신경 염증 소동물 모델에서 18F-fluorodeprenyl-D2와 18F-THK5351의 MAO-B 활성도 측정 능력 평가

Abstract

Background In recent years, inflammatory processes have been found to be involved in the etiopathology of many neurological disorders. Being able to image neuroinflammation non-invasively in patients is critical to monitor pathological processes and potential therapies targeting neuroinflammation. To date, a range of novel radioligand tracers for glial cell have been developed to image the activations of microglia and astrocytes. Monoamine oxidase B (MAO-B) is one of the molecular targets to image astrocytes and has been expected to be a reliable neuroinflammatory biomarker for PET imaging. However, the potential ability for detection of MAO-B activity in neuroinflammatory process, has not been fully evaluated, especially in acute neuroinflammatory model. In this study, we evaluated potential ability of two MAO-B binding radiotracers, 18F-fluorodeprenyl-D2 and 18F-THK5351, to visualize and quantify MAO-B activity that involves in acute neuroinflammatory process.

Materials and Methods Adult SD rats were injected with lipopolysaccharide (LPS) intraperitoneally (i.p.;5-10mg/kg) and intracranially (i.c.;1ug or 10ug). After 16-24h of LPS injection, animals underwent 30 min dynamic PET/MRI scan with 18F-THK5351 (n=4, for each group) or 18F-fluorodeprenyl-D2. (n=4, for each group). Time activity curve obtained expressed as standardized value (SUV) and uptake ratio (SUVR, reference: cerebellum) using region based VOIs. For quantification of tracer uptake, region based VOIs or fixed sized VOIs were placed at 10-30 summed image and compared with those of control rats or unaffected contralateral hemispheres. Ex vivo cytokine array assay and immunohistochemistry analysis were performed to confirm in vivo results.

Results 18F-THK5351 and 18F-fluorodeprenyl-D2 crossed BBB, bound rapidly with constant washout from rat brain on baseline scan of control group. In intraperitoneal LPS injection group, 18F-THK5351 uptake of cortex, subcortex and cerebellum increased without regional difference, when compared with control (1.17 ± 0.07 vs. 0.68 ± 0.05, p < 0.001); 18F-fluorodeprenyl-D2 uptake also increased, but there was no statistical significance (1.97 ± 0.06 vs. 1.81 ± 0.08). In intracranial LPS injection group, 18F-THK5351 uptake increased in ipsilateral hemisphere at the LPS injection site, while 18F-fluorodeprenyl-D2 uptake did not (core/contralateral ratio = 1.16 ± 0.07 vs. 1.05 ± 0.08).

Conclusion 18F-THK5351 showed increased retention in rat brain with acute neuroinflammation. But 18F-fluorodeprenyl-D2 did not show significantly increased retention. These results suggest that 18F-fluorodeprenyl-D2 might not be suitable for detection of acute neuroinflammation in rat brain. Further studies are needed to determine the specificity of 18F-THK5351.

Key words: 18F-THK5351, 18F-fluorodeprenyl-D2, monoamine oxidase, neuroinflammation, Positron emission tomography |연구배경 및 목적: 신경염증은 아교세포, 반응성 성상세포의 활성을 동반하며 이는 여러 신경질환에서 주요 병리기전으로 알려짐에 따라 그 중요성이 대두되고 있다. 비 침습적으로 신경 염증을 영상화 할 수 있는 진단능은 신경염증의 병리 기전과 치료 효과를 모니터링 하는 데 필수 적이다. 모노아민산화효소(MAO-B)는 성상 세포에 대한 표적 중 하나로 신경 염증의 PET 영상화를 위한 바이오 마커로 기대되고 있고 이를 표적으로 방사성 리간드들이 개발되고 있으며 급성 신경 염증 모델에서의 MAO-B 활성 검출능에 대한 연구가 필요하다. 이에 대해 본 연구에서는 급성 신경 염증 과정에 관여하는 MAO-B 활성도를 방사성 추적자인 18F-fluorodeprenyl-D2 과 18F-THK5351를 이용해 영상화 하고 정량화 하고자 하였다.

대상 및 방법: SD 랫드를 복강 내 독소 주입 군, 두개 내 독소 주입 군의 두 군으로 나누어 복강내 주입 군은 5-10 mg/kg의 lipopolysaccharide (LPS)를 복강내 주사하였고 두개내 주입 군은 두 그룹으로 나누어 각 1ug, 10ug의 LPS를 두개 내로 직접 주사하였다. LPS 주사 16-24 시간 후 18F-THK5351 (n=4, 각 군, 그룹 별) 또는 18F-fluorodeprenyl-D2. (n=4, 각 군, 그룹 별)을 주사한 후 PET/MRI를 이용하여 30분 동안의 동적 영상을 획득하였다. 표준섭취화계수 (standardized uptake value: SUV), 섭취비로 표현한 시간-방사능 곡선을 구하였고 섭취를 정량화 하기 위해 10-30분 영상에서 관심영역내의 섭취 정도를 대조군, 주사 부위 반대쪽 반구의 섭취와 비교 분석하였다. 사이토카인 분석 및 면역 조직 화학 분석을 시행하여 이를 체내영상검사 결과와 비교하였다.

결과: 정상 대조군 개체에서 18F-THK5351와 18F-fluorodeprenyl-D2 모두 혈액-뇌 장벽을 통과하고 빠르게 섭취된 후 빠져나가는 양상을 나타내었다. 복강 내 LPS 섭취 군에서 18F-THK5351 섭취는 피질, 피질하영역, 소뇌 영역에서 모두 대조군에 비해 증가하였으며 (1.17 ± 0.07 vs. 0.68 ± 0.05, p <0.001) 18F-fluorodeprenyl-D2 섭취도 대조군에 비해 증가한 양상이었으나 통계적 유의성은 없었다 (1.97 ± 0.06 vs. 1.81 ± 0.08). 두개 내 LPS 주사 군에서, 18F-THK5351는 LPS 주사부위에서 증가된 섭취를 보였으나 18F-fluorodeprenyl-D2 섭취는 반대측 섭취에 비해 유의한 증가를 보이지 않았다 (core/contralateral ratio = 1.16 ± 0.07 vs. 1.05 ± 0.08).

결론: 18F-THK5351는 급성 신경 염증이 있는 랫드 뇌에서 증가된 섭취를 나타내었다. 18F-fluorodeprenyl-D2 은 유의한 섭취 증가를 보이지 않았으며 이는 18F-fluorodeprenyl-D2 가 랫드 뇌에서 급성 신경 염증의 진단에 적합하지 않을 수 있음을 시사한다. 18F-THK5351 섭취의 특이도를 확인하기 위한 추가 연구가 필요하다.