KR20230054098A - Method and system for evaluating pharmacokinetic and pharmacodynamic distribution of materials using radiotracer in brain animal disease model - Google Patents
Method and system for evaluating pharmacokinetic and pharmacodynamic distribution of materials using radiotracer in brain animal disease model Download PDFInfo
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Abstract
Description
본 발명은 뇌질환 동물 모델에서 방사성 동위원소를 이용하여 물질의 약동학/약력학적 분포를 평가하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for evaluating the pharmacokinetic/pharmacodynamic distribution of a substance using a radioactive isotope in an animal model of brain disease.
치매의 대표적인 원인인 알츠하이머병 환자는 현재 전 세계적으로 2,500만 명이 넘으며, 2030년에는 6,300만 명, 2050년에는 1억 1,400만 명이 될 것으로 예상되며, 우리나라에는 57만명의 치매환자가 있으며 보건복지부 발표에 따르면 앞으로도 치매 환자의 수가 기하급수적으로 늘어, 2024년에는 100만명, 2041년에는 200만명이 넘을 것으로 추산되며 조호 비용 역시 이에 따라 급격히 증가할 것으로 추산된다(중앙치매센터 2013 연차보고서). Alzheimer's disease, a leading cause of dementia, currently exceeds 25 million worldwide, and is expected to reach 63 million in 2030 and 114 million in 2050. According to the announcement, the number of dementia patients will increase exponentially in the future, and it is estimated that there will be over 1 million in 2024 and over 2 million in 2041, and the cost of nursing care will also increase rapidly accordingly (Central Dementia Center 2013 Annual Report).
Alzheimer's Association(www.alzform.org)의 통계에 따르면 미국에서 2050년까지 2010년에 비하여 3배 정도 유병률 증가가 예상되는 반면 한국에서는 같은 시기 동안 약 8배 이상 치매 유병률의 증가가 예상되어 미국보다 급속한 경제적 부담이 될 것을 시사한다.According to the statistics of the Alzheimer's Association (www.alzform.org), the prevalence of dementia is expected to increase by 3 times compared to 2010 by 2050 in the United States, while the prevalence of dementia is expected to increase by about 8 times or more during the same period in Korea, which is more rapid than the United States. implying an economic burden.
이러한 상황에서 각국의 제약사들은 경쟁적으로 알츠하이머 치료제를 개발하고 있으며, 상위 10대 세계의약품 시장을 질환별 성장률을 기준으로 하여 분석해보면 AD 치료제가 1위로서 연평균 34% 이상의 성장률을 보이며 항암제의 경우는 18.6% 그리고 고혈압 치료제가 18.1%로 뒤를 있고 있다(IMS MIDAS). In this situation, pharmaceutical companies in each country are developing Alzheimer's treatments competitively. When the top 10 global drug markets are analyzed based on the growth rate by disease, AD treatments rank first, showing an average annual growth rate of more than 34%, and anticancer drugs 18.6%. %, followed by antihypertensive drugs at 18.1% (IMS MIDAS).
국내 시장의 경우 2000억원, 그리고 2010년도 미국 시장만으로도 66억 달러의 규모이며, 2017년에는 134억 달러에 달할 것으로 전망된다(GlobalData-PRLog, 2011). 그 중 항아밀로이드 항체(anti-amyloid antibody) 는 최근 미국 FDA에서 승인을 받은 치매 치료제로 받았지만, 대표적인 항아밀로이드 항체(anti-amyloid antibody)인 아두카누맙을 투여받은 환자의 뇌 MRI에서 ARIA(amyloid related imaging abnormality)라는 영상 소견으로 보이는 혈관성부종(vasogenic edema), 미세출혈(microhemorrhage) 등의 뇌혈관 관련 부작용이 보고되고 있다. In the case of the domestic market, it is 200 billion won, and the size of the US market alone in 2010 is 6.6 billion dollars, and it is expected to reach 13.4 billion dollars in 2017 (GlobalData-PRLog, 2011). Among them, anti-amyloid antibody was recently approved by the US FDA as a treatment for dementia, but ARIA (amyloid related) was detected in brain MRI of a patient who received aducanumab, a representative anti-amyloid antibody. Cerebrovascular side effects such as vasogenic edema and microhemorrhage, which are seen as imaging abnormalities, have been reported.
이런 배경에서 기존의 알츠하이머 치료제의 부작용 및 단점을 보호해줄 수 있는 여러 후보 약물들이 병용 투여 요법으로 제안될 수 있으나, 이러한 후보 약물 물질 중 상당수가 뇌 및 뇌혈관에서 결합 및 작용 유무에 대해 밝혀지지 않았다. 후보 약물 물질의 대뇌 병용 투여 적응증의 임상적 유효성에 대한 판정을 하기 앞서, 후보 약물 물질이 뇌 혹은 뇌혈관을 표적하는 유효한 생체 표지자(reliable biomarker)가 맞는지에 대한 검증이 필요할 것이다. Against this background, several candidate drugs that can protect the side effects and disadvantages of existing Alzheimer's drugs can be proposed as a combination therapy, but many of these candidate drugs have not been identified for their binding and action in the brain and cerebrovascular system. . Prior to determining the clinical effectiveness of the indication for co-administration of a candidate drug substance to the brain, it will be necessary to verify whether the candidate drug substance is a reliable biomarker targeting the brain or blood vessels.
