간암 동물 모델에서 2'-fluoro-2'-deoxy-1-${beta}$-D-arabinofuranosyl-5-[$^{124}I$iodo-uracil ($[^{124}I]FIAU$) 소동물 PET 영상 연구

채민정; 이태섭; 김준엽; 우광선; 정위섭; 전권수; 김재홍; 이지섭; 류진숙; 천기정; 최창운; 임상무

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저자정보: 채민정 (원자력의학원 핵의학과) 이태섭 (분자영상연구부) 김준엽 (분자영상연구부) 우광선 (분자영상연구부) 정위섭 (분자영상연구부) 전권수 (분자영상연구부) 김재홍 (분자영상연구부) 이지섭 (분자영상연구부) 류진숙 (울산의과대학교 서울아산병원 핵의학과) 천기정 (원자력의학원 핵의학과) 최창운 (원자력의학원 핵의학과) 임상무 (원자력의학원 핵의학과)

저널정보: 대한핵의학회 핵의학분자영상 핵의학 분자영상 제42권 제3호

발행연도: 2008.1

수록면: 235 - 245 (11page)

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목적: 간암은 치명적인 질환으로 유전자 치료가 기존 치료의 대체적 치료로 기대되고 있으며, 이러한 치료법의 발달과 함께 유전자의 발현을 평가할 수 있는 보고 유전자 시스템의 필요하다. 그 중 HSV1-tk 유전자는 보고 유전자로서 필요한 조건을 두루 만족시키고 있을 뿐만 아니라 별도의 치료유전자를 따로 이입할 필요가 없다는 장점을 가지고 있어 가장 많이 사용되는 방법이다. 이 연구는 간암의 유전자 치료를 위해 간암 동물 모델에서 유전자로 HSV1-tk를 사용하고 보고 기질로 방사성 요오드 표지 2'-fluoro-2'-deoxy-1-${\beta}$-D-arabinofuranosyl-5-iodouracil (FIAU)를 사용하여 소동물 양전자 방출영상(positron emission tomography, PET)을 얻어 비침습적 생체 유전자 발현 영상의 가능성을 확인하고 자 하였다. 대상 및 방법: HSV1-tk 보고 유전자 이입 간암세포주인 MCA-tk와 MCA 세포주를 이용하여 in vitro 상에서의 [$^{125}I$]FIAU의 섭취실험과 섭취량과 발현량의 상관성평가를 위해 세포수 백분율에 따른 섭취실험을 실시하였다. 피하 간암 동물모델을 이용하여 [$^{125}I$]FIAU의 생체분포를 평가하였으며 [$^{125}I$]FIAU를 이용하여 소동물 PET을 통한 생체영상을 분석하였다. 결과: HSV1-tk 유전자가 이입된 MCA-tk 세포에서는 특이적인 동위원소의 집적이 발생하였으며 대조군인 MCA에서는 거의 집적이 이루어지지 않았다. 섭취 후 480 분에서 두 세포주의 섭취비는 15 배로 나타났다. MCA-tk 세포주의 백분율이 증가함에 따라 [$^{125}I$]FIAU의 섭취량도 직선적 상관관계($R^2=0.9644$)에 따라 증가하여 기질의 섭취량이 유전자 발현량을 잘 반영하고 있음이 확인되었다. 피하 종양 동물모델의 생체분포 결과 [$^{125}I$]FIAU는 초기에 신장으로 빠르게 배출되며 1 시간 이후 생체내 deiodinase에 의하여 분해되어 위와 갑상선의 섭취가 증가된 값을 보였다. MCA-tk 종양 대 혈액 비와 MCA-tk 종양 대 근육 비는 투여 후 24 시간 사이에 최대 641의 값을 나타내었다. 또한 HSV1-tk 유전자가 발현하지 않은 MCA종양에 비하여 MCA-tk 종양은 192.7 배 높은 섭취를 보여 [$^{125}I$]FIAU의 섭취는 HSV1-tk 유전자 발현에 특이적임을 확인하였다. MCA-tk 종양 대 간의 집적의 경우에도 초기 1시간에 13.8 배, 4 시간에 66.8 배, 24 시간에 혈액 비와 비슷한 정도의 588.3배 이상의 대조도를 보여 주었다. [$^{124}I$]FIAU를 보고 기질로 사용한 소동물 PET 생체영상에서 대조군인 MCA 종양과 보고 유전자가 이입된 MCA-tk 종양에의 집적이 차이가 매우 큰 대조도를 보여주었으며 생체분포 결과와 일치하는 양상을 나타내었다. 결론: $^{125}I$-FIAU가 세포 섭취율 시험과 생체 분포에서 MCA-tk 종양에 높은 집적을 나타내었고 $^{124}I$-FIAU를 이용한 소동물 PET 영상에서 MCA-tk 종양이 표적장기인 간이나 MCA 종양에 비하여 매우 높은 대조도를 나타냈다. 향후, 간암의 유전자 치료에서 FIAU은 HSV1-tk를 보고 유전자로 사용할 때 적절한 기질로서 비침습적으로 핵의학 영상을 이용한 유전자 발현의 평가를 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

Purpose: The HSV1-tk gene has been extensively studied as a type of reporter gene. In hepatocellular carcinoma (HCC), only a small proportion of patients are eligible for surgical resection and there is limitation in palliative options. Therefore, there is a need for the development of new treatment modalities and gene therapy is a leading candidate. In the present study, we investigated the usefulness of substrate, 2'-fluoro-2'-deoxy-1-${\beta}$-D-arabino-furanosyi-5-[$^{124/125}I$]iodo- uracil ([$I^{124/125}I$]FIAU) as a non-invasive imaging agent for HSV1-tk gene therapy in hepatoma model using small animal PET. Material and Methods: With the Morris hepatoma MCA cell line and MCA-tk cell line which was transduced with the HSV1-tk gene, in vitro uptake and correlation study between [$^{125}I$]FIAU uptake according to increasing numeric count of percentage of MCA-tk cell were performed. The biodistribution data and small animal PET images with [$^{124}I$]FIAU were obtained with Balb/c-nude mice bearing both MCA and MCA-tk tumors. Results:, Specific accumulation of [[$^{125}I$]FIAU was observed in MCA-tk cells but uptake was low in MCA cells. Uptake in MCA-tk cells was 15 times higher than that of MCA cells at 480 min. [$^{125}I$]FIAU uptake was linearly correlated (R2 =0.964, p =0.01) with increasing percentage of MCA-tk numeric cell count. Biodistribution results showed that [$^{125}I$]FIAU was mainly excreted via the renal system in the early phase. Ratios of MCA-tk tumor to blood acting were 10, 41, and 641 at 1 h, 4 h, and 24 h post-injection, respectively. The maximum ratio of MCA-tk to MCA tumor was 192.7 at 24 h. Ratios of MCA-tk tumor to liver were 13.8, 66.8, and 588.3 at 1 h, 4 h, and 24 h, respectively. On small animal PET, [$^{124}I$]FIAU accumulated in substantial higher levels in MCA-tk tumor and liver than MCA tumor. Conclusion: FIAU shows selective accumulation to HSV1-tk expressing hepatoma cell tumors with minimal uptake in normal liver. Therefore, radiolabelled FIAU is expected to be a useful substrate for non-invasive imaging of HSV1-tk gene therapy and therapeutic response monitoring of HCC.

#FIAU #HSV1-tk #Small animal PET #HCC

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