대장암의 조기 진단과 맞춤형 치료에 이용할 수 있는 다광자 진단 표지자의 개발 = Multi-photon probes for early diagnosis and customized therapy of colon cancer

국문 초록 (Abstract)

이 과제는 대장암의 조기 진단과 맞춤형 치료에 이용할 수 있는 다광자 진단 표지자의 개발, 다광자 진단 표지자를 이용한 대장암의 조기진단 가능성 확인, 다광자 진단 표지자를 이용한 맞춤형 치료 가능성 확인을 목표로 하고 있다. 이광자 현미경은 살아있는 조직의 깊은 곳에서 진행되는 생물학적인 변화를 장시간동안 실시간 동영상으로 관찰할 수 있다는 장점 때문에 많은 관심의 대상이 되고 있다. 그러나 이광자 현미경이 실용화되기 위해서는 다양한 목적에 사용할 수 있는 이광자 표지자의 합성이 선행되어야 한다. 이 과제는 특정한 목적에 사용할 수 있는 새로운 이광자 표지자를 합성하여 생물학적인 현상을 실시간 동영상으로 관찰하는 것을 그 내용으로 하고 있다. 이 과제의 구체적인 연구 내용은 다음과 같다.
(1) 이광자 칼슘이온 표지자의 합성과 생체영상: 칼슘 이온은 세포내에서 진행되는 대부분의 신호전달에 관여하며 그 농도 역시 다양하게 변한다. 본 연구에서는 해리상수를 다양하게 변화시킨 칼슘이온 이광자 표지자를 합성하여 살아있는 세포와 조직 내에서 칼슘 이온 저장소로 알려진 ER의 위치를 규명하고, 신호전달, 세포자살 등과 같은 생물학적 현상에 수반되는 ER에서의 칼슘이온 농도의 동적 변화를 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 측정할 계획이다.
(2) 이광자 아연이온 표지자의 합성과 생체영상: 다양한 아연 이온 이광자 표지자를 합성하여 살아 있는 쥐의 뇌 조직의 hyppocampus영역에 존재하는 아연 이온 농도와 뇌신경 질환과 아연이온 농도의 상관관계를 조사하고, glutamate 및 stress 등과 같은 외부 자극에 따른 아연 이온 농도의 동적변화를 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 관찰할 계획이다.
(3) 이광자 pH 표지자의 합성 및 lysosome의 활성 연구: 다양한 구조의 이광자 LysoTracker와 이광자 pH표지자를 합성하여 살아있는 세포와 조직내에서 lysosome의 위치를 확인하고, 세포의 증식, 세포자살 등과 같은 생물학적 현상에 수반되는 lysosome내부의 pH와 칼슘이온 농도의 동적변화, 칼슘이온의 농도 증가에 따른 lysosome의 방출 등을 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 관찰할 계획이다.
(4) 인산 분해 효소의 이광자 기질의 합성과 효소의 활성연구: 세포내에서 인산의 대사를 촉진하는 효소인 phosphatase의 위치와 농도 및 활성을 검출할 수 있는 이광자 형광 기질을 합성하여 살아있는 세포와 조직에서 이들 효소의 위치와 농도 및 활성을 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 조사할 계획이다.
(5) 당 분해 효소의 이광자 기질의 합성과 효소의 활성연구: 세포내에서 당의 대사를 촉진하는 효소인 glycosidase의 위치와 농도 및 활성을 검출할 수 있는 이광자 형광 기질을 합성하여 살아있는 세포와 조직에서 이들 효소의 위치와 농도 및 활성을 이광자 현미경을 사용하여 실시간 동영상으로 조사할 계획이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Establishing probe-based analysis is important for developing two-photon microscopy (TPM) to make an early diagnosis of colon neoplasm and assess its antioxidant status. Our main objective in this study was application of newly developed two-photon probe (TP) as a tool to assess anti-oxidative status of colon neoplasm. TPM is attracting much attention in biological imaging due to the capability of imaging deep inside the living tissues for a long period of time. For maximum utilization of TPM, it is essential to develope efficient two photon probes. We plan to synthesize two-photon probes for specific applications and investigate the biological events using the real time images by TPM. The specific research projects outlined in this proposal are as follows.
(1) Synthesis of calcium ion two-photon probes and bioimaging: Calcium signalling system operates in many different ways to regulate various cellular processes that function over a wide dynamic range. We plan to synthesize a series of calcium ion two-photon probes with a wide range of dissociation constants, determine the position of endoplasmic reticulum(ER) in the live cells.
(2) Synthesis of zinc ion two-photon probes and bioimaging: We plan to synthesize two-photon probes for zinc ions, measure the zinc ion concentration in hyppocampus CA3 region, and investigate the effects of glutamate and stress on its concentration and distribution in the living mouse brain tissues using the real time images by TPM.
(3) Synthesis of two-photon pH probes and lysosome activity: We plan to synthesize two-photon LysoTrackers and two-photon pH probes, determine the location of lysosome, study the changes in pH and calcium ion concentration in
the live cells and living tissues during the biological events such as cell proliferation and homeostasis, and investigate the calcium triggered exocytosis of lysosome using the real time images by TPM.
(4) Synthesis of two-photon substrates for the phosphatase and enzyme activity: We plan to synthesize two-photon substrates for the phosphatase and investigate the location of each enzyme and the enzyme activity in the live cells and living tissues using the real time images by TPM.
(5) Synthesis of two-photon substrates for the glycosidase and enzyme activity: We plan to synthesize two-photon substrates for the glycosidase and investigate the location of each enzyme and the enzyme activity in the live cells and living tissues using the real time images by TPM.