본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

개의 뇌 조직로부터 추출한 대사물질의 절대농도 측정 및 평가: 500 MHz 고자장 핵자기공명분광법을 이용한 예비연구결과

Measurement and Assessment of Absolute Quantification from in Vitro Canine Brain Metabolites Using 500 MHz Proton Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Preliminary Results

1

조회

0

다운로드

2

인용

0

참고문헌

키워드

주제분류방사선과학

초록

본 연구는 in vivo 보다 더욱 정확하게 뇌 대사물질을 정량 분석하고자 고자장 NMR 장비 (500MHz; 11.74T)를 이용하여 동물의 뇌를 in vitro 환경에서 조사 및 분석하였다. 일반적 으로 in vivo 실험은 생체 내부의 혈류나 조직의 비균질성으로 인한 자기공명분광법의 shimming에 악영향을 미치기 때문에 부정확한 결과를 산출할 수 있다. 그러나, in vitro 실험 은 이에 비하여 균질한 샘플을 사용하고 보다 고자장에서 실험환경을 조성할 수 있기 때문에 더 욱 정확한 대사물질의 정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 개 (canine)의 소뇌 (cerebellum) 조직으로부터 대사물질을 추출하고 고자장 핵자기공명분광법으로 대사물질의 절대농도를 획득 하고자 하였다. 생체 대사물질의 절대농도를 획득하기 위하여 대표적인 대사물질(i.e., NAA, Cr, Cho, Ins, Lac, GABA, Glu, Gln, Tau Ala)의 팬톰을 제작하여 그 스펙트럼을 확보하였 고, 개의 소뇌 부위를 적출하여 methanol-chloroform water extraction (M/C water extraction) 방법으로 대사물질만을 추출한 후 자기공명분광법을 수행하였다. 필터링 (filtering)의 효과를 평가하기 위하여 샘플 제작 시 추출물을 필터링한 그룹과 필터링하지 않은 그룹으로 분류하여 실험을 수행하였다. 팬텀 물질과 추출물은 90% D2O 수용액으로 만든 후 5 mm NMR 튜브에 담아 실험하였다. 실험 결과 조직 추출물을 필터링하는 것이 신호대잡음비 (signal to noise ratio: SNR, S/N)를 향상시키는 데 기여하는 것을 확인하였다. 또한 개의 소 뇌 대사물질의 절대농도는 사람보다는 쥐 (rat)의 뇌 대사물질 절대농도와 더 비슷한 것을 확인 할 수 있었다. 본 연구 결과를 토대로 고자장 핵자기공명분광법을 이용한 in vitro 실험은 뇌조 직 내 대사물질의 절대농도를 측정하고 기본적인 지표를 확보하는데 매우 정확하고 정량적인 방 법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract

The purpose of this study was to confirm the exactitude of in vitro nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMRS) and to complement the defect of in vivo NMRS. It has been difficult to understand the metabolism of a cerebellum using in vivo NMRS owing to the generated inhomogeneity of magnetic fields (B0 and B1 field) by the complexity of the cerebellum structure. Thus, this study tried to more exactly analyze the metabolism of a canine cerebellum using the cell extraction and high resolution NMRS. In order to conduct the absolute metabolic quantification in a canine cerebellum, the spectrum of our phantom included in various brain metabolites (i.e., NAA, Cr, Cho, Ins, Lac, GABA, Glu, Gln, Tau and Ala) was obtained. The canine cerebellum tissue was extracted using the methanol-chloroform water extraction (M/C extraction) and one group was filtered and the other group was not under extract processing. Finally, NMRS of a phantom solution and two extract solution (90% D2O) was progressed using a 500MHz (11.4 T) NMR machine. Filtering a solution of the tissue extract increased the signal to noise ratio (SNR). The metabolic concentrations of a canine cerebellum were more close to rat’s metabolic concentration than human’s metabolic concentration. The present study demonstrates the absolute quantification technique in vitro high resolution NMRS with tissue extraction as the method to accurately measure metabolite concentration.

