Identification of seizure-induced neuronal cell death using MR-based high-frequency conductivity
저자
발행사항
서울 : 경희대학교 대학원, 2020
학위논문사항
학위논문(석사)-- 경희대학교 대학원 : 기초의과학과 2020. 2
발행연도
2020
작성언어
영어
주제어
DDC
610 판사항(22)
발행국(도시)
서울
기타서명
발작에 의한 신경세포 사멸의 비침습적 확인을 위한 도구로서 MREPT 의 가능성 연구
형태사항
iii, 35 p. : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수: 강인숙, 박해정
참고문헌: p. 29-33
UCI식별코드
I804:11006-200000284768
소장기관
발작은 흥분성 신경 전달 물질인 글루탐산(glutamate)의 과도한 분비에 의해 발생한다. 이는 뉴런에 칼슘의 과도한 축적을 일으키고 결국 괴사나 세포 사멸을 일으키는 요소들을 활성화시켜 흥분 독성(excitotoxicity)을 야기한다. 일반적으로 간질은 Electroencephalogram (EEG)를 이용하여 뇌에서의 전기적 신호 변화의 확인을 통해 진단된다. MR-electrical property tomography (MREPT)는 전기적 특성을 측정하는 고도의 기술로, 자기공명영상장치(MRI)를 이용하여 물체 내부에 전도율과 유전율을 복원해내는 의료 영상 기법이다. MREPT 는 물체에 직접 전류를 흘려주지 않아 높은 주파수의
전류를 사용하여 고주파수의 영상을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 실험 대상에게 안전성을 보장해준다. 본 연구에서는 MREPT 를 이용하여 발작 후 뇌에서 나타나는 도전율의 변화를 측정하였고, 이러한 변화가 발작 이후에 나타나는 생물학적 분자들의 변화를 반영 할 수 있는지 조사하였다. 흰쥐에 발작을 유발하기 위해 N-methyl-Daspartate (NMDA) 75 mg/kg(i.p.)를 주사하였고, modified Racine’s scale 을 기반으로 발작의 심각도를 평가하였다. 또한 발작 후 두 시간, 이틀, 일주일 째에 ultra-high field (9.4 T) MRI 를 이용하여 뇌에서 재구성된 도전율 영상을 획득하였다. 발작 이후
뇌에서의 생물학적 분자들의 변화는 웨스턴 블롯과 면역조직화학염색법으로 확인하였다. NMDA 의 처치는 점수 3 에서 5 사이의 발작 행동을 나타냈다. MREPT 를 이용하여 측정된 고주파-도전율은 해마와 편도체에서 2 시간 째에, 피질에서는 2 일 째에 감소되어 나타났다. 반면, 발작은 흰쥐의 해마와 편도체에서 신경 세포 사멸을 유발했는데, 피질에서는 이러한 변화가 확인되지 않았다. 또한 생물학적 분자들의 발현변화를 분석해 보았을 때, postsynaptic density 95 (Psd95), neuronal nitric oxide synthase (nNOS)와 세포 사멸을 대표하는 단백질인 caspase 3 의 발현이 발작을 유발시킨 흰쥐의
해마와 편도체에서 증가했음을 확인했다. 그러나 이러한 단백질들의 발현 변화는 피질에서는 나타나지 않았다. 발작을 유발시킨 흰쥐의 해마에서는 또한 성상세포의 마커인 GFAP 가 2 시간 째에 약간 감소되었다가 이후 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 그러나 편도체에서는 이러한 변화를 확인할 수 없었다. 이러한 결과들로 미루어 보아, MREPT 는 발작 이후에 나타나는 뇌의 손상, 특히 해마에서 나타나는 신경 세포의 손상을 비침습적으로 확인 할 수 있는 유용한 기술이라고 사료된다.
Seizure is caused by the excessive release of excitatory neurotransmitter glutamate, which results in the excessive calcium accumulation in the neurons, leading to the excitotoxicity inducing necrotic or apoptotic factors in neurons. Generally, Electroencephalography (EEG) is used to help the diagnosis of seizure by recording of electrical changes in the brain. MR-electrical property tomography (MREPT) is the advanced technique for the measurement of electrical property. MREPT is featured with a high-frequency that penetrates the cell-membrane and can be used to obtain conductivity information. In the present study, I investigated whether the conductivity alteration measured using MREPT in the brain can reflect the alteration of biological molecules after seizure. Seizure was induced by the injection of N-methyl-D-aspartate (NMDA, 75 mg/kg) to rats. NMDA-treated rats were evaluated for the severity of seizure based on modified Racine’s scale, and scanned in ultra-high field (9.4 T) MRI for reconstruction of conductivity images using magnetic resonance conductivity imaging (MRCI) tool. The alterations of biological molecules by seizure were analyzed using Western blot and immunohistochemistry in the amygdala, hippocampus and cortex of rats. NMDA treatment increased seizure severity up to scores 3-5. Conductivity of high-frequency was differently changed in the various brain regions at 2 h, 2 days and 1 week after NMDA treatment. In the amygdala and hippocampus, conductivity was markedly decreased at 2 h after NMDA treatment. In the parietal cortex, it was decreased at 2 days and the decrease was consistent thereafter. Next, I found that NMDA treatment induced the neuronal cell death in the amygdala and hippocampus, but not in the cortex. In the amygdala and hippocampus, the protein expressions of postsynaptic density 95(Psd95) and neuronal nitric oxide synthase (nNOS) and the activation of caspase 3 were increased at 2 h or/and 2 days. However, NMDA treatment did not affect the levels of these proteins in the cortex. The expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), the marker protein of astrocytes, was also slightly reduced at 2 h after NMDA treatment and was subsequently increased in the hippocampus, but not in the amygdala. Thus, these results suggested that MREPT may be an applicable technique, non-invasively identifying the brain damage, particularly in the hippocampus, after seizure.
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