구체적으로 후보 약물 물질의 대뇌 시스템(central nervous system, CNS)의 구체적인 표적이 신경세포, 신경 병리(타우, 아밀로이드), 신경 염증 세포, 혈관 내피세포 중 무엇인지, 그리고 후보 약물 물질이 대뇌 표적(CNS target)에 특이 결합을 하는지, 그리고 후보 물질의 결합능 및 약력학/약동학적 성질이 정상 마우스(young normal control) 와 노화 마우스(aging mouse) 그리고 알츠하이머 치매 마우스(AD transgenic mouse)의 뇌혈관 장벽(BBB)의 투과성 상태 변화에 따라 어떻게 달라지는지에 대한 평가가 이루어져야만 후보 약물 물질이 뇌정신 질환의 진단 및 치료에 사용할 수 있을 것이고, 후보 약물이 대뇌를 표적으로 하는 다른 약물과의 병용 투여 적응증을 고려할 때 임상적 유효성에 대한 판정을 할 수 있을 것이다.Specifically, which of the specific targets of the central nervous system (CNS) of the candidate drug substance are neurons, neuropathology (tau, amyloid), neuroinflammatory cells, and vascular endothelial cells, and whether the candidate drug substance is a central nervous system (CNS) target target), and the binding capacity and pharmacodynamic/pharmacokinetic properties of the candidate substance are normal mice (young normal control), aging mouse (aging mouse), and Alzheimer's dementia mouse (AD transgenic mouse) blood-brain barrier (BBB) Only when the evaluation of how the drug changes according to the change in the permeability state of the drug can be used for the diagnosis and treatment of psychiatric disorders, and considering the indications for co-administration of the candidate drug with other drugs targeting the cerebrum, clinical You will be able to make a judgment about the validity of the enemy.
이에 본 발명자는 기존의 단편적인 조직병리적학적 방법을 넘어, 후보 약물 물질에 [89Zr]-DFO 혹은 [125I]를 방사화학적 방법으로 표지하여 방사선 동위원소 추적자를 활용한 양전자 방출 단층 영상(PET) 영상([89Zr]-DFO-labeled PET imaging) 및 ex-vivo 자기방사분석(autoradiography), 핵 트랙 에멀젼(uclear track emulsion technique), 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경(three-dimensional volume fluorescence-imaging using tissue clearing) 등 최신의 다양한 multi-omics 융합 기술을 사용하여 특이 결합능(specific binding) 및 약력학/약동학적 분포(pharmacokinetic/pharmacodynamic distribution)을 알아봄으로써, 후보 약물 물질이 뇌 혹은 뇌혈관을 표적하는 유효한 생체 표지자(reliable biomarker)가 맞는지를 통합적으로 평가하는 최적의 platform 시스템을 개발하였다.Accordingly, the present inventors go beyond the conventional fragmentary histopathological method and radiochemically label the candidate drug substance with [ 89 Zr] -DFO or [ 125 I] to obtain a positron emission tomography image using a radioactive isotope tracer ( PET) imaging ([ 89 Zr]-DFO-labeled PET imaging) and ex-vivo autoradiography, nuclear track emulsion technique, three-dimensional fluorescence microscopy using tissue clearing pretreatment technique By examining the specific binding ability and pharmacokinetic/pharmacodynamic distribution using the latest multi-omics fusion technologies such as volume fluorescence-imaging using tissue clearing, the candidate drug substance is found in the brain or brain. We developed an optimal platform system that comprehensively evaluates whether there are reliable biomarkers targeting blood vessels.
특히, 조직 투명화(tissue clearing)를 실시할 때 항체의 침투 깊이 및 투명화 성능을 개선하기 위해 형광 표지 항체 주입 시점, 조직 sectioning 방법, 투과촉진제, 예를 들어 triton-X 100 solution 농도를 다른 조건으로 실험한다.In particular, in order to improve the penetration depth and clearing performance of the antibody when performing tissue clearing, the time of injection of the fluorescently labeled antibody, the tissue sectioning method, and the concentration of the permeation enhancer, for example, triton-
본 발명에서 뇌질환 동물 모델에서 물질의 약동학/약력학적 분포를 평가하는 방법을 제공한다. In the present invention, a method for evaluating the pharmacokinetic/pharmacodynamic distribution of a substance in an animal model of brain disease is provided.
상기 평가 방법은 1) 평가하고자 하는 물질에 방사성 동위원소를 라벨링(labeling)하는 단계; 2) 상기 방사성 동위원소로 라벨링된 물질을 뇌질환 동물 모델에 인젝션하는 단계; 3) 상기 동물 모델 뇌의 양전자방출단층촬영(Positron Emission Tomography)을 수행하는 단계; 4) 상기 동물 모델의 뇌를 단면화하여 자기방사분석(autoradiography)을 수행하는 단계; 5) 상기 실험동물의 뇌를 핵 트랙 에멀젼에 침지하여 면역스캐닝하는 단계;및 6) 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경 영상을 획득하는 단계를 포함할 수 있다. The evaluation method includes: 1) labeling a material to be evaluated with a radioactive isotope; 2) injecting the material labeled with the radioactive isotope into an animal model of brain disease; 3) performing positron emission tomography (Positron Emission Tomography) of the animal model brain; 4) cross-sectioning the brain of the animal model and performing autoradiography; 5) Immunoscanning by immersing the brain of the experimental animal in the nuclear track emulsion; and 6) acquiring a 3D fluorescence microscopy image using a tissue clearing preprocessing technique.
