 뇌경색 크기를 측정하는 단계;를 포함하는, 신경보호 약물의 스크리닝 방법.
1) selecting an animal having a large thrombus having a thrombus of 1865 pixels or more by measuring fluorescent thrombus images using near-infrared fluorescent imaging (NIRF) in a fluorescent animal model injected with a fluorescently labeled thrombus;
2) selecting an animal model whose blood flow is 42% or less by measuring the brain blood flow of the stroke animal model selected in step 1) using a Doppler flow meter; And
3) measuring the cerebral infarct size after treatment with a neuroprotective drug candidate in the animal model selected in step 2); screening method of a neuroprotective drug.
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