📑오늘 우리가 살펴볼 논문은?
Johansen, M. L., Perera, R., Abenojar, E., Wang, X., Vincent, J., Exner, A. A., & Brady-Kalnay, S. M. (2021). Ultrasound-Based Molecular Imaging of Tumors with PTPmu Biomarker-Targeted Nanobubble Contrast Agents. International journal of molecular sciences, 22(4), 1983.
✅ 이번 논문에서 확인하고 싶은 것
여러분! 초음파 (ultrasound) 에 대해 들어보신 적이 있으실텐데요 :)
- 초음파 영상(ultrasound imaging) 이란
우리 귀에 들리지 않는 높은 주파수의 음파를 인체 표면에서 인체 내부로 보낸 후, 내부에서 반사되는 음파를 영상화시킨 것을 말해요
- 초음파검사(ultrasonography 또는 sonography) 란
초음파검사는 환자의 몸을 얇은 단면으로 자른 형태의 2차원 영상을 실시간으로 보면서 몸 속의 병변을 찾는 검사입니다. 최근에 초음파 기술이 발전되어 3차원, 4차원 영상까지도 얻을 수 있다고 해요!
무엇보다도, 인체에 해로운 방사선을 사용하지 않으며, 통증없이 신속하게 검사를 할 수 있어 환자가 가진 질환을 진단하거나 그 치료 경과를 판단하기에 매우 쉽고 편리한 영상 검사법이라, 산전 태아의 상태를 확인하는데 널리 쓰이기도 한답니다.
이번 논문에서는 초음파 검사를 통해 PTPmu (Receptor Protein Tyrosine Phosphatase mu) 에서 유래한 암의 종양 표지자를 확인해보았는데. 이때 PTPmu 를 표적하는 Nanobubble (NB) 을 초음파 조영제 (Ultrasound contrast imaging) 로 활용했답니다.
🤔 Nanobubble(NB) 가 뭐야?
gas-core 와 지질막으로 구성되어 있으며, 조영제로서 초음파 영상 검사 시 영상의 대조도를 높여 조직이나 혈관의 병변을 명확하게 구별해 내는데 도움을 주는 나노입자의 일종이에요. 이를 항암 치료에 적용한다면, 종양 표적의 정확도를 높여줄 수 있는 나노입자의 일종이라고 할 수 있죠!
⭐ 논문의 골자는, Nanobubble 이 종양표지자인 PTPmu 를 표적하여 결합함으로써, 초음파 조영제로서 진단 정확성을 높이는 역할을 얼마나 잘 수행할 수 있는지를 평가하는 것입니다.
🔓 어떤 결과가 나왔을까?
1️⃣ 우선, 종양이 없는 마우스에게 무작위 NB 와 PTPmu 를 표적하는 NB 를 주입해봄으로써, "무작위 NB 와 PTPmu 를 표적하는 NB 의 초음파 영상에서 나타나는 차이점" 을 알아봤어요.
✔️신장, 간, 심장의 초음파 영상을 획득하여 관찰해 본 결과,
- 서로 다른 장기에 따른 초음파 영상에서의 유의미한 신호 강도의 차이는 발생하지 않았으며,
- 대조군과 실험군 간의 초음파 영상 신호 강도의 차이도 딱히 보이지 않아요
- 또한, 3개의 장기 모두에서 유사한 체내 안정성과 제거율이 나타났어요. (시간이 갈수록 밝게 표시된 영역 (=NB 가 결합한 부분) 이 줄어드는 것을 통해 알 수 있어요)
따라서, 종양을 가지지 않는 마우스에서는 무작위 NB 와 PTPmu 를 표적하는 NB 의 초음파 영상에서 나타나는 차이가 딱히 없다고 할 수 있습니다.
다만 NB 을 in vivo 에서 사용 가능하다는 점은 중요한 발견입니다 :)
2️⃣ 이번에는 종양을 가지는 마우스를 대상으로 1에서와 동일한 방식으로 "무작위 NB 와 PTPmu 를 표적하는 NB 의 초음파 영상에서 나타나는 차이점" 을 알아봤어요.
