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  • [Nucl Med Biol.] PET measurement of “GABA shift” in the rat brain: A preclinical application of bolus plus constant infusion paradigm of [18F]flumazenil.

    [Nucl Med Biol.] PET measurement of “GABA shift” in the rat brain: A preclinical application of bolus plus constant infusion paradigm of [18F]flumazenil.

    서울대 / 김욱, 박현수, 김상은*

  • 출처
    Nucl Med Biol.
  • 등재일
    2017 Feb
  • 저널이슈번호
    45:30-34. doi: 10.1016/j.nucmedbio.2016.11.003. Epub 2016 Nov 4.
  • 내용

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    Abstract

    INTRODUCTION:

    We measured the tiagabine-induced enhancement of the GABAA receptor's affinity for benzodiazepine ligands ("GABA shift") using [18F]flumazenil (FMZ) PET with preclinical application of bolus plus constant infusion (B/I). Differences in quantified results of [18F]FMZ binding were compared to that of [18F]FMZ PET with single bolus injection (SB).


    MATERIALS AND METHODS:

    Sprague-Dawley rats underwent [18F]FMZ PET scans with B/I, which consisted of baseline and "GABA shift" sessions in a scan, or scans with SB one week apart. Tiagabine (10mg/kg) was intravenously injected after the baseline session. [18F]FMZ binding potentials (BPND) were calculated using an equilibrium ratio method and a modeling method for B/I and SB, respectively. Regional brain BPND changes (%) before and after the tiagabine treatment were also calculated.

     

    RESULTS:

    In PET studies with B/I (Kbol=20min), [18F]FMZ distribution in the various cortical and subcortical regions rapidly reached equilibrium. After the tiagabine treatment, [18F]FMZ BPND were substantially increased across the regions of interest (the frontal cortex, hippocampus, thalamus, and striatum), ranging from 3% to 7% BPND change (B/I) and 6-14% BPND change (SB), respectively. In PET studies with SB, a statistically significant increase of [18F]FMZ BPND was found only in the striatum, due to the greater inter-individual variance compared to those with B/I.

     

    CONCLUSIONS:

    Data demonstrated that an [18F]FMZ PET study with B/I (Kbol=20min) is both reliable and sensitive for the assessment of altered GABAA receptor function induced by tiagabine treatment in the rat brain. These results may help to improve the efficiency of the development of new GABA-targeting drugs in the preclinical stage using [18F]FMZ PET.

     

    Author information

    Kim W1, Park HS2, Moon BS3, Lee BC2, Kim SE4.

    1Department of Transdisciplinary Studies, Graduate School of Convergence Science and Technology, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, South Korea.

    2Department of Nuclear Medicine, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, 300 Gumi-dong, Bundang-gu, Seongnam 463-707, South Korea; Advanced Institutes of Convergence Technology, 864-1, Iui-dong, Yeongtong-gu, Suwon 443-270, South Korea.

    3Department of Nuclear Medicine, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, 300 Gumi-dong, Bundang-gu, Seongnam 463-707, South Korea.

    4Department of Transdisciplinary Studies, Graduate School of Convergence Science and Technology, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 151-742, South Korea; Department of Nuclear Medicine, Seoul National University College of Medicine, Seoul National University Bundang Hospital, 300 Gumi-dong, Bundang-gu, Seongnam 463-707, South Korea; Advanced Institutes of Convergence Technology, 864-1, Iui-dong, Yeongtong-gu, Suwon 443-270, South Korea. Electronic address: kse@snu.ac.kr.

     

  • 키워드
    Bolus plus constant infusion; GABA shift; PET; [(18)F]flumazenil​
  • 연구소개
    GABA reuptake inhibitor인 티아가빈 투여 후 시냅스 GABA 농도가 증가함에 따라 GABA 수용체의 벤조디아제핀 리간드에 대한 친화력이 높아지는 현상(“GABA shift”)을 소동물에서 벤조디아제핀 수용체에 대한 방사성추적자인 [18F]flumazenil과 소동물 전용 PET/CT 시스템을 이용해 평가한 논문이다. 특히 이 연구논문에서는 [18F]flumazenil이 투여 후 이른 시간 안에 관심조직인 대뇌 여러 영역에서 평형상태(equilibrium)에 이르도록 하기 위해 bolus plus constant infusion protocol을 개발 및 적용하고 이 방사성추적자 투여법의 타당도와 정확도를 기존의 방법인 single bolus injection protocol과 비교해 논의하였다. 연구결과는 [18F]flumazenil PET을 이용해 GABA reuptake inhibitor 티아가빈 투여에 따른 “GABA shift” 현상을 소동물의 대뇌 피질 및 선조체 등 대뇌 주요 영역에서 관찰할 수 있음을 보여준다. 또한 single bolus injection protocol은 서로 다른 조건의 수용체 기능 평가에 최소한 두 번의 PET 데이터 획득 기회가 필요한 반면 bolus plus constant infusion protocol은 한 번의 PET 데이터 획득 기회에서 기저상태와 약물투여 상태의 벤조디아제핀 수용체 기능을 연이어 평가할 수 있게 해줌을 보여준다. 벤조디아제핀 수용체 기능 변화에 대한 정량분석 결과 또한 두 투여법 사이에 차이가 없었다. Bolus plus constant infusion protocol은 [18F]flumazenil PET을 이용한 벤조디아제핀 수용체 기능 평가 연구의 효율을 높여 줄 것이다. 마지막으로, 본 연구에는 [11C]flumazenil의 짧은 반감기(11C의 물리적 반감기, 20분)에 의한 실험적 문제점들을 개선하는 [18F]flumazenil(18F의 물리적 반감기, 110분)을 이용하였다. [18F]flumazenil의 이용은 기초단계나 임상단계에서 벤조디아제핀 관련 질환의 연구, 진단 및 치료 기술 개발 효율을 증진시킬 것으로 기대된다.
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