심장질환에서 셀렉틴, 케모카인, 인테그린 표적분자영상 = Targeted molecular imaging for selectin, chemokine, and integrin in cardiac diseases

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ⅰ. Purpose and necessity of the research
- During the process of myocardial infarction, recruitment of inflammatory cells such as monocytes to the infarct site plays an important role, and the delivery of the cells to the tissue takes place via rolling, activation, adhesion, and diapedesis. Moreover, selectin (rolling), chemokine (activation), and integrin (adhesion) also play crucial roles between the inflammatory cells and endothelial cells.
- If one attempts to treat patients with myocardial infarction/heart failure using cell therapeutics like stem cells or immune cells, it is necessary to modify the therapeutic cells taking the recruitment mechanism of the inflammatory cells within the body into the account or to try the cell therapy after completing the evaluation of biomarker expression in vivo. Ⅱ. Contents and scope of the research Development of peptide probes/modulators for the evaluation of the expressions of the key biomarkers (selectin, chemokine, integrin) that are related to inflammation and healing in the cardiac diseases. Ⅲ. Results of the research
○ Molecular imaging using F-18 labeled radiopharmaceuticals in the models of myocardial infarction/ischemia-reperfusion injury/heart failure
- Imaging of myocardial infarction and apoptosis - Imaging of heart failure and sympathetic nervous system using F-18 fluoropropylbenzylguanidine (F-18 FPBG)
○ Development of novel peptides that are related with myocardial inflammation
- Development of a peptide targeting CCR2
- Set up of a condition of radioiodine labelling for the peptide
○ Molecular imaging under base of RGD peptide that binds to intergrin which plays a crucial role for angiogenesis.
- Labeling of Tc-99m to cyclic form RGD peptide
- Clincial study usign Tc-99m cRGD.
○ Establishment of infra for cell membrane engineering using E-selectin targeting peptide
- Set up of flow cytometry methodology for quantification of free amine and reduced thiol in the cell membrane
- Performing of experiment for cell membrane engineering in the condition of E-selectin expression
Ⅳ. Application plan of the research product
○ Comprehensive appreciation of the pathophysiology of intractable heart diseases
○ The vitalization of translational study from laboratory research to clinical trial

국문 초록 (Abstract)

I. 연구개발의 목적 및 필요성
- 심근경색의 진행과정에는 단핵세포(monocyte)를 필두로 한 염증세포들의 경색내 동원이 중요한 역할을 하며 염증세포의 조직내 전달은 rolling, activation, adhesion, 그리고 diapedesis의 과정을 거쳐 일어나고 염증세포와 혈관내피세포(endothelial cell) 사이에서 selectin (rolling), chemokine (activation), 그리고 integrin (adhesion)이 중요 역할을 함. - 줄기세포나 면역세포 등의 세포치료제를 이용하여 심근경색/심부전 환자를 치료하고자 할 때 이와 같이 체내의 염증세포의 동원기전을 고려하여 치료세포를 변형하거나 체내 biomarker의 발현을 평가하고 난 후 세포치료를 시도할 필요가 있음.
Ⅱ. 연구개발의 내용 및 범위
심장질환에서 염증과 치유에 관련된 key biomarkers (selectin, chemokine, integrin)의 발현을 평가할 수 있는 peptide probe/modulator를 개발한다.
Ⅲ. 연구개발결과
○ F-18표지 방사성의약품을 이용한 심근경색/허혈-재관류손상/심부전 모델에서의 분자영상
- F-18 sodium fluoride (F-18 NaF)를 이용한 심근손상 및 세포고사영상: rat의 심근경색 모델에서 심근경색부위에 F-18 NaF의 섭취가 증가함을 확인하였다. F-18 NaF의 섭취는 Histone-1단백질의 섭취와 연관된 세포고사와 밀접한 관계가 있음을 증명하였다. Rat에서 뿐만 아니라 심근경색을 경험한 사람의 심근에서도 F-18 NaF의 섭취가 증가함을 발견하였다. - F-18 fluoropropylbenzylguanidine (F-18 FPBG)를 이용한 심부전 및 교감신경계 영상: 교감신경계손상 동물모델을 만들고 F-18 FPBG와 소동물전용 PET/CT를 이용한 동적영상을 획득하였다. 교감신경계유래 종양을 가진 환자에서 F-18 FPBG의 유용성을 I-123 MIBG와 비교하여 증명하였다.
○ 심장질환의 inflammation과 연관된 새로운 펩타이드 개발.
- Monocyte의 심근경색내 동원에 중요한 역할을 하는 CCR2에 대한 targeting 펩타이드를 개발하여서 이 펩타이드의 CCR2 표적성능을 검증하였다.
- Atherosclerosis의 바이오마커이면서 macrophage에도 발현하는 IL4Receptor에 반응하는 펩타이드를 이용하여서 radioiodine의 표지를 위한 조건을 확립하였고 I-123으로 표지한 후 소동물전용 SPECT/CT로 그 분포를 영상화하였다.
○ Angiogenesis에 중요한 역할을 하는 integrin에 결합하는 RGD 펩타이드 기반 분자영상.
- cyclic form의 RGD펩타이드에 Tc-99m을 표지하고 심근경색 동물모델에서 SPECT/CT영상을 성공적으로 얻었음.
- Tc-99m cRGD를 이용한 임상시험을 수행중임.
○ E-selectin targeting펩타이드를 이용하여 cell membrane engineering을 위한 기반구축
- Cell membrane에 발현하는 free amine과 reduced thiol정량화를 위한 flow cytometry방법론 완성
- E-selectin 발현 조건에서 cell membrane engineering을 위한 실험 수행
Ⅳ. 연구개발결과의 활용계획
○ 난치성 심장질환의 병태생리에 대한 포괄적인 이해가 가능해 질 것이다.
○ 실험실연구에서 임상시험까지 중개연구의 활성화가 가능해 질 것이다.