상기 물질은 항체, 펩타이드, 사이토카인, 면역관문 저해제, 미토겐, 성장 인자, 작은 RNA, dsRNA(이중 가닥 RNA), 단핵 혈액 세포(mononuclear blood cell), 피더 세포(feeder cell), 피더 세포 성분 또는 이의 대체 인자, 관심대상의 하나 이상의 폴리핵산을 포함하는 벡터, 화학치료제 및 방사성 모이어티로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. The substance is an antibody, peptide, cytokine, immune checkpoint inhibitor, mitogen, growth factor, small RNA, dsRNA (double-stranded RNA), mononuclear blood cell, feeder cell, feeder cell component or It may be any one selected from the group consisting of a replacement factor, a vector comprising one or more polynucleic acids of interest, a chemotherapeutic agent, and a radioactive moiety.
상기 방사성 동위원소는 [89Zr] 또는 [125I] 중 어느 하나일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. The radioactive isotope may be any one of [ 89 Zr] or [ 125 I], but is not limited thereto.
상기 2) 단계에서 상기 방사성 동위원소로 라벨링된 물질을 동물 모델의 꼬리 정맥을 통하여 인젝션하는 것을 특징으로 한다. In step 2), the material labeled with the radioactive isotope is injected through the tail vein of the animal model.
상기 3) 단계에서 PET 정적 영상을 통하여 대뇌 피질 서브 영역 표준섭취계수 및 소뇌의 표준섭취계수를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. In step 3), the method may further include measuring standard uptake coefficients of the cerebral cortical sub-region and cerebellum through the PET static image.
상기 3) 단계에서 PET 동적 영상을 통하여 구획 분석(compartment analysis)를 실시하여 상기 물질의 결합능(binding potential)을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. In step 3), a step of measuring binding potential of the material by performing compartment analysis through the PET dynamic image may be further included.
상기 4) 단계에서 방사성 동위원소로 라벨링된 물질의 분포를 분석하는 것을 특징으로 할 수 있다. In step 4), the distribution of the radioactive isotope-labeled material may be analyzed.
상기 단계 5)에서 혈관 내피 마커(Vascular endothelial marker)(CD31) 및 항-아밀로이드 항체 혹은 항-신경세사(neurofilament) 항체를 통하여 면역 염색을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다. In step 5), immunostaining using a vascular endothelial marker (CD31) and an anti-amyloid antibody or an anti-neurofilament antibody may be further included.
상기 단계 6)에서 조직 투명화 전처리를 실시하고, 항체의 침투 깊이 및 투명화 성능을 개선시키기 위해 형광 표지 항체 주입 시점, 조직 sectioning 방법, 투과촉진제, 예를 들어 triton-X 100 solution 농도를 조절할 수 있다. 상기 투과 촉진제는 계면활성제로 세포를 용해시켜 상기 평가하고자 하는 물질이 세포 내로 이동하는 것을 촉진한다.In step 6), tissue clearing pretreatment is performed, and the injection time of the fluorescently labeled antibody, the tissue sectioning method, and the concentration of the permeation enhancer, for example, triton-
상기 단계 6)에서 형광 현미경 영상은 거대시료이미징 평면레이저 현미경(macro laser light-sheet illumination imaging system), 한외현미경(UltraMicroscope)이나 이광자 현미경(two-photon microscopy)으로 촬영될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In step 6), the fluorescence microscope image may be taken with a macro laser light-sheet illumination imaging system, an ultramicroscope, or a two-photon microscope, but is not limited thereto. no.
상기 6) 단계의 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경 영상을 통하여, 상기 동물 모델의 뇌에서 세포 또는 병리 물질의 분포를 분석할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. The distribution of cells or pathological substances in the brain of the animal model may be analyzed through a 3D fluorescence microscopy image using the tissue clearing preprocessing technique of step 6), but is not limited thereto.
상기 3) 내지 6) 단계의 평가 결과를 종합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.It may be characterized in that it further comprises the step of synthesizing the evaluation results of the steps 3) to 6).
