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THP-1 수지상세포주와 HaCaT 각질세포주 공배양을 통한 피부감작성 평가 대체시험법 개발
여경욱 ( Kyeong Uk Yeo ),차원석 ( Won Seok Cha ),연동은 ( Dong Eun Yeon ),최성희 ( Sung Hee Choi ),이지연 ( Ji Youn Lee ),신경민 ( Kyeong Min Shin ),조지훈 ( Ji Hoon Jo ),허용 ( Yong Heo ) 한국동물실험대체법학회 2013 동물실험대체법학회지 Vol.7 No.1
본 연구진은 THP-1 수지상세포주에서 생성되는 MIP-1β 싸이토카인이 피부 비감작성 단순 자극성 물질을 첨가하였을 때 비해 피부감작물질을 첨가하였을때 유의하게 높은 수준으로 생성됨을 보고하면서 MIP-1β가 피부감작능 평가 대체시험법에서 biomarker로 개발될 수 있음을 제시하였다 (안 등, 2008; Lim et al., 2008). 또한 HaCaT 각질세포주에서 생성되는 IL-6 수준 증가가 피부감작물질과 비감작물질을 구분 해줄 수 있는 친염증성 싸이토카인 중 하나임을 보고하고 HaCaT 세포주를 이용한 피부감작능 대체시험법 개발 가능성을 제시하였다 (김 등, 2011 & 2012). 실제 in vivo에서 각질세포는 피부 Langerhans 탐식 세포와 상호작용을 통하여 접촉성 알레르기성 피부염의 진행을 유도하는 것으로 알려져 있다 (Kimber et al., 2004). THP-1 세포주는 원래 단핵구성 백혈구 암세포 (monocytic leukemia cell)로 알려져 있었으나 지속적인 연구를 통하여 수지상세포의 특성을 갖고 있음이 보고되었고 현재 이 세포주를 이용한 h-CLAT 시험법은 국제적인 검증과정에 있다 (Ashikaga et al., 2010). 본 연구는 피부감작능 평가시 각질세포와 수지상세포의 상호 작용이 기전상 중요하고 이를 in vitro에서 적절하게 재현하여 보다 정확도가 높은 피부감작성평가 대체시험법을 개발하고자 시도된 최초의 탐색연구이다. THP-1 세포주에서 생성되는 MIP-1β와 HaCaT 세포주에서 주로 생성되는 IL-6, IL-8 수준을 세포배양액에서 측정하였고, 용매 대조 물질을 첨가한 군에 비해 몇 가지 화학물질을 첨가한 경우에 어느 정도 이들 싸이토카인이 생성되었는지를 자극지수로 하여 계산하였다. 본 연구 결과 24-well plate의 바닥에서 배양한 THP-1 세포에서 생성되는 MIP-1β가 HaCaT 세포가 존재하는 culture plate insert 안에서 채취한 배양액에서도 유사한 수준으로 측정되었는데 이는 pore size 0.4 ㎛인 culture plate insert를 통하여 싸이토카인이 이동하고 있음을 알 수 있었다 (Table 1). 또한 HaCaT 세포 배양시 통상적으로 사용되는 DMEM 배지보다도 RPMI 배지의 경우가 IL-6, IL-8 싸이토카인 수준이 높았다는 점에서 추후 공배양을 이용한 대체시험법 개발시 RPMI 배지를 사용할 것이 권장된다. 본 연구의 핵심 결과는 MIP-1β 생성 수준이 DNCB와 HCA 모두 1X 농도에서는 LLNA에서 피부감작물질로 판정하는 3이상의 자극지수를 나타내면서 비감작성 물질 lactic acid 첨가시 생성 수준보다 유의하게 높았다는 것이다 (Table 2). 과거 본 연구진의 THP-1 세포주 단일 배양시 MIP-1β 생성 수준이 1X DNCB에서 246.0±68.5%, 0.1X HCA에서 167.0±3.7%로 최고였던 결과와 (Lim et al., 2008) 비교하면 이번 연구에서 1X DNCB 및 1XHCA 각각 308±147%, 345±13%로 높았던 점은 피부감작물질 노출시 THP-1 세포의 활성화가 각질세포와 공배양을 통하여 증진되는 측면이 있을 가능성을 제시하는 것으로 판단된다. 본 공배양체계에서 DNCB, HCA 첨가시 IL-6 생성 수준은 본 연구진의 최근 연구에서 (김 등, 2012) HaCaT 세포주 단일 배양시 얻어졌던 결과 (0.5X DNCB: 158±20%, 0.5X HCA: 156±23%)에는 미치지 못하였다. 비록 초기 탐색 연구이지만 본 연구를 통하여 THP-1 수지상세포주와 HaCaT 각질세포주를 공배양하였을 때 MIP-1β 생성 수준을 평가함으로써 피부감작능 여부를 예측할 수 있는 가능성이 높음을 알 수 있었다. 본 시험 결과는 보다 많은 시험물질을 사용하여 보다 체계적인 연구를 통하여 확인할 필요성이 높다고 생각된다. Co-culture system of THP-1 dendritic cell line and HaCaT keratinocyte cell line was developed for its usefulness in sorting out chemicals with skin allergic potential. THP-1 cells were plated onto wells of 24-well culture plate followed by placement of culture plate insert to each well. Thereafter HaCaT cells were added into the culture plate inserts. Levels of macrophage inflammatory protein-1β (MIP-1β), interleukin-6 (IL-6), and interleukin-8 (IL-8) production were determined using culture supernatants from HaCaT cell or THP-1 cell culture area. The optimal culture duration was 48 hour among 24, 48, and 72 hour for production of those cytokines. In addition, complete RPMI medium was better than complete