Il Heon Ha;Changmok Lim;Yeahoon Kim;Yeonsil Moon;Seol-Heui Han;Won-Jin Moon
Korean Journal of Radiology
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v.22
no.7
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pp.1152-1162
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2021
Objective: This study aimed to determine whether there are regional differences in the blood-brain barrier (BBB) permeability of cognitively normal elderly participants and to identify factors influencing BBB permeability with a clinically feasible, 10-minute dynamic contrast-enhanced (DCE) MRI protocol. Materials and Methods: This IRB-approved prospective study recruited 35 cognitively normal adults (26 women; mean age, 64.5 ± 5.6 years) who underwent DCE T1-weighted imaging. Permeability maps (Ktrans) were coregistered with masks to calculate the mean regional values. The paired t test and Friedman test were used to compare Ktrans between different regions. The relationships between Ktrans and the factors of age, sex, education, cognition score, vascular risk burden, vascular factors on imaging, and medial temporal lobar atrophy were assessed using Pearson correlation and the Spearman rank test. Results: The mean permeability rates of the right and left hippocampi, as assessed with automatic segmentation, were 0.529 ± 0.472 and 0.585 ± 0.515 (Ktrans, x 10-3 min-1), respectively. Concerning the deep gray matter, the Ktrans of the thalamus was significantly greater than those of the putamen and hippocampus (p = 0.007, p = 0.041). Regarding the white matter, the Ktrans value of the occipital white matter was significantly greater than those of the frontal, cingulate, and temporal white matter (p < 0.0001, p = 0.0007, p = 0.0002). The variations in Ktrans across brain regions were not related to age, cognitive score, vascular risk burden, vascular risk factors on imaging, or medial temporal lobar atrophy in the study group. Conclusion: Our study demonstrated regional differences in BBB permeability (Ktrans) in cognitively normal elderly adults using a clinically acceptable 10-minutes DCE imaging protocol. The regional differences suggest that the integrity of the BBB varies across the brains of cognitively normal elderly adults. We recommend considering regional differences in Ktrans values when evaluating BBB permeability in patients with neurodegenerative diseases.
The blood-brain barrier (BBB) of rats was modificated opening reversibly by infusing a hyperosmotic solution of arabinose (1.6 molal) into the right external carotid artery. Pre vious studies demonstrated that permeability was increased maxmmally in the first 15 min and remained slightly elevated at 1 hr. As control reference, saline was used. In the present study, to evaluate the effects of osmotic BBB opening on the BBB trasport according to hydrophilic or hydrophobic characteristics of drugs. And the differences of the uptakes of these compounds to right (treated osmotic opening) and left (untreated) hemispheres in same rats were compared each other following injection of 8 mCi per rat of $^{99m}Tc$-ethylene triamine pentaacetic acid (DTPA) as hydrophilic drug or 5mg/kg of phenytoin as hydrophobic drug mto the right external carotid artery of rats between two groups (1.6 molal arabinose vs saline). The uptakes of $^{99m}Tc$-DTPA and phenytoin in the right cerebral hemispheres were increased to about thirty three times and twice rather than those in the left cerebral heimspheres, respectively. And PAs (permeability X capillary surface area) were also increased from a control mean of 2.11${\times}10^{-4}$ (Untreated) to 6.98${\times}10^{-3}\;sec^{-1}$ (treated osmotic opening for $^{99m}Tc$-DTPA and 0.29 to 0.17 $sec^{-1}$ for phenytoin, respectively. From the results of present study, it is noted that osmotic opening of BBB is more effective in the brain delivery of hydrophilic drugs rather than that of hydrophobic drugs.
Park, Jun-Woo;Kim, Hak-Jin;Song, Geun-Sung;Han, Hyung-Soo
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.47
no.3
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pp.203-209
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2010
Objective : The purpose of study was to evaluate the feasibility of brain magnetic resonance (MR) images of the rat obtained using a 1.5T MR machine in several blood-brain barrier (BBB) experiments. Methods : Male Sprague-Dawley rats were used. MR images were obtained using a clinical 1.5T MR machine. A microcatheter was introduced via the femoral artery to the carotid artery. Normal saline (group 1, n = 4), clotted autologous blood (group 2, n = 4), triolein emulsion (group 3, n = 4), and oleic acid emulsion (group 4, n = 4) were infused into the carotid artery through a microcatheter. Conventional and diffusion-weighted images, the apparent coefficient map, perfusion-weighted images, and contrast-enhanced MR images were obtained. Brain tissue was obtained and triphenyltetrazolium chloride (TTC) staining was performed in group 2. Fluorescein isothiocyanate (FITC)-labeled dextran images and endothelial barrier antigen (EBA) studies were performed in group 4. Results : The MR images in group 1 were of good quality. The MR images in group 2 revealed typical findings of acute cerebral infarction. Perfusion defects were noted on the perfusion-weighted images. The MR images in group 3 showed vasogenic edema and contrast enhancement, representing vascular damage. The rats in group 4 had vasogenic edema on the MR images and leakage of dextran on the FITC-labeled dextran image, representing increased vascular permeability. The immune reaction was decreased on the EBA study. Conclusion : Clinical 1.5T MR images using a rat depicted many informative results in the present study. These results can be used in further researches of the BBB using combined clinical MR machines and immunohistochemical examinations.
