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송인호 ( In Ho Song ),이태섭 ( Tae Sup Lee ),강주현 ( Joo Hyun Kang ),이용진 ( Yong Jin Lee ),김광일 ( Kwang Il Kim ),안광일 ( Gwang Il An ),정위섭 ( Wee Sup Chung ),천기정 ( Gi Jeong Cheon ),최창운 ( Chang Woon Choi ),임상무 ( Sa 대한핵의학회 2009 핵의학 분자영상 Vol.43 No.5
목적: Hydrodynamic-based procedure는 손쉽고 간편한 비바이러스성 유전자 전달 방법으로 특히 간특이적으로 발현하는 특징을 가진다. 단순 헤르페스 바이러스 제 1 형 티미딘 키나제(herpes simplex virus type 1 thymidine kinase, HSV1-tk)와 다양한 기질을 이용한 비침습적 HSV1-tk 유전자 영상시스템이 널리 연구되어왔다. 본 연구에서는 HSV1-tk 유전자를 hydrodynamic-based procedure를 이용하여 전달한 후, HSV1-tk의 보고 기질로 알려진 5-(2-iodovinyl)-2`-deoxyuridine (IVDU)을 이용하여 간 특이적인 HSV1-tk 유전자 발현 영상을 획득하고자 하였다. 대상 및 방법: HSV1-tk 유전자와 녹색형광유전자를 가진 각 플라스미드 벡터를 마우스에 hydrodynaminc injection을 통해 전달하고, 24 시간 뒤 유전자의 발현을 확인하기 위해 RT-PCR, 생체형광영상, 핵의학영상, 전신자가방사영상 그리고 생체분포를 시행하였다. 결과: 각 플라스미드 벡터를 전달한 간으로부터 추출한 전체 RNA를 이용하여 RT-PCR을 수행한 결과, 각각 HSV1-tk 유전자와 녹색형광단백 유전자의 특이적인 밴드를 관찰할 수 있었다. 생체 분포 결과, pHSV1-tk 벡터를 전달한 마우스의 간에서 특이적인 [123I]IVDU의 섭취를 보였다. 생체형광영상에서는 pEGFP-N1 벡터를 전달한 마우스의 간에서는 유의한 형광신호를 나타내었다. 전신자가방사영상과 감마카메라 영상에서 pHSV1-tk 벡터를 전달한 마우스의 간에서 방사표지 IVDU가 국소적으로 집적되는 것을 확인하였다. 결론: 본 연구에서 hydrodynamic-based procedure는 간특이적으로 플라스미드 DNA를 전달하는데 효과적이며 전달된 유전자의 발현을 분자영상학적인 방법으로 확인하였다. 따라서 Hydrodynamic injection을 통해 HSV1-tk 유전자와 목적 유전자의 공동발현은 방사표지 IVDU에 의해 목적 유전자의 발현을 정량평가하는데 유용할 것으로 기대된다. Purpose: Hydrodynamic-based procedure is a simple and effective gene delivery method to lead a high gene expression in liver tissue. Non-invasive imaging reporter gene system has been used widely with herpes simplex virus type 1 thymidine kinase (HSV1-tk) and its various substrates. In the present study, we investigated to image the expression of HSV1-tk gene with 5-(2-iodovinyl)-2`-deoxyuridine (IVDU) in mouse liver by the hydrodynamic-based procedure. Materials and Methods: HSV1-tk or enhanced green fluorescence protein (EGFP) encoded plasmid DNA was transferred into the mouse liver by hydrodynaminc injection. At 24 h post-injection, RT-PCR, biodistribution, fluorescence imaging, nuclear imaging and digital wholebody autoradiography (DWBA) were performed to confirm transferred gene expression. Results: In RT-PCR assay using mRNA from the mouse liver, specific bands of HSV1-tk and EGFP gene were observed in HSV1-tk and EGFP expressing plasmid injected mouse, respectively. Higher uptake of radiolabeled IVDU was exhibited in liver of HSV1-tk gene transferred mouse by biodistribution study. In fluorescence imaging, the liver showed specific fluorescence signal in EGFP gene transferred mouse. Gamma-camera image and DWBA results showed that radiolabeled IVDU was accumulated in the liver of HSV1-tk gene transferred mouse. Conclusion: In this study, hydrodynamic-based procedure was effective in liver-specific gene delivery and it could be quantified with molecular imaging methods. Therefore, co-expression of HSV1-tk reporter gene and target gene by hydrodynamic-based procedure is expected to be a useful method for the evaluation of the target gene expression level with radiolabeled IVDU. (Nucl Med Mol Imaging 2009;43(5):468-477)
