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한빛사논문

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하영수
하영수Yeong Su Ha

경북대학교 의과대학

Angew. Chem.-Int. Edit., Version of Record online: 8 JUL 2016 | DOI: 10.1002/anie.201603813 Immobilization of the Gas Signaling Molecule H2S by Radioisotopes: Detection, Quantification, and In Vivo Imaging

Abstract

Dr. Swarbhanu Sarkar1,†, Yeong Su Ha1,†, Nisarg Soni1,†, Dr. Gwang Il An2,†, Woonghee Lee1, Min Hwan Kim2, Phuong Tu Huynh1, Heesu Ahn1, Dr. Nikunj Bhatt1, Dr. Yong Jin Lee2, Dr. Jung Young Kim2, Prof. Kwon Moo Park1, Prof. Isao Ishii3, Prof. Shin-Geol Kang4 and Prof. Jeongsoo Yoo1,*

1 Department of Molecular Medicine, Department of Anatomy, BK21 Plus Program, Kyungpook National University, Daegu, Korea
2 Molecular Imaging Research Centre, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences, Seoul, Korea
3 Department of Biochemistry, Keio University, Tokyo, Japan
4 Department of Chemistry, Daegu University, Gyeongsan, Korea

† These authors contributed equally.
*Corresponding author

Abstract
Hydrogen sulfide (H2S) has multifunctional roles as a gas signaling molecule in living systems. However, the efficient detection and imaging of H2S in live animals is very challenging. Herein, we report the first radioisotope-based immobilization technique for the detection, quantification, and in vivo imaging of endogenous H2S. Macrocyclic 64Cu complexes that instantly reacted with gaseous H2S to form insoluble 64CuS in a highly sensitive and selective manner were prepared. The H2S concentration in biological samples was measured by a thin-layer radiochromatography method. When 64Cu-cyclen was injected into mice, an elevated H2S concentration in the inflamed paw was clearly visualized and quantified by Cerenkov luminescence and positron emission tomography (PET) imaging. PET imaging was also able to pinpoint increased H2S levels in a millimeter-sized infarcted lesion of the rat heart.

Keywords : gas immobilization; hydrogen sulfide; imaging agents; nuclear imaging; radioisotopes

