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그림1. 멀티모드 분자생물학적 영상 연구. 7.0T MRI를 통해 동물 모델의 해부학적 영상을 얻을 수 있으며 마이크로PET을 이용해 뇌의 전반적인 에너지 소비나 다양한 신경전달물질 수용체를 영상화 할 수 있다. 또한 WINCS를 이용하여 여러 신경전달물질들을 직접 측정 할 수 있다.

• 동물 모델에서의 뇌기능 연구를 위한 다양한 영상기기

(1) 마이크로PET 영상

그림2. [F-18]FDG: 뇌에서의 포도당 대사 영상

그림3. [C-11]Raclopride: 도파민 D2 수용체 영상

그림4. 마이크로PET/CT 혼합 영상


(2) 마이크로MRI 영상

그림5. 7.0T MRI 영상

• 미국 메이오 클리닉과의 공동 연구: 무선 신경전달물질 순간농도 시스템(WINCS, Wireless Instantaneous Neurotransmitter Concentration System)과 전기화학 (고정 전위 전류측정과 고속스캔 순환 전압전류법; Fixed Potential Amperometry and Fast-Scan Cyclic Voltammetry)

최근 특정 중추신경의 활성을 조절함으로써 뇌심부 자극법(DBS, deep brain stimulation)과 뇌운동피질 자극술(motor cortex stimulation)의 임상적 효과에 도움을 줄 수 있다는 가설을 뒷받침하는 새로운 증거들이 제시되고 있다. 뇌의 목표부위의 신경 화학적 결과를 실시간으로 관찰하는 것은 새로운 신경전달물질의 규명과 기전의 이해, 전기자극을 위한 전극의 위치 결정 등에 도움을 줌으로써 뇌수술의 발전에 기여 할 수 있을 것이다. FDA의 의학 전기 장비 안전 기준에 따라 고안된 무선 신경전달물질 순간농도 시스템(WINCS)은 폴리아크릴로나이트릴에 기본한(T-650) 탄소섬유 미세전극에 순환 전압을 걸어주고 전류변화를 측정함으로써 생체 내에서 전기 자극에 의해 일어나는 아데노신과 도파민과 같은 신경전달물질의 순간적인 농도 변화를 동시에 관찰 할 수 있다. 실제로 우레탄으로 마취된 쥐의 배쪽 피개부(ventral tegmental area)와 흑질(substantia nigra)을 고주파로 자극했을 때 등쪽 미상 피각(dorsomedial caudate putamen)에서 아데노신과 도파민의 방출되는 것을 WINCS를 통해 볼 수 있다. 아데노신은 +1.0V와 +1.5V에서 최고 산화 전류를 나타내며 도파민의 경우에는 +0.6V에서 산화되고 -0.2V에서 환원되는 특징을 가지고 있다. WINCS는 신경전달물질마다 고유의 산화•환원 패턴으로 인해 나타나는 전류 변화를 1초에 10번 이상 스캔함과 동시에 그 농도를 측정함으로써 뇌에서의 순간적인 신경전달 물질의 방출과 감소를 즉석에서 관찰할 수 있으며 이는 뇌심부 자극법 등의 임상적 응용에 큰 역할을 할 수 있을 것이다.

• 참고문헌

- Neural responses of rats in the forced swimming test: [F-18]FDG micro PET study. Jang DP, Lee SH, Lee SY, Park CW, Cho ZH, Kim YB. Behav Brain Res. 2009 Apr 24. [Epub ahead of print]
- Effects of fluoxetine on the rat brain in the forced swimming test: a [F-18]FDG micro-PET imaging study. Jang DP, Lee SH, Park CW, Lee SY, Kim YB, Cho ZH. Neurosci Lett. 2009 Feb 13;451(1):60-4.
- Neural responses in rat brain during acute immobilization stress: a [F-18]FDG micro PET imaging study. Sung KK, Jang DP, Lee S, Kim M, Lee SY, Kim YB, Park CW, Cho ZH. Neuroimage. 2009 Feb 1;44(3):1074-80.
- Evolution of Deep Brain Stimulation: Human Electrometer and Smart Devices Supporting the Next Generation of Therapy. Kendall H. Lee, Charles D. Blaha, Paul A. Garris, Pedram Mohseni, April E. Horne, Kevin E. Bennet, Filippo Agnesi, Jonathan M. Bledsoe, Deranda B. Lester, Chris Kimble, Hoon-Ki Min, Young-Bo Kim, Zang-Hee Cho. Neuromodulation 12:2,77 – 170

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