참고문헌 (30)

  1. Burri R, "Brain development: 1H Magnetic resonance spectroscopy of rat brain extracts compared with chromatographic methods", Neurochem Res, 15(10), pp.1009~1016 (1990)
  2. Jacobs MA, "Quantitative proton MR spectroscopic imaging of normal human cerebellum and brain stem", Magn Reson Med, 46, pp.699~705 (2001)
  3. Florian C-L, "Regional and developmental variations in metabolite concentration in the rat brain and eye: A study using 1H NMR spectroscopy and high performance liquid chromatography", Neurochem Res, 21(9), pp.1065~1074 (1996)
  4. Whitehead TL, "Applying in vitro NMR spectroscopy and 1H NMR metabonomics to breast cancer characterization and detection", Prog Nucl Magn Reson Spectrosc, 47, pp.165~174 (2005)
  5. Swanson MG, Andrew SZ, "Quantitative analysis of prostate metabolites using 1H HR-MAS spectroscopy", Magn Reson Med, 55, pp.1257~1264 (2006)
  6. Damyanovich AZ, "1H NMR investigation of changes in the metabolic profile of synovial fluid in bilateral canine osteoarthritis with unilateral joint denervation", Osteoarthritis Cartilage, 7, pp.165~172 (1999)
  7. Cheng LL, "Ackerman JL, Brady TJ, et al. Enhanced resolution of proton NMR spectra of malignant lymph nodes using magic-angle spinning", Magn Reson Med, 36(5), pp.653~658 (1996)
  8. Cheng LL, "Quantitative neuropathology by high resolution magic angle spinning proton magnetic resonance spectroscopy", Proc Natl Acad Sci, 94, pp.6408~6413 (1997)
  9. Cheng LL, "Correlation of high-resolution magic angle spinning proton magnetic resonance spectroscopy with histopathology of intact human brain tumor specimens", Cancer Res, 58, pp.1825~1832 (1998)
  10. Straus SK, "Experiments and strategies for the assignment of fully 13C", 15Nlabelled polypeptides by solidstate NMR, 1998, pp.12, 39~50
  11. Le Belle JE, "A comparison of cell and tissue extraction techniques using high-resolution 1H-NMR spectroscopy", NMR Biomed, 15, pp.37~44 (2002)
  12. Yao FS, "In vitro 1H and 31P NMR spectroscopic evidence of multiple aberrant biochemical pathways in murine trisomy 16 brain development", Int J Dev Neurosci, 18, pp.833~841 (2000)
  13. Kreis R, "Absolute quantification of water and metabolites in the human brain: I. Compartments and water", J Magn Reson B, 102, pp.1~8 (1993)
  14. Kreis R, "Absolute quantification of water and metabolites in the human brain: II. Metabolite concentrations", J Magn Reson B, 102, pp.1~8 (1993)
  15. Danielsen ER, "Three methods of calibration in quantitative proton MR spectroscopy", J Magn Reson B, 106, pp.287~291 (1995)
  16. Hajek M, "Quantitative NMR spectroscopy. Comments on methodology of in vivo MR spectroscopy in medicine", Quart Magn Reson Biol Med, 2, pp.165~193 (1995)
  17. Schirmer T, "On the reliability of quantitative clinical magnetic resonance spectroscopy of the human brain", NMR Biomed, 13, pp.28~36 (2000)
  18. Vanhamme L, "Improved method for accurate and efficient quantification of MRS data with use of prior knowledge", J Magn Reson, 129, pp.35~43 (1997)
  19. Bolan PJ, "In vivo Quantification of choline compounds in the breast with 1H MR spectroscopy", Magn Reson Med, 50, pp.1134~1143 (2003)
  20. Ramsey NF, "Interactions between nuclear spins in molecules", Phy Rev, 85, pp.143~144 (1952)
  21. 최보영, "인체 뇌 대사물질에서의 In vitro 2D-COSY와 2D-NOESY 스펙트럼 분석 평가", 대한자기공명의과학회지, 12(1), pp.8~19 (2008), 대한자기공명의과학회
  22. Leibfritz D, "Magnetization transfer MRS", NMR Biomed, 14, pp.65~76 (2001)
  23. Esslinger CS, "The substituted aspartate analogue l-β-threo-benzylaspartate preferentially inhibits the neuronal excitatory amino acid transporter EAAT3Neuropharmacology", 49(6), pp.850~861 (2005)
  24. Weis BC, "Glucose production pathways by 2H and 13C NMR in patients with HIV-associated lipoatrophy", Magn Reson Med, 51(4), pp.649~654 (2004)
  25. Garg M, "Brain Abscesses: Etiologic categorization with in vivo proton MR spectroscopy", Radiology, 230, pp.519~527 (2004)
  26. Kim HD, "The significance and limitation of MR volumetry: Comparison between normal adults and the patients with epilepsy and hippocampal sclerosis", J Korean Soc Magn Reson Med, 6, pp.47~54 (2002)
  27. Kwon BJ, "MR imaging findings of cortical dysplasia of the brain: Correlation with pathologic grades and subtypes", J Korean Soc Magn Reson Med, 7, pp.47~55 (2003)
  28. Renshaw PF, "Basal ganglia choline levels in depression and response to fluoxetine treatment: An in vivo proton magnetic resonance spectroscopy study", Biol Psychiatry, 41(8), pp.837~843 (1997)
  29. "Unchanged basal ganglia N-acetylaspartate and glutamate in idiopathic Parkinson’s disease measured by proton magnetic resonance spectroscopy", Mov Disord, 12(3), pp.297~301 (2004)
  30. Shirayama Y, "In vitro1H?NMR spectroscopy shows an increase in N-acetylaspartylglutamate and glutamine content in the hippocampus of amygdaloid- kindled rats", J Neurochem, 92(6), pp.1317~1326 (2005)

