한국생물정보시스템생물학회 2006년도 Principles and Practice of Microarray for Biomedical Researchers
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pp.91-96
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2006
현대의학의 발전으로 많은 질병들의 치료율이 개선되고 있으나, 암은 여전히 낮은 치료율과 약제 내성 및 부작용으로 많은 환자들이 의학적 고통 뿐 아니라 정신적, 경제적 문제점들을 호소하고있다. 이와같은 문제점은 동일한 병리학적 특성을 가지는 종양이라도 사람마다 그 생물학적 특성이 다르며, 동일한 환자안에서도 종양의 시기에 따라 다양한 특성의 세포들이 공존하며 다양한 문제를 발생하는 tumor heterogeneity에서 기인하게된다. 다행히 최근의 분자생물학의 발전과 인간유전체연구들의 활성화로 이와같은 다양한 암의 특성과 환자들의 특성을 이해하는 연구 방법들의 개발로 환자의 특성에 맞는 항암제를 효율적으로 투여하는 맞춤치료를 향한 노력을 지속하고 있다. 이와같은 맞춤치료의 일환으로 약제의 환자에서의 반응과 부작용을 예측하고자 최신의 high-throughput 기법을 도입한 것이 Pharmacogenomics이다. 즉, 지금까지의 항암치료는 암의 종류에 따라 임상연구 결과에 근거한 항암제를 선택하고 있다. 그러나 앞서 설명한 것처럼 암의 특성과 환자 반응의 다양화로 실제 항암효과는 기대에 미치지 못하여 많은 수의 환자들이 치료에 내성을 보일 뿐 아니라 치명적인 부작용으로 새로운 문제에 대면하게 되었다. 따라서 각 항암제011 최대의 효과를 보이며 최소의 부작용을 나타내는 최선의 치료책을 선정하는 것이 중요한 과제이다. 이를 위해서 암환자의 치료 단계에서 정확한 진단 및 병기 설정, 생물학적 특성 이해 뿐 아니라, 치료 반응을 예측할 수 있는 생물학적 표지자를 찾고자 하는 노력의 결과로 현재 임상에 사용되는 몇 가지 종양표지자를 포함하여 다양한 유전자 칩들이 연구단계에 있다. 특히 다양한 생물학적 현상이 많은 유전자들의 변화에 의한다는 근거하여 약제의 효과와 부작용을 예측할 수 있는 표지자 발굴도 DNA chip 등의 high-throughput technology를 사용하여 그 특이도와 민감도가 향상된 표지자 발굴이 시도되고 있다. 아직은 시작단계이고 많은 검증이 필요하나 여러 가지 가능성의 증거들로 멀지않은 시기에 맞춤치료가 가능하리라 기대하며, 암 연구에 있어서 pharmacogenomics의 현황을 소개하고자 한다.
Microsporum gypseum을 인공감염시킨 기니픽에서 terbinafine의 치료효과 실험을 위한 전단계 실험으로서 인공감염시킨 기니픽에서 M. gyspeum의 생물학적 주기를 조사하였는데, 이것은 인공감염된 후 효과적인 치료와 평가의 시기를 결정하기 위해 필요하였다. M. gypseum으로 인공감염된 기니픽의 생물학적 주기는 급성기 이후에 자연치유되는 것이 특징이었다. 증식기는 감염 후 5일부터 11일까지 지속되었다. 따라서 다음 번의 치료효과 실험에서 인공감염 당일부터 9일간 계속 terbinafine을 경구투구하고, 마지막 투여 다음 날 진균학적 및 임상적 평가를 하기로 결정하였다.
위암은 최근 50년간 5년 생존율에 있어서 미약하게만 상승되었다. 이에 따라 위암에 대한 분자생물학적 치료에 대한 여러 연구가 진행되고 있다. 이에 진행성, 전이성 위암에서의 분자생물학적 치료에 대해 살펴보고자 한다. 위암의 분자생물학적 치료의 타켓으로는 EGFR (Epidermal growth factor receptor), HER(Human epidermal growth factor receptor), VEGF (Vascular endothelial growth factor receptor)를 들 수 있다. 대표적으로 분자생물학적 치료 중 trastuzumab은 HER2과발현 환자에게 유용하게 사용될 수 있어, 기존 항암화학요법에 복합투여해 볼 수 있다. Trastuzumab와 그 밖의 여러 분자생물학적 제재에 대해 본 연구에서 살펴보고자 한다.
복합부위통증증후군은 외상, 신경 손상, 골절, 뇌졸중, 척수 손상과 수술 등에 의해 부적합하게 발생하는 만성 신경병성 통증증후군으로, 질환의 경과, 치료법 등 모든 면에서 생물심리사회적 요인의 영향을 받는다. 작업치료에서는 생물학적, 심리적, 사회적 요소를 고려한 다학제적인 치료적 접근이 유용할 것이다. 생물학적 치료는 모든 영역에서의 독립성을 향상시키기 위해 사지의 기능적 사용을 증가시키는 것이다. 심리적 치료는 이완/바이오피드백 훈련과 인지행동치료를 제공하고, 사회적 치료는 레크리에이션 치료와 직업 재활을 실시할 수 있다. 복합부위통증증후군에 대한 작업치료는 다양한 전문 분야의 협조적인 치료과정을 통해 기능 회복과 통증 관리, 심리적 요인들의 회복을 이끌어 내야 할 것이다.