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 뇌질환 동물 모델에서 물질의 약동학/약력학적 분포를 평가하기 위한 시스템(100)을 제공한다. According to another embodiment of the present invention, a
프로세서(110)는 하나 이상의 프로세서들로 구현되어, 기본적인 산술, 로직 및 입출력 연산을 수행함으로써, 컴퓨터 프로그램의 명령을 처리하도록 구성될 수 있다. 명령은 저장매체(150), 통신부(120)에 의해 프로세서(110)에 제공될 수 있다. 예를 들어 프로세서(110)는 저장매체(150)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 수신되는 명령을 실행하도록 구성될 수 있다.The
통신부(120)는 네트워크를 통해 외부의 장치(PET 이미지 촬영 장치, 삼차원 형광 현미경 영상 촬영 장치 등)와 통신하기 위한 기능을 제공할 수 있다. 일례로, 약효 평가 시스템(100)의 프로세서(110)가 저장매체(150)와 같은 기록 장치에 저장된 프로그램 코드에 따라 생성한 요청이 통신부(120)의 제어에 따라 네트워크를 통해 다른 전자기기들로 전달할 수 있다. 예를 들어 통신부(120)를 통해 수신된 제어 신호나 명령 등은 프로세서(110)나 저장매체(150)로 전달될 수 있고, 수신된 이미지 등은 저장매체(150)로 저장될 수 있다.The
저장매체(150)는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로서, RAM(random access memory), ROM(read only memory) 및 디스크 드라이브와 같은 비소멸성 대용량 기록장치(permanent mass storage device)를 포함할 수 있다. 또한, 저장매체(150)에는 운영체제와 적어도 하나의 프로그램 코드가 저장될 수 있다. 이러한 소프트웨어 구성요소들은 드라이브 메커니즘(drive mechanism)을 이용하여 저장매체(150)와는 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체로부터 로딩될 수 있다. 이러한 별도의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체는 플로피 드라이브, 디스크, 테이프, DVD/CD-ROM 드라이브, 메모리 카드 등의 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 소프트웨어 구성요소들은 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체가 아닌 통신부(120)를 통해 저장매체(150)에 로딩될 수도 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 프로그램은 개발자들 또는 어플리케이션의 설치 파일을 배포하는 파일 배포 시스템의 네트워크를 통해 제공하는 파일들에 의해 설치되는 프로그램(일례로 상술한 어플리케이션)에 기반하여 저장매체(150)에 로딩될 수 있다.The
입력부(130)는 사용자로부터 입력을 수신할 수 있다. 입력부(130)는 사용자 입력을 수신하는 조작 패널(operation panel)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 입력부는 키보드, 물리 버튼, 터치 스크린, 카메라 또는 마이크 등과 같이 다양한 형태의 사용자 입력을 수신할 수 있는 장치들을 포함할 수 있다. 상기 입력부(130)는 약효 평가에 필요한 사전 자료의 입력을 수신할 수 있다. 상기 사전 자료는 인지 회복 지수 측정을 위한 실험 결과, PET 이미지, 삼차원 형광 현미경 영상 이미지, 유전자 발현 정보, 부작용 평가를 위한 실험 자료 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 약효 평가에 기초가 되는 자료면 무엇이든지 가능하다.The
출력부(140)는 정보를 제공하는 화면을 표시할 수 있다. 프로세서에 의해 생성된 사용자 인터페이스가 출력될 수 있다. 출력부(140)는 사용자 입력과 대응되는 웹 페이지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(140)는 화면을 표시하는 디스플레이 패널(display panel) 등을 포함할 수 있다. 또한, 출력부는 디스플레이 패널 또는 스피커 등을 포함할 수 있다.The
상기 시스템(100)의 저장매체(150)는 PET 정적 영상을 통하여 대뇌 피질 서브 영역 표준섭취계수 및 소뇌의 표준섭취계수를 측정하는 표준섭취계수 측정부(151); PET 동적 영상을 통하여 구획 분석(compartment analysis)를 실시하여 상기 물질의 결합능(binding potential)을 측정하는 결합능 측정부(152); 자기방사분석(autoradiography) 결과를 통하여 방사성 동위원소로 라벨링된 물질의 분포를 분석하는 자기방사분석부(153); 핵 트랙 에멀젼에 침지하여 면역스캐닝한 결과를 통하여 병리 물질의 분포 패턴을 분석하는 병리 물질 분포 분석부(154); 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경 영상을 통하여, 상기 동물 모델의 뇌에서 세포 또는 병리 물질의 분포를 분석하는 삼차원 형광 현미경 영상 처리부(155)를 포함할 수 있다. The
상기 시스템은 평가 결과를 종합하여 최종 결과를 산출하기 위한 최종 결과 산출부(156)를 더 포함할 수 있다. The system may further include a final
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.Although the methods and systems of the present invention have been described with reference to specific embodiments, some or all of their components or operations may be implemented using a computer system having a general-purpose hardware architecture.