체내 안정형 HSV1-tk (Herpes Simplex Virus Type-1 Thymidine Kinase) 영상용 IVDU 유도체의 합성
김은정 ( Eun Jung Kim ),최태현 ( Tae Hyun Choi ),안순혁 ( Soon Hyuk Ahn ),김병수 ( Byoung Soo Kim ),박현 ( Hyun Park ),천기정 ( Gi Jeong Cheon ),이학준 ( Hak June Rhee ),안광일 ( Gwang Il An ) 대한핵의학회 2009 핵의학 분자영상 Vol.43 No.5
목적: 화합물이 가지는 항바이러스 및 항암 작용으로 인하여 5-iododeoxyuridine 유도체들에 관한 연구는 매우 광범위하게 이루어져왔다. 방사 요오드가 치환된 이들 화합물에 대한 연구의 주요 목표는 체내 및 체외 평가 시 효과적 일뿐만 아니라, 보다 안정한 화합물을 개발하는 것이다. 본 연구를 통해, 다양한 방사성의약품의 중간체로도 이용되어질 수 있는 carbocyclic radioiododeoxyuridineanalogue (ddIVDU)를 합성하여 생물학적 평가를 수행하고자 하였다. 대상 및 방법: 목표 화합물의 합성은 Pd(0)-촉매 결합반응, LAH 환원반응, hetero Diels-Alder 반응을 주요 반응으로 하여 수행하였다(Sch 3). 합성된 화합물의 생물학적 평가를 위해 MCA와 MCA-tk 세포에 다양한 농도의 GCV와 carbocyclic ddIVDU를 처리하여 MTS 법을 이용해 세포독성을 보았고, [125I]carbocyclic ddIVDU를 이용해 MCA와 MCA-tk 세포에서 HSV1-tk에 의한 선택적 섭취를 비교 평가 하였다. 결과: Carbocyclic ddIVDU 및 요오드 도입을 위한 전구물질의 합성을 cyclopentadiene을 출발물질로 하여 높은 수율에 의해 수행하였다. 방사요오드를 이용한 동위원소 도입 반응은 각각, 80% 이상의 방사표지 수율 및 95% 이상의 방사 화학적 순도를 나타내었다. 세포독성 결과 MCA-tk 세포에서 carbocyclic ddIVDU는 GCV에 비해 세포독성이 작았고, MCA에서는 유사한 세포독성을 보였다. [125I]carbocyclic ddIVDU는 MCA-tk 세포에서 uptake는 8시간째까지 계속 증가하는 양상을 보였으며, MCA 세포에서 uptake는 4시간째까지 일정하게 유지되다가 8시간째 급격히 증가하였다. [125I]carbocyclic ddIVDU의 uptake는 MCA보다 MCA-tk에서 약 2-5배 정도 높은 결과를 보였다. 결론: 진행되어진 생물학적 결과로부터 이 유도체는 체내 평가 시 매우 안정할 뿐만 아니라, GCV에 비해 독성이 덜하고, HSV1-tk cell에 선택적임을 보여준다. 따라서 신규 화합물인 carbocyclic ddIVDU는 HSV1-tk를 영상화하는데 유용하게 이용되어질 수 있을 것이다. Purpose: 5-iododeoxyuridine analogues have been exclusively developed for the potential antiviral and antitumor therapeutic agents. In this study, we synthesized carbocyclic radioiododeoxyuridineanalogue (ddIVDU) and carbocyclic intermediate as efficient carbocyclic radiopharmaceuticals. Materials and Methods: The synthesis is LAH reduction, hetero Diels-Alder reaction as key reactions including Pd(0)-catalyzed coupling reaction together with organotin. MCA-RH7777 (MCA) and MCA-tk (HSV1-tk positive) cells were treated with various concentration of carbocyclic ddIVDU, and GCV. Cytotoxicity was measured by the MTS methods. For in vitro uptake study, MCA and MCA-tk cells were incubated with 1uCi of [125I]carbocyclic ddIVDU. Accumulated radioactivity was measured after various incubation times. Results: The synthesis of ddIVDU and precursor for radioiodination were achieved from cyclopentadiene in good overall yield, respectively. The radioiododemetallation for radiolabeling gave more than 80% yield with >95% radiochemical purity. GCV was more toxic than carbocyclic ddIVDU in MCA-tk cells. Accumulation of [125I]carbocyclic ddIVDU was higher in MCA-tk cells than MCA cells. Conclusion: Biological data reveal that ddIVDU is stable in vitro, less toxic than ganciclovir (GCV), and selective in HSV1-tk expressed cells. Thus, this new carbocyclic nucleoside, referred to in this paper as carbocyclic 2`,3`-didehydro-2`,3`-dideoxy-5- iodovinyluridine (carbocyclic ddIVDU), is a potential imaging probe for HSV1-tk. (Nucl Med Mol Imaging 2009;43(5):478-486)