To establish the usefulness of oxytocin (OT) as an analgesic for women in delivery, the pharmacokinetic parameters and blood-brain barrier (BBB) permeability of [$^3H$] OT were obtained using an intravenous injection technique or the internal carotid artery perfusion/capillary depletion (ICAP/CDM) method. Brain uptake of OT was similar to that of sucrose, plasma space marker, indicating that OT has a poor BBB permeability. Moreover, the analgesic effects of OT injected through the jugular vein on nociception were evaluated by the tail-flick method. The antinociceptive effects of OT injected at a dose of 0.2 ${m}g/kg$or 2 ${m}g/kg$ were dose-dependent. In addition, the analgesic effects of OT on the CNS were unaffected by naloxone, a m-receptor antagonist. In a similar manner to the opioid system, OT may play a modulatory role in antinociception.
Journal of Physiology & Pathology in Korean Medicine
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v.23
no.4
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pp.866-871
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2009
Brain edema is a major importance in the pathophysiology of CNS injuries including stroke. Ischemic brain edema results from both cytotoxic edema, which is severe in astrocytes at early stage, and vasogenic edema caused by excessive blood-brain barrier (BBB) permeability. The present study was performed to determine the effect of Rhei Rhizoma on brain edema induced by middle cerebral artery occlusion (MCAO) in the rats. The neurological symptom, total infarct volume and edema index caused by MCAO were measured. The changes of Matrix Metalloproteinase-9 (MMP-9) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) immunoreactivities were also observed. We found that Rhei Rhizoma extract improved the neurological symptom and attenuated the total infarct volume and brain edema caused by ischemic insult. Rhei Rhizoma extract also attenuated the expression of MMP-9 and iNOS. This results suggest that Rhei Rhizoma has a protective effect on the brain edema caused by ischemic insult.
Objective : Angelica Gigas Nakai is a popular oriental medicine used for the treatment of vascular diseases. The aim of this study is to investigate neuroprotective effect of the water extract of Anelicae Gigantis Radix Palva (AG) in transient middle cerebral artery occlusion (tMCAO)-induced ischemic rats via the regulation of angiogenesis-related molecules. Methods : Sprague-Dawley rats were intraperitoneally administrated with AG water extract at doses of 10, 25, 50 mg/kg body weight after tMCAO (90 min occlusion). reperfusion for 24 hr infarction volumes were measured by 2,3,5-tetrazolium chloride (TTC) staining. Brain tissues were observed neuronal cell injuries by nissl staining, and also brain-blood barrier (BBB) permeability change by evans blue. Expression of vascular endothelial growth factor (VEGF), angiopoietin-1 (Ang-1) and Tie-2 receptor protein in brain tissues was determined by western blot. Results : AG water extract significantly reduced infarction volume in ischemic brains of rats, degradation of neuronal cell, BBB permeability and expression of VEGF protein dose-dependently. Ang-1 protein was increased dose-dependantly, not significantly. Conclusion : This study suggests that AG water extract shows neuroprotective effect by preventing BBB breakdown, with regulating angiogenesis factor VEGF and Ang-1.
Brain drug targeting through the blood-brain barrier (BBB) in vivo is possible with peptidornirnetic monoclonal antibodies that undergo receptor-mediated transcytosis through the BBB. Monoclonal antibody to the rat transferrin receptor, such as the OX26 was studied in rats as a transport vector through BBB on the transferrin receptor. But, OX26 is not an effective brain delivery vector in mouse. In the present studies, rat monoclonal antibody, 8D3 to the mouse transferrin receptor were evaluated for brain drug targeting vector intransgenic mouse model. Pharrnacokinetic parameters in plasma and organ uptakes were determined at varioustimes after i.v. bolus injection of [$^{}125}I$] 8D3 in Balb/c mice. Brain uptake of [$^{}125}I$] 8D3 was also studied with an internal carotid artery perfusioncapillary depletion method. After i.v. injection of [$^{}125}I$] 8D3, plasma concentrations declined biexponentially with elimination half lift of approximately 2.2 hours. Brain uptake of [$^{}125}I$] 8D3 was $0.50{\pm}0.09$ persent of injected dose per g brain after 2 hours i.v. injection. After perfusion 5 min the apparent volume of distibution of [$^{}125}I$] 8D3 in brain was $22.3 {\mu}l/g,$ which was 4.8 fold higher than the intravascular volume. These studies indicate rat monoclonal antibody to the mouse transferrin receptor, 8D3 may be used for brain drug targeting vector in mice.