본 발명은 기존의 알츠하이머 치료제의 부작용 및 단점을 보호해줄 수 있는 병용 투여 요법 고려 대상인 여러 후보 약물들 중 뇌 및 뇌혈관에서 결합 및 작용 유무에 대해 밝혀지지 않은 경우 후보 약물 물질의 대뇌 시스템(central nervous system, CNS)의 구체적인 표적이 신경세포, 신경 병리 물질(타우, 아밀로이드), 신경 염증 세포, 혈관 내피세포 중 무엇인지, 그리고 후보 약물 물질이 대뇌 표적(CNS target)에 특이 결합을 하는지, 그리고 후보 물질의 결합능 및 약력학/약동학적 성질이 정상 마우스(young normal control) 와 노화 마우스(aginig mouse) 그리고 알츠하이머 치매 유전자 변형 마우스(AD transgenic mouse)의 뇌혈관 장벽(BBB)의 투과성 상태 변화에 따라 어떻게 달라지는지를 평가할 수 있다. 본 발명 시스템으로 검증한 후보 약물 물질은 뇌정신 질환의 진단 및 치료제, 임상적으로 파급력이 큰 치매 항체 치료제의 약물 전달 시스템(drug delivery system) 혹은 시너지 효과를 내용 병용 투여제로 쓰일 수 있다.Among several candidate drugs to be considered for combined administration therapy that can protect the side effects and disadvantages of existing Alzheimer's treatments, the present invention is concerned with the central nervous system (central nervous system) of candidate drug substances when the binding and action in the brain and cerebrovascular system are not known. system, CNS), whether the specific target is nerve cells, neuropathological substances (tau, amyloid), neuroinflammatory cells, and vascular endothelial cells, and whether the candidate drug substance specifically binds to the cerebral target (CNS target), and the candidate How the binding capacity and pharmacodynamic/pharmacokinetic properties of substances change according to changes in the permeability of the blood-brain barrier (BBB) in young normal control, aging mouse, and AD transgenic mouse can be evaluated. The candidate drug substance verified by the system of the present invention can be used as a drug delivery system for diagnosis and treatment of psychiatric disorders, a drug delivery system for dementia antibody treatment with great clinical impact, or as a combination administration agent for synergistic effects.
도 1은 본 발명의 신경보호 효과 평가 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 신경보호 효과 평가 방법을 위한 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the neuroprotective effect evaluation method of the present invention.
Figure 2 is a diagram schematically showing a system for the neuroprotective effect evaluation method of the present invention.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 보다 구체적으로 설명하지만, 하기의 실시예들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 여기에 국한된 것은 아니다. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail through examples, but the following examples are intended to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예><Example>
1. 동물 모델의 뇌혈관 장벽(Blood brain barrier, BBB) 투과성(permeability) 상태를 확인하기 위한 영상 실험 1. Imaging experiments to check the blood brain barrier (BBB) permeability of animal models
1) 정상적으로는 뇌혈관 장벽을 투과하지 않는 방사성 동위원소인 [18F] 플루오로티미딘(fluorothymidine, FLT)를 주입하여 brain 통과 여부를 확인함으로서 AD 유전자 변형 마우스와 정상 대조군 마우스의 BBB 투과성이 어떻게 다른지 확인하였다. 1) By injecting [ 18 F] fluorothymidine (FLT), a radioactive isotope that normally does not pass through the blood-brain barrier, and checking whether it passes through the brain, how was the BBB permeability of AD transgenic mice and normal control mice? Check if it is different.
- AD 유전자 변형 마우스와 정상 대조군 마우스에 각각 [18F]플루오로티미딘(FLT)를 꼬리 정맥 주사한다.- Tail vein injection of [ 18 F]fluorothymidine (FLT) to AD transgenic mice and normal control mice.
- 주사 1시간 후 20분간 static PET 영상을 획득한다.- Acquire static PET images for 20 minutes 1 hour after injection.
- Brain PET의 섭취 여부를 육안적 분석 및 표준섭취계수(SUV)법으로 분석한다. - Analyze the intake of Brain PET by visual analysis and standard intake factor (SUV) method.
2. 방사성 동위 원소 표지 물질의 표지 수율 측정2. Measurement of labeling yield of radioactive isotope labeled material
BBB 투과성을 확인하고자 하는 물질에 [89Zr]-DFO 및 [125I] 표지(labeling)하여 표지 수율(labeling efficiency)를 측정한다. 방사성 동위 원소 표지는 선행 논문의 방법을 참고한다 [3]. [ 89 Zr] -DFO and [ 125 I] are labeled for the material to be checked for BBB permeability, and labeling efficiency is measured. For radioactive isotope labeling, refer to the method of a previous paper [3].
3. 생체 내 시스템 (In vivo system)에서 물질의 뇌 혈관 혹 신경 조직 영역에서의 약력학(pharmacokinetic)/약동학(pharmacodynamic)적 분포를 보기 위한 [3. To see the pharmacokinetic / pharmacodynamic distribution of the substance in the cerebral blood vessel or nerve tissue area in the in vivo system [ 8989 Zr]-DFO-labeled PET 이미징 및 in-vivo 정량Zr]-DFO-labeled PET imaging and in-vivo quantification
AD 유전자 변형 마우스와 정상 대조군 마우스에 대해 이소플루란으로 마취시키고, microPET bed에 올린 후 [89Zr]-DFO-표지된 물질 0.5 mCi를 꼬리 정맥 주사 후 90분 동적 PET 영상 혹은 60분, 24시간(1일) 뒤, 48시간(2일) 뒤, 144시간(6일)뒤 정적 PET 영상을 획득한 후, 정적 영상에 대해서는 대뇌 피질 서브 영역(cortex subregion) 표준섭취계수(Standardized Uptake Value, SUV)을 소뇌(cerebellum) SUV로 정규화(normalize)한 SUVR을 계산하거나 동적 영상에서는 구획 분석(compartment analysis)를 실시하여 BPnd(binding potential)을 계산한다. AD transgenic mice and normal control mice were anesthetized with isoflurane, placed on a microPET bed, and 0.5 mCi of [ 89 Zr]-DFO-labeled material was injected into the tail vein, followed by 90-minute dynamic PET imaging or 60-minute, 24-hour After obtaining static PET images after (1 day), 48 hours (2 days), and 144 hours (6 days), standardized uptake values (SUVs) of cortex subregions were obtained for static images. ) is calculated by normalizing SUVR with cerebellum SUV, or BP nd (binding potential) is calculated by performing compartment analysis in dynamic images.