논문정보

관련 인터뷰

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 황화수소 (H2S)는 산화질소 (NO), 일산화탄소 (CO)에 이어 세 번째로 발견된 가스신호전달물질로 썩은 달걀 냄새를 특징으로 하는 가스분자입니다. 이는 다양한 생리학적 기능 및 병리학적 기전에 관여하는 것으로 알려져 있어 최근에 활발히 연구되고 있는 분야입니다. 이와 관련하여 생체 내 황화수소의 양을 측정하기 위한 다양한 시도와 연구결과들이 보고되고 있습니다. 그 중에 형광물질을 이용하여 빛의 세기를 측정함으로써 황화수소의 양을 측정하는 방법들이 주를 이루고 있지만, 이는 조직에 대한 빛의 투과력에 한계를 동반하고 있습니다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 보완하고 보다 효율적이며 정확한 황화수소 측정 및 정량이 가능한 핵의학 영상기법을 활용하게 되었습니다. 방사성동위원소인 Cu-64를 이용하여 황화수소 가스를 황화구리형태로 고정시킨 후 방사성동위원소로부터 방출되는 방사선을 측정하고 정량하는 원리를 이용하여, 황화수소의 양이 증가되는 것으로 알려진 동물 염증모델 및 심근경색 모델에서 방사선의 양이 증가하는 것을 확인하였고, 그 상관관계가 황화수소의 양과 선형적인 관계가 있음을 보고하게 되었습니다. 방사성동위원소를 이용한 핵의학 영상은 사람을 비롯해 다양한 동물에 적용이 가능하여, 핵의학 영상을 활용한 황화수소의 측정 및 정량법은 황화수소와 관련된 다양한 질병에 대한 진단에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다. 본 연구는 경북대학교 의과대학 분자의학교실에서 진행하였습니다. 지도교수님이신 유정수 교수님을 비롯해 인도에서 온 2명의 부부 박사님과 저를 포함한 4명의 박사 과정 학생들, 그리고 2명의 석사 과정 학생들로 구성되어 있으며, 4명의 박사 과정 학생 중에는 인도와 베트남 학생이 있습니다. 다양한 조합의 구성에도 불구하고 구성원간의 관계가 돈독하고 연구를 진행함에 있어 도움이 필요한 부분에 대해서는 서로 유기적으로 도움을 주고 받는 시스템이 잘 정착되어 있는 연구실입니다. 핵의학 영상 (PET, SPECT)을 기반으로 광학영상, MRI, CT 등 다양한 영상기법을 활용하여 질병을 진단하고 치료하기 위한 연구를 진행하고 있으며, 각 영상기법을 목적에 맞게 활용하거나 서로 융합하여 사용함으로써 효과를 극대화하고 있습니다. 영상에 적절한 조영제를 개발하기 위한 화학에 해당하는 합성연구, 동물에서 유효성 평가를 진행하기 위한 생물학적 연구를 큰 틀로 각자 맡은 역할에 최선을 다하고 있습니다. 3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 이 분야는 조영제 개발을 위한 화학과 방사화학에 대한 지식이 요구되며, 영상을 통해 결과를 해석하는 영상 획득 및 분석에 대한 이해, 그리고 동물에서의 유효성 평가를 위한 해부학 및 생리학적 지식을 가지고 있어야 합니다. 이 모든 연구는 단독으로 진행할 수 없는 것들로 많은 사람들의 유기적인 도움과 이해가 필요한 분야라고 생각합니다. 이러한 과정에서 다양한 분야에 대해 이해를 하는 것이 어렵고 힘들 수 있지만, 덕분에 다양한 사람들을 만나고 오히려 알지 못했던 것들을 배울 수 있는 기회로써 제게 큰 도움이 된 것 같습니다. 그리고 이번에 발표한 논문은 세계에서 처음으로 황화수소를 핵의학 영상으로 측정하고 정량한 결과로, 현재 활발하게 연구되고 있는 황화수소 분야에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것이라고 생각합니다. 4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면? 누군가에게 도움이 되는 말을 해주기에는 제 스스로 부족한 점이 많지만, 제 경험을 바탕으로 간략하게 말씀 드리겠습니다. 연구활동을 하면서 많은 시행착오를 겪게 될 텐데, 그 것을 이겨 낼 수 있는 것은 본인이 하고 있는 연구에 대한 흥미와 자부심이라고 생각합니다. 결국 자신이 흥미를 가지고 임하는 일에 대해서는 스스로가 자부심을 가지게 되고, 끊임없는 지적 호기심을 바탕으로 더 좋은 결과를 얻어 낼 수 있는 원동력이 될 것입니다. 그렇기 때문에 처음 선택을 함에 있어 본인 스스로가 생각했을 때 그 분야에 대해 흥미를 느낄 수 있을 것 같다면 어떤 어려움에도 그 일을 해낼 수 있을 거라고 생각합니다. 5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면? 다양한 질병에 대해 황화수소와의 연관성을 핵의학 영상으로 확인하고, 특히 질병의 발생 초기에 나타나는 황화수소의 변화를 관찰하여 질병의 조기 진단 마커로써의 가능성을 확인하고자 합니다. 6. 다른 하시고 싶은 이야기들.... 전혀 다른 전공에도 저의 개인적인 흥미로 시작한 새로운 분야에 대한 연구활동을 지도해 주시고 격려해주신 유정수 교수님과 연구 내적으로나 외적으로 많은 도움을 준 연구실 동료들 비롯한 많은 공동연구자 분들에게 감사의 마음을 전하고 싶습니다.
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