The 34 potently pig pheromonal odorants (1-32, 5755 & 7113) through structure-based virtual screening and ligand-based virtual screening method were selected and their ADMET and pharmacokinetics characters were evaluated and discussed quantitatively. The pheromonal odorants were projected on the following pre-calculated models, Caco-2 cell permeability, blood-brain barrier permeation, hERG inhibition and volume-distribution. From the results of in silico study, it is found that an optimal compound (31) either penetrating or have a little ($P_{caco2}$=-8.143) for Caco-2 cell permeability, moderate penetrating ability ($P_{BBB}$=0.082) for blood-brain barrier permeation, the low QT prolongation ($P_{hERG}$=1.137) for the hERG $K^+$ channel inhibition, and low distribution into tissues ($P_{VD}$=-5.468) for volume-distribution. Therefore, it is predicted that the compound (31) a topical application may be preferable from these based foundings.
Taurine, 2-aminoethanesulfonic acid is widely distributed in animal tissues and has a variety of bio-logical activities. A recent worldwide study demonstrated beneficial effects of taurine on aging and age-associated disorders. In general, taurine levels in the brain decease when an animal is subjected to pathologic conditions such as ischemia-anoxia and seizure. But the taurine levles tend to increase in the brain in hypertensive state. In the present study, the blood-brain barrier (BBB) transport of [$^3$H]taurine was compared between spontaneously hypertensive rats (SHR) and normotensive Sprague-Dawley rats (SD) using intravenous injection technique in vivo. We also obtained pharmacokinetic parameters of plasma volume maker, [$^{14}$ C] sucrose and [$^3$H]taurine after inject to rats simulatenously. BBB permeability surface area product (PS) value of [$^3$H]taurine in SHR (16$\pm$2.9$\times$10$^{-3}$ ml/min/g) was significantly higher than that in SD (7.4$\pm$0.8$\times$10$^{-3}$ ml/min/g). There is also significant difference for brain uptake of [$^3$H]taurine between SHR (0.195$\pm$0.031%ID/g) and SD (0.058$\pm$0.003% ID/g). This is due to difference of area under the plasma concentration-time curve (AUC) and that of total clearance (Class) between SHR and SD. No significant difference was indicated from other organ uptakes such as lung, heart, liver SHR and SD. But also kidney uptake was much higher in SHR. In conclusion, [$^3$H]taurine in plasma was slowly eliminated in SHR than in SD and uptake of [$^3$H]taurine in SHR is much higher than that of SD. This results suggest increased taurine level in the brain in hypertension state have an any effect on the brain uptake of taurine.
Kang, Young-Sook;Ulrich Bickel;Oliver P. Schumacher;Karlheinz Voigt
Proceedings of the Korean Society of Applied Pharmacology
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1996.04a
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pp.246-246
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1996
The glucuronide conjugates of morphine have been claimed to exert significant neuropharmacological effects. Morphine-6-glucuronide (M6G) may be a potent opioid agonist in vivo, and morphine-3-glucuronide (M3G) may act as a weak opioid antagonist. The present study addressed the permeability of the blood-brain barrier (BBB) for these metabolites compared to morphine. Tracers were prepared by enzymatic glucuronidation of U-methyl-$^3$H]-morphine. Brain uptake in rats was measured by the internal carotid artery perfusion technique and after i.v. bolus injections. In the perfusion experiments morphine showed a permeability-surface area product (PS) of 3.52${\pm}$0.61 ${\mu}$L min$\^$-1/ g$\^$-1/ Uptake seems to be mediated by passive diffusion and was not saturable by 100 ${\mu}$M morphine in the perfusate. The BBB permeability of [$^3$H]-M3G and [$^3$H]-M6G was too low to be quantified after 5 min of perfusion. Brain uptake of [$^3$H]-M3G and [$^3$H]-M6G 60 min after i.v. bolus injection reached 0.0060${\pm}$0.0003 and 0.0030${\pm}$0.0005% injected dose per g, respectively. From these brain concentrations and from the corresponding plasma concentration - time curves, BBB PS values of 0.14${\pm}$ 0.02 ${\mu}$L min$\^$-1/g$\^$-1/ and 0.11 ${\pm}$ 0.01 ${\mu}$L min$\^$-1/g$\^$-1/, respectively, were calculated. The ratio of BBB PS values is complementary to the analgesic potencies of morphine and M6G after different routes of administration. The low PS of MSG explains, why it is approximate]y equipotent to morphine after systemic injection, although it is about 2 orders of magnitude more potent than morphine after administration directly into the central nervous system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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