DMEM medium. Co-culture of THP-1 and HaCaT cells was maintained in the presence or absence of 4 doses, 0.01X, 0.1X, 0.5X, or 1X CV75 (75% cell viability concentration) of 2 sensitizing chemicals (dinitrochlorobenzene, hexyl cinnamic aldehyde) and an irritant chemical (lactic acid) for 48 hour. Stimulation index (SI) was calculated through dividing each cytokine amount at each chemical concentration by vehicle control`s cytokine amount. When SI 3 is considered as a threshold for categorizing chemicals into skin-sensitizer, dinitrochlorobenzene and hexyl cinnamic aldehyde were positive for MIP-1β, but no chemicals were above SI 3 for both IL-6 and IL-8. Further evaluations for other various cytokines and cytokine determination using cell lysates should be performed for examining usefulness of the co-culture system as a skin sensitizing alternative method.
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피부감작능 평가를 위한 BrdU-FCM 국소림프절시험법 기법 이전을 위한 제 조건
여경욱 ( Kyeong Uk Yeo ),김지연 ( Ji Youn Kim ),황소련 ( So Ryeon Hwang ),임경민 ( Kyung Min Lim ),정경미 ( Kyung Mi Jung ),장원희 ( Won Hee Jang ),허용 ( Yong Heo ) 한국동물실험대체법학회 2012 동물실험대체법학회지 Vol.6 No.1
Local lymph node assay (LLNA) using mice has been adopted as an alternative model for testing skin sensitization to chemicals. Modification of LLNA was recently reported through combination of BrdU incorporation and flow cytometric analysis, which was designated as LLNA:BrdU-FCM. We introduce how LLNA:BrdU-FCM could be successfully established in a naive laboratory where the method was never experienced. Nine week old female BALB/c mice, 5 mice per group, were used and grouped into non-treatment, BrdU only-treatment, acetone-olive oil (AOO) vehicle-treatment, and 5, 10, 25% α-hexylcinamaldehyde (HCA) positive control. BrdU solution was injected intraperitoneally one day after three consecutive application of AOO or HCA on dorsum area of both ears. Auricular lymph node was collected from both ears one day after the BrdU injection. Thereafter flow cytometric staining procedures were followed. Various parameters related with calculation of stimulation index were analyzed including number of lymphocytes, BrdU incorporation%, and number of BrdU incorporated lymphocytes. The critical procedures for successful establishment were as followings; quality control of every quantitative apparatus, appropriate application of test compounds on dorsum of mouse ear, precise injection of BrdU, accurate preparation of single cell suspension and counting of lymph node cells, and experienced operation of flow cytometer. Face-to-face training from an experienced lead laboratory and preparation of very detailed standard operational procedures could play the most important role for the establishment. Based on Performance Standards for Assessment of Proposed Similar or Modified Test Methods by OECD, the LLNA:BrdU-FCM could be a good alternative method for screening skin sensitizers.