✔️신장과 종양의 초음파 영상을 획득하여 관찰해 본 결과,
- 서로 다른 장기에 따른 초음파 영상에서의 유의미한 신호 강도의 차이는 발생하지 않았지만,
- 대조군과 실험군 간의 초음파 영상 신호 강도의 차이가 분명하게 보여요! (CEUS: contrast-enhanced ultrasound)
무작위 NB 에 비해 PTPmu 표적 NB 는 시간이 지남에 따라 신호 세기가 더 천천히 줄어드는 양상을 보이고 있어요.
따라서, 종양을 가진 마우스에서는 무작위 NB 에 비해 PTPmu 를 표적하는 NB 를 활용하면 초음파 영상에서 더 긴 시간 증가된 세기의 신호를 관찰 할 수 있어 검사하기 편리하다고 할 수 있습니다.
3️⃣ 종양을 가진 마우스에서 PTPmu 를 표적하는 NB 의 신호 세기가 더 오래 지속된다는 사실을 알아냈으므로, 신호 강도의 차이는 얼마나 나는지 더 자세히 알아본 결과입니다.
✔️신장과 종양의 초음파 영상에서 나타나는 신호 세기를 데시벨 단위로 측정한 결과,
- 종양에서는, NB 를 주입하고 5분이 경과한 시점에, PTPmu 를 표적하는 NB 의 신호 세기가 무작위 NB 에 비해 유의미하게 높으며, 이후에도 계속해서 무작위 NB 대비 더 높은 수치를 유지했습니다.
- 신장에서는 주입 후 5분 시점을 지난 뒤에는 계속해서 무작위 NB 의 신호 세기가 더 높은 것으로 나타났는데, 이는 PTPmu 를 표적하는 NB 가 종양에 존재하는 암 표지자인 PTPmu peptide 와 결합했음을 의미합니다.
4️⃣ 마지막으로 이번 논문에서는 PTPmu 의 위치와 분포 양상을 알아보고자 했는데요
✔️ SBK4 를 사용해서 PTPmu 를, Tomato lectin 을 사용해서 혈관 내피세포를 염색한 뒤, IHC (immunohistochemistry) 기법으로 결과를 확인했어요.
- 신장과 종양을 비교해보면, 전반적으로 신장에 비해 종양에서 PTPmu biomarker 가 더 많이 발현함을 확인할 수 있어요. (PTPmu 가 종양 특이적 물질임을 시사함)
- 신장에서, 혈관 (사진에서 하얀색 박스⬜) 에서의 염색과 PTPmu 염색을 비교하면 상당히 유사한 양상을 띠는 것을 볼 수 있어요. 이는 PTPmu 가 혈관 내피에 많이 존재한다는 사을 시사합니다.
🤔 SBK4 와 Tomato lectin 이 뭔데?
- SBK4 는 종양 특이적으로 protease (단백질분해효소) 에 의해 분해되는 cell adhesion molecule 을 검출하는 peptide 의 일종이에요. PTPmu 와 결합하여 빨간색을 발합니다.
- Tomato lectin 은 토마토에서 추출된 단백질 성분으로, lectin 은 혈관 내피세포에 풍부하게 존재하는 N-acetylglucosaminase 라는 carbohydrate group 과 결합하여, 초록색을 발합니다. 이때 초록색을 띠는 이유는 lectin 을 FITC (Fluorescein isothiocyanate) 로 표지했는데, 이 FITC 가 초록색을 발하기 때문이에요.
🔭 앞으로의 활용 전망
이번 논문의 결과를 통해, 암의 Biomarker 인 PTPmu 를 표적하는 Nanobubble 을 활용하면. 초음파 영상으로 종양을 검사하고 진단하는 데 유용할 것으로 예상됩니다.
최근 약물 전달, 진단 및 검사에 nanobubble 이외에도 다양한 나노입자가 활발히 사용되는 추세인데요!
앞으로 나노입자와 관련된 다양한 기술 개발 동향을 지켜보는 것도 표적 항암제 치료계에서 중요한 관전 포인트가 될 것 같습니다.
🖋️작성자: 임다은 (lde030513@konkuk.ac.kr)
🌟밝히자, 바이오 세상🌟
이번 글도 읽어주셔서 감사합니다
다음 글에서 만나요👋🏻
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