세기 조절 방사선 치료 최적화 대상 함수로 이용하기 위하여 유사 생물학적 대상 함수를 고안하여, 그 가능성을 살펴보았다. 치료 계획 장치는 본 연구진이 개발한 RTP Tool Box(RTB)를 사용하였다. 수학적으로 생물학적 대상 함수와 비슷하나, 사용하는 상수들은 물리적인 인자를 사용한 유사 생물학적(Pseudo-biologic) 대상 함수를 도입하였다. 치료하고자 하는 표적에 대하여는 표적 포함인자(TCI, Target Coverage Index) 개념을 도입하였고, 정상 장기에 대해서는 조직성적 인자(OSI, Organ Score Index) 개념을 도입하였다. 또한 TCI와 OSI 개념을 사용하여 대상함수 S를 정의하였다. 어떤 종류의 대상 함수를 사용하든 표적 선량의 분포는 비슷한 추세를 보였으나, 유사 생물학적 대상 함수를 사용한 경우 정상 조직의 선량 분포가 물리적인 대상 함수를 사용한 치료 계획보다 낮게 나와 세기조절 방사선 치료의 대상 함수로 사용할 수 있음을 보였다.
심바스타틴은 cholesterol 생합성 과정에서 속도 조절 효소인 HMG-CoA reductase의 강력한 상경적 길항약으로서 고지혈증 치료에 널리 쓰이는 약물이다. 심바스타틴 제제인 MSD 사의 조코 20 mg정을 대조약으로 하여 시험약인 유영 제약의 엘바스타 20mg정의 생물학적 동등성 평가를 하기 위해 22명의 건강한 지원자를 모집하였다. 지원자를 두 군으로 나누어 2정씩 투여하였고 $2{\times}2$ 교차시험을 실시하였다. 심바스타틴의 혈장 중의 농도를 정량하기 위하여 발리데이션된 LC/MS/MS를 사용하였다. 채혈 시간은 투약 전 및 투약 후 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 6, 8, 10, 12 시간에 걸쳐 총 12시점에 걸쳐 시행하였다. 생물학적 동등성을 판정하기 위한 파라미터로 12시간까지의 혈장 중 농도곡선 하 면적 ($AUC_{12hr}$)과 최고 혈중 농도($C_{max}$)를 사용하였다. 12시간 까지의 혈중 농도 곡선 하 면적의 기하 평균은 $17.30ng{\cdot}ml/hr$(시험약)과 $17.35ng{\cdot}ml/hr$(대조약)으로 나타났다. 최고 혈중 농도의 경우 각 각 5.08 ng/ml(시험약)과 5.20 ng/ml(대조약)으로 관찰 되었다. $AUC_{12hr}$의 경우 로그변환한 평균치 차의 $90{\%}$ 신뢰구간이 log0.8510 - log1.1694이었고, $C_{max}$의 경우 log0.8176 - log1.1649로 계산되어 두 항목 모두 log0.8-log1.25이어야 한다는 식품의약품 안전청과 FDA의 기준을 모두 만족시켰다. 이상의 결과를 종합하면 시험약 엘바스타 정 20mg은 대조약 조코정 20 mg에 대하여 생물학적 동등한 것으로 판정되었다.트리머 전기비저항 탐사를 수행하였다. 이를 통해 하저에 케이블을 설치하는 방식에 비해 매우 신속하고 경제적으로 하저에 분포하는 이상대의 분포범위와 발달방향을 규명할 수 있었다.대에 대해 가장 효과적이다. 모델과 현장 적용 결과들을 통해 GRM SSM 방법을 이용하여 불규칙한 굴절면을 가진 지층들에 대해 좀 더 신뢰할 수 있는 정밀한 탄성파 속도를 산출할 수 있음을 보여주고 있다.별한 주의를 기울여야 한다.EX>$\alpha/\beta$=10인 경우 $62.0\~121.9\;Gy_{10}$ (중앙값: $93.0\;Gy_{10}$)의 분포를, ${\alpha/\beta}=3$인 경우 $93.6\~187.3\;Gy_3$ (중앙값=$137.6\;Gy_3$ )의 분포를 보였다. MD-BED $Gy_3$는 직장합병증 발생과의 관계는 통계적으로 유의하였고, 방광합병증과는 유의하지 않았다. 직장합병증과의 연관성은 MD-BED $Gy_3$보다 개별 환자의 직장전벽 총 선량 BED값인 R-BED $Gy_3$가 훨씬 더 높았다. 요도카테터 풍선의 후방지점이 대변하는 방광의 총 선량 BED값인 V-BED $Gy_3$도 방광합병증과 경향성 테스트에서 통계적 유의성을 보였다. 하지만, 어떠한 방사선선량도 골반제어율과 의미 있는 상관관계를 보이지 않았다. 본 기관에서 주치의의 선호도에 따라 강내근접치료가 외부방사선치료의 중간에 시행되는 형태인 샌드위치기법과 외부방사선치료 후반부에 시행되는 순차적 기법으로 구분하였을 때, 두 방식간 치료성적 및 합병증의 차이는 없었다. 총 치료기간에 대한 분석에서는 치료기간이 길어질수록 재발 위험이 커지는 경향을 보였으나, 나이 및 병기, 종양의 크기, MD-BED $Gy_{10}$
