분자영상프로브개발실

연구실 소개

분자영상프로브개발실은 성균관대학교 대학원 융합의과학과와 연계하여 분자영상을 위한 프로브 개발연구를 수행하고 있
으며, 연구관심분야는 neuroscience, oncology 및 cardiology 분야를 포함한다.

최연성 교수 (email: ysnm.choe@samsung.com)

            난단 두두쿠리 (포스트닥): 유기합성 분야
            강충모 (박사과정): 방사성의약품화학 분야
           신사라 (박사과정): 방사성의약품화학 분야
            김현정 (연구원): 방사성의약품화학 분야
            구현정 (연구원): 분자생물학 분야

연구관심분야

Neuroscience

β-Amyloid plaque 영상 방사성프로브

알츠하이머병의 특징 중 하나는 뇌에 β-amyloid plaques와 neurofibrillary tangles이 축적되는 것이다. 따라서 β-amyloid plaques 및 neurofibrillary tangles의 PET 또는 SPECT 영상은 알츠하이머병의 진단에 중요한 역할을 할 것이다.

18F-표지 Curcumin 유도체

Curcumin은 항암, 항산화, 항염증 효과를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 알츠하이머병 환자의 발병율은 같은 연령 대의 노인인구를 비교하였을 때 인도가 미국 보다 4.4배 낮은 것으로 보고되어있다. 이것은 카레의 주성분인 curcumin에 의하여 일부 설명되어질 수 있다. 우리 연구팀에서는 천연물이면서 독성이 낮은 curcumin에 18F이 도입된 방사성프로브를 개발하여 마우스 뇌에서 평가하였다.)

알츠하이머병 모델 마우스 (APP/PS-1) (A 와 B)와 wild-type 마우스 뇌
섹션(C와 D): SMC-B12 (A와 C) and Thioflavin-S (B와 D)

Acetylcholinesterase 영상 방사성프로브

알츠하이머병 환자의 사후 뇌조직 검사에서 choline acetyltransferase 및 acetylcholinesterase (AChE) 활성이 감소되어 있음이 보고되어있다. 이 두 효소들은 알츠하이머병의 진단을 위한 중요한 콜린계 지표로서, 전자는 presynaptic cholinergic axons에서 발견되는 반면에 후자는 cholinergic axons과 cholinoceptive neurons에서 발견되므로 AChE는 알츠하이머병을 진단하기 위한 중요한 타겟이 될 수 있다. 따라서 AChE 억제제 기반 방사성프로브를 AChE의 농도 측정에 사용함으로써 알츠하이머병의 진단에 활용할 수 있을 것이다.

[18F]SMC-A9

AChE 영상을 위하여 AChE에 결합친화력이 높은 SMC-A9을 선정하였다. [18F]SMC-A9을 ICR 마우스에 미정맥 주사 후 뇌 microPET 영상 및 뇌 조직의 분포를 연구한 결과, 알려진 마우스 뇌 AChE 분포 순서에 따라 AChE가 풍부한 선조체 > 두정엽~전두엽 > 소뇌의 순으로 섭취를 보였다.

(A) [18F]SMC-A9의 microPET/CT 영상 (transaxial view)
(B) 선조체, 소뇌, 두정엽, 전두엽의 방사능 섭취도 (%ID/g)
(C) 동일 조직의 microPET 영상
(D) 동일 조직의 Cerenkov luminescence 영상

Oncology

Angiogenesis 영상 방사성프로브

Angiogenesis (혈관신생)는 기존의 미세혈관으로부터 새로운 모세혈관이 자라나는 과정으로 과다 또는 결핍될 때 다양한 병리상태에 놓이게 되는데, 특히 종양의 성장과 전이는 혈관신생에 의존한다. 따라서 혈관신생을 모니터링할 수 방사성프로브는 종양의 진단 및 치료효과 예측에 활용될 수 있다.