4. 생체 외 (Ex vivo) 조직에서 방사선 동위원소가 결합된 물질의 혈관벽/뇌조직 간의 정밀한 해부학적 위치 검증 (localization)을 위한 Ex-vivo 자기방사분석(autoradiography)4. Ex-vivo autoradiography for precise anatomical localization between blood vessel wall/brain tissue of radioisotope-coupled materials in ex vivo tissue
MicroPET 이미징이 끝난 후, 뇌를 적출하고 단면화(sectioning)한 후 자기방사분석(autoradiography)을 실시한다. 구체적인 autoradioraphy 방법은 다음 논문에서 시행한 방법을 참고한다[4]. After MicroPET imaging is completed, the brain is removed and sectioned, followed by autoradiography. For the specific autoradioraphy method, refer to the method implemented in the following paper [4].
5. 생체 외 (Ex vivo) 조직에서 방사선 동위원소가 결합된 물질의 혈관벽/뇌조직 간의 정밀한 해부학적 위치 검증 (localization)을 위한 Ex-vivo 핵 트랙 에멀젼(nuclear track emulsion)5. Ex-vivo nuclear track emulsion for precise anatomical localization between blood vessel wall/brain tissue of radioisotope-coupled materials in ex vivo tissues
AD 유전자 변형 마우스에 [125I]-표지된 물질을 주입하고 뇌를 적출하고 염류 관류(saline perfusion)를 진행한다. 이후 적출한 뇌 조직을 영하 80℃에서 5 mm 두께로 절단한다. 혈관 내피 마커(Vascular endothelial marker)(CD31) 및 항-아밀로이드 항체 혹은 항-신경세사(neurofilament) 항체 등으로 면역 염색(immunostaining)한 단면을 암실에서 ILFORD K5 emulsion에 담그면, 방사선-표지된 항체(otracerlabelled antibody) 면역 염색한 단면 위에서 실버 그레인(silver grain)으로 감광(develop)되어 방사성 동위원소로 표지한 항체가 혈관내피벽(vascular endothelium wall)에 붙어 있는지, 뇌 선세포조직(brain parenchyme)의 세포나 아밀로이드, 타우와 같은 병리 물질과의 공간 공동 분포 패턴(spatial co-distribution pattern)도 함께 시각화한다. 구체적인 프로토콜은 다음 논문에 개제된 아래 방법을 참고하도록 한다[5]. AD transgenic mice were injected with [ 125 I]-labeled material and The brain is removed and subjected to saline perfusion. Afterwards, the extracted brain tissue is cut into 5 mm thickness at minus 80°C. When a section immunostained with a vascular endothelial marker (CD31) and an anti-amyloid antibody or an anti-neurofilament antibody is immersed in ILFORD K5 emulsion in a dark room, the radiolabeled antibody (otracerlabelled) Antibody sensitized with silver grain on immunostained cross-sections to determine whether antibodies labeled with radioactive isotopes are attached to the vascular endothelium wall, cells of brain parenchyme or amyloid , spatial co-distribution patterns with pathological substances such as tau are also visualized. For the specific protocol, refer to the method described in the following paper [5].
6. 생체 외 (Ex vivo) 조직에서 형광 표지된 물질의 면역특이결합능 및 정밀한 해부학적 위치 검증(localization) 및 삼차원적 분포을 위한 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 전체 뇌의 3-차원 형광 이미징6. 3-dimensional fluorescence imaging of the whole brain using a tissue clearing pre-processing technique for localization and three-dimensional distribution of fluorescently labeled substances in ex vivo tissues
클리어링을 실시할 때 항체의 침투 깊이 및 투명화 성능을 개선시키기 위해 형광 표지 항체 주입 시점, 조직 sectioning 두께, triton-X 100 solution 농도를 다른 조건으로 실험한다. In order to improve the penetration depth and clearing performance of the antibody when performing clearing, the time of injection of the fluorescently labeled antibody, the thickness of tissue sectioning, and the concentration of the triton-
- 물질을 형광 표지 한 후 형광 표지한 물질을 2일전, 1일전, perfusion 직전 혹은 perfusion 도중 경정맥에 injection한다. - After fluorescently labeling the substance, inject the fluorescently labeled substance into the
- 혈관 염색 용 렉틴(Wheat germ agglutinin(WGA) 혹은 Lycopersicon esculentum lectin(LEL))은 perfusion 직전에 마우스에 인젝션한다. - Lectin for blood vessel staining (Wheat germ agglutinin (WGA) or Lycopersicon esculentum lectin (LEL)) is injected into mice immediately before perfusion.
- 4% PFA 를 주입하며 관류(perfusion)를 진행한 후 대뇌를 적출한다.- After injecting 4% PFA and proceeding with perfusion, extract the cerebrum.