혈관분포도(vascularity) 및 세포조밀도(cellularity)와 같은 종양의 생물학적 특성을 고려한 임상표적체적을 결정하기 위하여, 국부혈류용적영상(regional cerebral blood volume map, rCBV map)과 겉보기확산계수영상(apparent diffusion coefficient map, ADC map)의 종양 체적을 해부학적 영상 위에 맵핑 할 수 있는 소프트웨어를 개발하였다. 개발한 프로그램은 해부학적 영상 및 기능 영상 간 mutual information, affine transform, non-rigid registration을 이용한 영상 정합 기능을 제공한다. 영상 정합 후 기준 영상과 정합된 영상에서 획득한 각 segmented bone의 겹치는 체적 비율 및 contour 간 평균 거리를 이용하여 정합도 평가도 가능하다. 잔여 종양이 있는 악성신경아교종 환자의 영상을 이용하여 소프트웨어의 기능을 평가하였을 때, bone segmentation과 contour 간 평균 거리 차이를 이용한 정합도는 각각 약 74%와 2.3 mm였으며, 수동정합을 이용하여 2~5% 정도의 정합도를 향상 시킬 수 있었다. 종양의 생물학적 특성을 치료 계획에 반영할 수 있도록, color map을 이용하여 rCBV map을 분석하였으며, ADC map에서 설정한 관심 영역의 평균 확산 계수와 표준 편차 등을 계산하여 종양의 예후 인자 및 악성도를 평가하였다. 두 기능 영상이 공통적으로 나타내는 종양 체적에서 얻은 생물학적 인자를 평면 위에 맵핑하여 종양의 특성을 쉽게 파악할 수 있는 multi-functional parametric map을 구성하였다. 또한 각기능 인자에 대응되는 악성 종양의 임계값을 적용하여 주변 종양 세포에 비하여 혈관 분포도는 높으면서 확산 계수는 낮아 악성 종양 세포일 확률이 높은 영역을 구분할 수 있었다. 각 기능 영상 위에서 설정한 생물학적 종양 체적 및 악성도가 높은 국소 체적은 해부학적 영상 위에 표시하여 dicom 파일로 출력할 수 있었다. 개발한 소프트웨어는 기능적 다중영상을 이용하여 생물학적 종양 체적을 해부학적 영상 위에 맵핑하는데 적용할 수 있으며, 해부학적 영상에서 파악하기 어려운 종양의 특성 변화들을 치료 계획에 활용할 수 있다. 나아가 개발한 소프트웨어를 이용하여, 한 종류의 영상을 참고하여 종양 체적을 결정했을 때 발생할 수 있는 오류를 줄이고, 치료 전이나 치료 과정에서 나타나는 종양의 조직학적, 생리학적 특성을 치료 계획에 접목하는데 활용할 수 있다.
방사선 생물학에서 방사선에 대한 반응으로 매개되는 다양한 기작에 대한 분석을 위해 여러 종류의 모델 생물체를 사용해 왔다. 모델 생물체는 생물학적으로 온전한 in vivo 환경을 제공할 수 있기 때문에 방사선에 의해 발생되는 세포 내 현상은 물론 생리적인 현상이나 병리학적인 현상을 규명하는 데 있어서 모델 생물체를 사용하는 것은 효과적인 방법이 될 수 있다. 지금까지 축적된, 모델 생물체를 이용한 방사선 생물학적 연구결과들은 새로운 방사선치료 보조제의 개발, 방사선치료 효율 증진 등에 적용되어 여러 질병에 대한 임상연구의 기초가 되어왔다. 이렇게 유용하게 사용된 여러 모델 생물체에 있어서, 각각의 모델에 대한 개별적인 정보에 대한 연구는 다양한 방면에서 이루어지고 있지만, 통합적인 비교, 분석 및 정리를 한 경우는 부족한 실정이다. 따라서, 본 논문에서는 방사선 생물학에서 지금까지 많이 사용된 모델 생물체 4종(효모, 예쁜꼬마선충, 초파리, 생쥐)에 대해 각 생물체가 갖는 모델로써의 특징과 장단점 그리고 방사선 생물학 연구에 이용된 사례 등을 서술하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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