저분자 분자영상 프로브

4-[18F]Fluorothalidomide 및 2-[11C]Methoxyestradiol

VEGF 기반 방사성프로브

VEGF (혈관내피세포성장인자)는 혈관신생의 중요한 조절자로서 VEGF 수용체(VEGFR)와 결합하여 내피세포의 증식, 이동 및 생존을 활성화한다. 또한 VEGFR은 종양 혈관에서 과발현되어 있다고 알려져 있다. 이들 수용체 중에서 VEGFR2가 혈관신생을 중개하는 것으로 알려져 있고 VEGF121이 VEGFR2에 높은 결합친화력을 가지므로 방사성동위원소로 표지된 VEGF121은 종양 혈관신생의 영상을 위한 중요한 후보물질 중 하나이다.

PET/Optical 이중영상프로브의 개발

다중영상은 단일영상에 비하여 많은 장점을 가지기 때문에 최근에 관심의 대상이 되고 있다. 핵의학 영상은 고민감도, 정량적 정보를 제공하는 반면에 해상도가 낮고, 광학영상은 고민감도, 실시간 영상이 가능하지만 조직 투과력이 낮다. MRI는 높은 해상도와 해부학적 정보를 제공하지만 민감도가 낮다. 따라서 단일 영상기술의 융합은 이러한 단점을 극복하는데 도움이 될 것이다. 우리 연구팀에서는 streptavidin-biotin 플랫폼을 이용한 VEGF 기반 이중영상프로브를 개발하여 종양이식 마우스에서 평가하였다.

종양이식 마우스에서 64Cu-표지 VEGF 기반 이중영상프로브의 microPET 영상 (a: Control, b: Blocking)과 optical 영상 (c: Control, d: Blocking)

Cardiology

지방산 대사 영상 방사성프로브

지방산은 호기성 조건에서 중요한 심근의 대사물질이다. 금식상태에서는 지방산 산화가 증가하고 혐기성 해당작용이 억제되는 반면에, 급식상태에서는 지방산 산화가 감소하고 글루코스가 주에너지원으로 활용된다. 심근에서 지방산은 2개의 탄소가 끊어지는 베타-산화에 의하여 대사되는데, 지방산 산화는 심근허혈 중에 손상되는 것으로 알려져 있다. 따라서 방사성동위원소로 표지된 지방산은 PET 또는 SPECT를 사용하여 지방산 대사를 평가하는데 활용되어질 수 있을 것이다.

[99mTc]SMC-F13의 대사

Methodology

방사성프로브의 대사물질 체외 측정방법

방사성프로브가 개발되면 그 방사성프로브의 대사는 반드시 규명되어져야 한다. 대부분의 의약품이 간에서 대사가 일어나기 때문에 우리 연구팀은 마우스 간 S9 분획 또는 마이크로솜을 사용하는 간단한 대사물질 체외 측정방법을 개발하였다: [18F]fluoromethylbenzyl 또는 [18F]fluorobenzyl기를 함유하는 방사성프로브를 사용하여 기존에 사용하는 체내방법과 체외방법을 비교분석하였다. 체외방법은 적은 방사능으로 손쉽게 대사물질을 측정할 수 있는 장점을 가진다. 또한 체외에서 hydroxyapatite 또는 calcium phosphate를 이용하여 방사성프로브의 탈플루오린화 가능성을 쉽게 예측하는 방법을 개발하였다.

ω-[18F]Fluoro-1-alkyne을 이용한 click 표지방법

Click chemistry는 Cu(I) 촉매를 이용하여 azide와 terminal alkyne으로부터 1,3-cycloaddition에 의하여 triazole을 생성하는 반응으로 일반적으로 보호기가 필요하지 않은 경우가 많다. 우리 연구팀은 4-[18F]fluoro-1-butyne을 사용할 경우 vinyl acetylene이 부산물로 생성됨을 밝혔으며, 알킬기의 탄소 수가 5개 이상인 ω-[18F]fluoro-1-alkyne을 사용하여야 부산물이 생성되지 않음을 확인하였다.

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