- 적출한 대뇌를 1mm, 2mm, 3 mm두께로 sectioning한다. - Section the extracted cerebrum into 1mm, 2mm, and 3mm thickness.
- 조직을 4% PFA 처리하여 고정 (fixation)한다. 항체 침투를 돕기 위해 triton-X-100 solution을 0.1%, 0.3%, 0.5% 세 가지 농도로 각기 다르게 처리한다. - The tissue is treated with 4% PFA and fixed (fixation). To help antibody penetration, triton-X-100 solution is treated differently at three different concentrations: 0.1%, 0.3%, and 0.5%.
- 조직 투명화 용액(Tissue clearing solution)을 처리한다.- Treat the tissue clearing solution.
- 투과 촉진제(Permeability solution)를 처리한다. 0.1xPBS, 0.1%, 0.3%, 0.5% 세가지 농도의 Triton X-100, 20%DMSO, Serum 으로 처리한다. - Treat the permeability solution. Treat with three concentrations of 0.1xPBS, 0.1%, 0.3%, and 0.5% Triton X-100, 20% DMSO, and Serum.
- 볼륨 면역 염색(volume immune staining) 처리한다. 볼륨 면역 염색은 신경 액손(neuronal axon)(chicken neurofilament antibodies) 혹은 아밀로이드(항-AβAb 혹은 thioflavin S)에 대해 실시한다. - Process volume immune staining. Volume immunostaining is performed for neuronal axon (chicken neurofilament antibodies) or amyloid (anti-AβAb or thioflavin S).
- 거대시료이미징 평면레이저 현미경(macro laser light-sheetillumination imaging system), 한외현미경(UltraMicroscope)이나 이광자 현미경(two-photon microscopy)이나 공초점 현미경(confocal microscopy)에서 촬영한다.- Macro laser light-sheet illumination imaging system, UltraMicroscope, two-photon microscopy, or confocal microscopy.
[참고자료][Reference]
1. Carpenter, Timothy S., et al. "A method to predict blood-brain barrier permeability of drug-like compounds using molecular dynamics simulations." Biophysical journal 107.3 (2014): 630-641.1. Carpenter, Timothy S., et al. "A method to predict blood-brain barrier permeability of drug-like compounds using molecular dynamics simulations." Biophysical journal 107.3 (2014): 630-641.
2. Wolff, Anette, et al. "In vitro blood-brain barrier models―an overview of established models and newmicrofluidic approaches." Journal of pharmaceutical sciences 104.9(2015): 2727-2746.2. Wolff, Anette, et al. "In vitro blood-brain barrier models—an overview of established models and newmicrofluidic approaches." Journal of pharmaceutical sciences 104.9(2015): 2727-2746.
3. Price, Eric W., et al. "89Zr-DFO-AMG102 immuno-PET to determine local hepatocyte growth factor protein levels in tumors for enhanced patient selection." Journal of Nuclear Medicine58.9 (2017): 1386-1394.3. Price, Eric W., et al. " 89 Zr-DFO-AMG102 immuno-PET to determine local hepatocyte growth factor protein levels in tumors for enhanced patient selection." Journal of Nuclear Medicine 58.9 (2017): 1386-1394.
4. Aguero, Cinthya, et al. "Autoradiography validation of novel tau PET tracer [F-18]-MK-6240 on human postmortem brain tissue." Actaneuropathologica communications 7.1 (2019): 1-15.4. Aguero, Cinthya, et al. "Autoradiography validation of novel tau PET tracer [F-18]-MK-6240 on human postmortem brain tissue." Actaneuropathologica communications 7.1 (2019): 1-15.
5. Lane,T. "Technical information Ilford nuclear emulsions." HARMANTechnology Ltd., Mobberley, England, UK (2005). 5. Lane, T. "Technical information Ilford nuclear emulsions." HARMANTechnology Ltd., Mobberley, England, UK (2005).
Claims (13)
2) 상기 방사성 동위원소로 라벨링된 물질을 뇌질환 동물 모델에 인젝션하는 단계;
3) 상기 동물 모델 뇌의 양전자방출단층촬영(Positron Emission Tomography)을 수행하는 단계;
4) 상기 동물 모델의 뇌를 단면화하여 자기방사분석(autoradiography)을 수행하는 단계;
5) 상기 실험동물의 뇌를 핵 트랙 에멀젼에 침지하여 면역스캐닝하는 단계;및
6) 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경 영상을 획득하는 단계를 포함하는 뇌질환 동물 모델에서 물질의 약동학/약력학적 분포를 평가하는 방법.
1) labeling the material to be evaluated with a radioactive isotope;
2) injecting the material labeled with the radioactive isotope into an animal model of brain disease;
3) performing positron emission tomography (Positron Emission Tomography) of the animal model brain;
4) cross-sectioning the brain of the animal model and performing autoradiography;
5) Immunoscanning by immersing the brain of the experimental animal in a nuclear track emulsion; and
6) A method for evaluating the pharmacokinetic/pharmacodynamic distribution of a substance in an animal model of brain disease, comprising acquiring a three-dimensional fluorescence microscopy image using a tissue clearing preprocessing technique.