관련 논문AI추천

인체 뇌 대사물질에서의 In vitro 2D-COSY와 2D-NOESY 스펙트럼 분석 평가김상수, 김상영, 김은희, 우동철, 이성임, 임향숙, 전영호, 정재준, 최보영, 최치봉, 홍관수대한자기공명의과학회 · Investigative Magnetic Resonance Imaging2008 · 제12권 제1호뇌 대사물질 팬텀을 이용한 뇌의 자기공명 온도측정법에 관한 기초 연구문치웅, 장무영, 한용희대한의용생체공학회 · 의공학회지2010 · 제31권 제5호모형을 이용한 1.5T와 3.0T 자기공명에서의 뇌 대사물질들의 수소 T1과 T2 이완시간의 비교김지훈, 송인찬, 장기현대한자기공명의과학회 · Investigative Magnetic Resonance Imaging2008 · 제12권 제1호Analysis of in vitro 2D-COSY on Human Brain Metabolites for Molecular Stereochemistry: The Preliminary Results김상수, 우동철, 임향숙, 최치봉, Bo-Young Choe, Eun-Jung Bang, Sang-Young Kim한국자기공명학회 · Journal of the Korean Magnetic Resonance Society2008 · 제12권 제1호정상 뇌의 수소 자기공명분광 소견: 1.5T Signa와 Echospeed 자기공명영상기기에서의 비교강영혜, 박선원, 서창해, 이윤미, 임명관대한자기공명의과학회 · Investigative Magnetic Resonance Imaging2004 · 제8권 제2호Differential Diagnosis of Brain Diseases Using In Vivo Proton Magnetic Resonance Spectroscopy at 3Tesla : A Preliminary Study강형근, 김태훈, 정광우, Hyeong-Jung Kim, Thirunavukkarasu Sundaram, Yu-Lan Shen한국자기공명학회 · Journal of the Korean Magnetic Resonance Society2009 · 제13권 제2호

이 간행물의 다른 논문 (15건)