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연구논문 : THP-1 수지상세포주와 HaCaT 각질세포주 공배양을 통한 피부감작성 평가 대체시험법 개발
여경욱 ( Kyeong Uk Yeo ),차원석 ( Won Seok Cha ),연동은 ( Dong Eun Yeon ),최성희 ( Sung Hee Choi ),이지연 ( Ji Youn Lee ),신경민 ( Kyeong Min Shin ),조지훈 ( Ji Hoon Jo ),허용 ( Yong Heo ) 한국동물실험대체법학회 2013 동물실험대체법학회지 Vol.7 No.1
본 연구진은 THP-1 수지상세포주에서 생성되는 MIP-1β 싸이토카인이 피부 비감작성 단순 자극성 물질을 첨가하였을 때 비해 피부감작물질을 첨가하였을때 유의하게 높은 수준으로 생성됨을 보고하면서 MIP-1β가 피부감작능 평가 대체시험법에서 biomarker로 개발될 수 있음을 제시하였다 (안 등, 2008; Lim et al., 2008). 또한 HaCaT 각질세포주에서 생성되는 IL-6 수준 증가가 피부감작물질과 비감작물질을 구분 해줄 수 있는 친염증성 싸이토카인 중 하나임을 보고하고 HaCaT 세포주를 이용한 피부감작능 대체시험법 개발 가능성을 제시하였다 (김 등, 2011 & 2012). 실제 in vivo에서 각질세포는 피부 Langerhans 탐식 세포와 상호작용을 통하여 접촉성 알레르기성 피부염의 진행을 유도하는 것으로 알려져 있다 (Kimber et al., 2004). THP-1 세포주는 원래 단핵구성 백혈구 암세포 (monocytic leukemia cell)로 알려져 있었으나 지속적인 연구를 통하여 수지상세포의 특성을 갖고 있음이 보고되었고 현재 이 세포주를 이용한 h-CLAT 시험법은 국제적인 검증과정에 있다 (Ashikaga et al., 2010). 본 연구는 피부감작능 평가시 각질세포와 수지상세포의 상호 작용이 기전상 중요하고 이를 in vitro에서 적절하게 재현하여 보다 정확도가 높은 피부감작성평가 대체시험법을 개발하고자 시도된 최초의 탐색연구이다. THP-1 세포주에서 생성되는 MIP-1β와 HaCaT 세포주에서 주로 생성되는 IL-6, IL-8 수준을 세포배양액에서 측정하였고, 용매 대조 물질을 첨가한 군에 비해 몇 가지 화학물질을 첨가한 경우에 어느 정도 이들 싸이토카인이 생성되었는지를 자극지수로 하여 계산하였다. 본 연구 결과 24-well plate의 바닥에서 배양한 THP-1 세포에서 생성되는 MIP-1β가 HaCaT 세포가 존재하는 culture plate insert 안에서 채취한 배양액에서도 유사한 수준으로 측정되었는데 이는 pore size 0.4 ㎛인 culture plate insert를 통하여 싸이토카인이 이동하고 있음을 알 수 있었다 (Table 1). 또한 HaCaT 세포 배양시 통상적으로 사용되는 DMEM 배지보다도 RPMI 배지의 경우가 IL-6, IL-8 싸이토카인 수준이 높았다는 점에서 추후 공배양을 이용한 대체시험법 개발시 RPMI 배지를 사용할 것이 권장된다. 본 연구의 핵심 결과는 MIP-1β 생성 수준이 DNCB와 HCA 모두 1X 농도에서는 LLNA에서 피부감작물질로 판정하는 3이상의 자극지수를 나타내면서 비감작성 물질 lactic acid 첨가시 생성 수준보다 유의하게 높았다는 것이다 (Table 2). 과거 본 연구진의 THP-1 세포주 단일 배양시 MIP-1β 생성 수준이 1X DNCB에서 246.0±68.5%, 0.1X HCA에서 167.0±3.7%로 최고였던 결과와 (Lim et al., 2008) 비교하면 이번 연구에서 1X DNCB 및 1XHCA 각각 308±147%, 345±13%로 높았던 점은 피부감작물질 노출시 THP-1 세포의 활성화가 각질세포와 공배양을 통하여 증진되는 측면이 있을 가능성을 제시하는 것으로 판단된다. 본 공배양체계에서 DNCB, HCA 첨가시 IL-6 생성 수준은 본 연구진의 최근 연구에서 (김 등, 2012) HaCaT 세포주 단일 배양시 얻어졌던 결과 (0.5X DNCB: 158±20%, 0.5X HCA: 156±23%)에는 미치지 못하였다. 비록 초기 탐색 연구이지만 본 연구를 통하여 THP-1 수지상세포주와 HaCaT 각질세포주를 공배양하였을 때 MIP-1β 생성 수준을 평가함으로써 피부감작능 여부를 예측할 수 있는 가능성이 높음을 알 수 있었다. 본 시험 결과는 보다 많은 시험물질을 사용하여 보다 체계적인 연구를 통하여 확인할 필요성이 높다고 생각된다. Co-culture system of THP-1 dendritic cell line and HaCaT keratinocyte cell line was developed for its usefulness in sorting out chemicals with skin allergic potential. THP-1 cells were plated onto wells of 24-well culture plate followed by placement of culture plate insert to each well. Thereafter HaCaT cells were added into the culture plate inserts. Levels of macrophage inflammatory protein-1β (MIP-1β), interleukin-6 (IL-6), and interleukin-8 (IL-8) production were determined using culture supernatants from HaCaT cell or THP-1 cell culture area. The optimal culture duration was 48 hour among 24, 48, and 72 hour for