상기 방사성 동위원소는 [89Zr] 또는 [125I] 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
The radioisotope is an evaluation method, characterized in that any one of [ 89 Zr] or [ 125 I].
상기 2) 단계에서 상기 방사성 동위원소로 라벨링된 물질을 동물 모델의 꼬리 정맥을 통하여 인젝션하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
Evaluation method characterized by injecting the material labeled with the radioactive isotope in step 2) through the tail vein of the animal model.
상기 3) 단계에서 PET 정적 영상을 통하여 대뇌 피질 서브 영역 표준섭취계수 및 소뇌의 표준섭취계수를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
The evaluation method characterized in that it further comprises the step of measuring the standard uptake coefficient of the cerebral cortical sub-region and the standard uptake coefficient of the cerebellum through the PET static image in step 3).
상기 3) 단계에서 PET 동적 영상을 통하여 구획 분석(compartment analysis)를 실시하여 상기 물질의 결합능(binding potential)을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
The evaluation method characterized in that it further comprises the step of measuring the binding potential of the material by performing compartment analysis through the PET dynamic image in step 3).
상기 4) 단계에서 방사성 동위원소로 라벨링된 물질의 분포를 분석하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
Evaluation method characterized in that for analyzing the distribution of the radioactive isotope-labeled material in step 4).
상기 단계 5)에서 혈관 내피 마커(Vascular endothelial marker)(CD31) 및 항-아밀로이드 항체 혹은 항-신경세사(neurofilament) 항체를 통하여 면역 염색을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
In step 5), the evaluation method further comprises performing immunostaining using a vascular endothelial marker (CD31) and an anti-amyloid antibody or an anti-neurofilament antibody.
상기 단계 6)에서 조직 투명화 전처리 기법을 실시할 때 항체의 침투 깊이 및 투명화 성능을 개선시키기 위하여 형광 표지 항체 주입 시점, 조직 sectioning 방법, 투과촉진제, 예를 들어 triton-X 100 solution 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
In order to improve the penetration depth and clearing performance of the antibody when performing the tissue clearing pretreatment technique in step 6), adjusting the injection time of the fluorescently labeled antibody, the tissue sectioning method, and the concentration of the permeation enhancer, for example, triton-X 100 solution Characterized evaluation method.
상기 단계 6)에서 형광 현미경 영상은 거대시료이미징 평면레이저 현미경(macro laser light-sheet illumination imaging system), 한외현미경(UltraMicroscope)이나 이광자 현미경(two-photon microscopy)으로 촬영되는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
In step 6), the fluorescence microscope image is taken with a macro laser light-sheet illumination imaging system, an ultramicroscope or a two-photon microscope Evaluation method, characterized in that.
상기 6) 단계의 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경 영상을 통하여, 상기 동물 모델의 뇌에서 세포 또는 병리 물질의 분포를 분석하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
Evaluation method, characterized in that for analyzing the distribution of cells or pathological substances in the brain of the animal model through a three-dimensional fluorescence microscope image using the tissue clearing pretreatment technique of step 6).
상기 3) 내지 6) 단계의 평가 결과를 종합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가 방법.
According to claim 1,
The evaluation method further comprising the step of synthesizing the evaluation results of steps 3) to 6).
1) PET 정적 영상을 통하여 대뇌 피질 서브 영역 표준섭취계수 및 소뇌의 표준섭취계수를 측정하는 표준섭취계수 측정부;
2) PET 동적 영상을 통하여 구획 분석(compartment analysis)를 실시하여 상기 물질의 결합능(binding potential)을 측정하는 결합능 측정부;
3) 자기방사분석(autoradiography) 결과를 통하여 방사성 동위원소로 라벨링된 물질의 분포를 분석하는 자기방사분석부;
4) 핵 트랙 에멀젼에 침지하여 면역스캐닝한 결과를 통하여 병리 물질의 분포 패턴을 분석하는 병리 물질 분포 분석부;
5) 조직 투명화 전처리 기법을 활용한 삼차원 형광 현미경 영상을 통하여, 상기 동물 모델의 뇌에서 세포 또는 병리 물질의 분포를 분석하는 삼차원 형광 현미경 영상 처리부를 포함하는 시스템.
A system for evaluating the pharmacokinetic/pharmacodynamic distribution of a substance in an animal model, the system comprising:
1) a standard uptake coefficient measuring unit that measures the standard uptake coefficient of the cerebral cortex subregion and the standard uptake coefficient of the cerebellum through PET static images;
2) a binding capacity measurement unit for measuring binding potential of the material by performing compartment analysis through PET dynamic images;
3) an autoradiography analysis unit for analyzing the distribution of a radioactive isotope-labeled material through an autoradiography result;
4) a pathological substance distribution analysis unit that analyzes the distribution pattern of pathological substances through immunoscanning by immersion in the nuclear track emulsion;
5) A system including a 3D fluorescence microscopy image processing unit that analyzes the distribution of cells or pathological substances in the brain of the animal model through 3D fluorescence microscopy images using a tissue clearing preprocessing technique.
상기 시스템은 평가 결과를 종합하여 최종 결과를 산출하기 위한 최종 결과 산출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약효 평가 시스템.According to claim 12,
The system further comprises a final result calculation unit for integrating the evaluation results and calculating a final result.
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