production of those cytokines. In addition, complete RPMI medium was better than complete DMEM medium. Co-culture of THP-1 and HaCaT cells was maintained in the presence or absence of 4 doses, 0.01X, 0.1X, 0.5X, or 1X CV75 (75% cell viability concentration) of 2 sensitizing chemicals (dinitrochlorobenzene, hexyl cinnamic aldehyde) and an irritant chemical (lactic acid) for 48 hour. Stimulation index (SI) was calculated through dividing each cytokine amount at each chemical concentration by vehicle control`s cytokine amount. When SI 3 is considered as a threshold for categorizing chemicals into skin-sensitizer, dinitrochlorobenzene and hexyl cinnamic aldehyde were positive for MIP-1β, but no chemicals were above SI 3 for both IL-6 and IL-8. Further evaluations for other various cytokines and cytokine determination using cell lysates should be performed for examining usefulness of the co-culture system as a skin sensitizing alternative method.
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State Indicator of Water Quality for Surface Water and Groundwater in Agriculture
Min-Kyeong Kim,Goo-Bok Jung,An-Sung Ro,Seung-Chul Choi,Won-Il Choi,Eun-Jeong Kim,Jong-Eun Lee,Yeo-Uk Yun,Kab-Cheol Kim,Do-Young Ko,Byeong-Ho Kim,Hyeon-Ji Kim,Sang-Jo Park,Seong-Tae Lee,Jae-Young Heo,S 한국토양비료학회 2015 한국토양비료학회지 Vol.48 No.5
Indicators of environmental conditions qualitatively and quantitatively describe the state of the environment and natural resources, and the OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) has initiated and suggested AEIs (Agri-Environmental Indicators) to assess trends over time of the effects of agriculture on the environment and the effectiveness and efficiency of agricultural and environmental policy measures since 1990’s. This study aims to develop the state indicators of water quality for agricultural water, surface and groundwater, to evaluate the environmental impacts of agricultural activities and policies by qualifying the environmental levels of a nation. Status indicators were calculated according to the agricultural water quality standards of OECD and Korea, and their trends were analyzed over time. Particularly, nitrate(NO₃<SUP>-</SUP>) status indicators of ground water in 2013 were significantly lower than the ones in 2000. Overall, the water quality indicators of surface water in 2013 were higher than the ones in 2012, except for pH and DO. The groundwater quality indicators in 2013 were lower than those of previous years. The optimal management indicators were calculated to assess agricultural surface water and groundwater quality. The findings of this study indicated that the state indicators could play a significant role to establish policies and procedures for managing and conserving water resources. This study also discussed water pollution caused by agricultural and industrial effluents.
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BES 수치모델을 이용한 사육 밀도별 가금류 고온 스트레스 평가
권경석(Kyeong-seok Kwon),하태환(Tahwan Ha),최희철(Hee-chul Choi),김종복(Jong-bok Kim),이준엽(Jun-yeob Lee),전중환(Jung-hwan Jeon),양가영(Ka-young Yang),김락우(Rack-woo Kim),여욱현(Uk-hyeon Yeo),이상연(Sang-yeon Lee) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.1
가축 사육 시설 내부의 온도, 습도 등과 같은 미기상 요소는 환기, 냉방, 난방, 단열, 가축의 현열 및 잠열과 같은 에너지 발생 등 다양한 요소의 복합적인 영향을 받는다. 본 연구에서는 위와 같은 다양한 변수에 따른 시설 내부의 에너지 흐름 및 기작을 구현하기 위하여 BES 수치해석 기법을 활용하였다. BES 수치해석 모델 및 THI 지수 개념을 이용하여 국내 주요 지역별 가금 사육 시설 내부의 고온 스트레스 발생 정도를 정량적으로 산정하고자 하였다. 또한, 최근 동물복지 사육 이슈에 따라, 현행 기준 및 동물복지를 고려한 사육 밀도 적용 시, 시설 내부의 THI 지수를 비교 분석하였으며, 그 결과, 환절기 시기의 경우 사육밀도 감소에 따른 유의한 고온 스트레스 감소 효과가 도출되었으나(p<0.05), 하절기의 경우 큰 차이를 보이지 않아(p>0.05) 지역별 적정 냉방시설의 설비 마련이 시급한 것으로 나타났다. 전라북도 익산시의 경우, 사육밀도 감소에 따라 고온 스트레스 발생 시간 기준, 총 252시간의 이득이 있는 것으로 산출되었다. Micro climatic conditions within the livestock facility are affected by various factors such as ventilation, cooling, heating, insulation and latent and sensible heat generation from animals. In this study, numerical BES method was used to simulate energy flow inside the poultry house. Based on the BES method and THI concept, degree of thermal stress of poultry was evaluated according to the locations in South Korea. Comparison of THI values within the poultry house was also carried out according to the stocking densities to reflect recent animal-welfare issue. Significant decrease in thermal stress of poultry was observed when the stocking density of 30 kg/m2 was applied in the change of the seasons(p<0.05) however, there was no statistically significant difference in summer season(p>0.05). It meant that installation of proper cooling system is urgently needed. For Iksan city of Jeollabuk-do province, total 252 hours of profit for thermal stress was found according to decrease in the stocking density.
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스마트팜 구현을 위한 연구동향 및 ICT 핵심기술 분석
여욱현(Uk-hyeon Yeo),이인복(In-bok Lee),권경석(Kyeong-seok Kwon),하태환(Taehwan Ha),박세준(Se-jun Park),김락우(Rack-woo Kim),이상연(Sang-yeon Lee) (사)한국생물환경조절학회 2016 생물환경조절학회지 Vol.25 No.1
정부는 정책적으로 ICT 기반 시설원예의 첨단화로 농작물의 생산성을 높이고 에너지 절감형 스마트 온실의 보급 확대를 계획하고자 한다. 그러나 농업 분야에 있어서 모니터링 및 제어의 다양성 및 연계성은 매우 부족한 실정이다. 이에 자동화된 시설원예를 활용하여 다양한 모니터링 및 제어를 위한 복합형 알고리즘을 활용한 농업생산 전주기적 과정의 지능적 시스템화를 위한 현장 중심형 사물인터넷 기반 스마트팜 융합 서비스 시스템의 개발이 필요하다. 따라서, 농업분야 ICT 현장적용 관련 국내·외 연구 동향을 소개하고 이로부터 시설원예 분야에 접목 가능한 ICT 기반 미래 핵심기술을 분석 및 제시하고자 하였다. Korean government has planned to increase the productivity of horticultural crops and to expand supply smart greenhouse for energy saving by modernization of horticultural facilities based on ICT in policy. However, the diversity and linkages of monitoring and control are significantly insufficient in the agricultural sector in the current situation. Therefore, development of a service system with smart-farm based on the internet of things(IoT) for intelligent systemization of all the process of agricultural production through remote control using complex algorithm for diverse monitoring and control is required. In this study, domestic and international research trend related to ICTbased horticultural facilities was briefly introduced and limits were analyzed in the domestic application of the advanced technology. Finally, future core technologies feasible to graft in agricultural field were reviewed.
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