붕소 중성자 포획 치료를 위한 암세포 표적 리간드 매개 붕소 전달체 연구

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 융합과학기술대학원 분자의학 및 바이오제약학과, 2023. 2. 김상은.BNCT(붕소 중성자 포획 요법)는 TCT 의 유망한 양식 중 하나이다. 이론적으로 표적 종양에 boron-10(10-B)이 충분히 축적된다면 다양한 종류의 암에 대한 이상적인 치료법이 될 수 있다. 치료는 붕소 함유 약물 주입으로 시작된다. 안정한 동위원소인 10-B 는 암세포에 선택적으로 축적될 수 있지만 정상 조직에는 거의 축적되지 않는다. 그런 다음 열 중성자 조사가 종양 부위에 실행된다. 핵분열 반응은 암 세포에 축적된 10-B 가 조사된 열 중성자를 포획할 때 발생한다. 그 결과 암세포를 정밀하게 제거할 수 있는 치사율이 높은 알파(α) 입자와 반발하는 리튬-7(7-Li) 핵이 생성된다. 암 세포에 10-B 를 충분히 전달하기 위해 붕소 함유 약물인 보로노페닐알라닌(BPA)과 붕산나트륨(BSH)만이 미국에서 승인되었다. 그러나 BPA 와 BSH 는 불충분한 세포 내 진입 및/또는 종양 대 비종양 대조로 인해 BNCT 에 이상적인 붕소 운반체가 아닐 수 있다. 최근 몇 년 동안 세포-세포 및 세포-세포외 기질 접착을 매개하는 세포 접착 수용체의 큰 계열인 인테그린이 암 치료와 강하게 연관되어 왔다. 인테그린 계열 중에서 인테그린 αvβ3 은 빠르게 성장하는 내피 세포 및 다양한 기원의 종양 세포에서의 50 특이적 발현과 같은 특성 때문에 항종양 약물 전달을 위한 매력적인 표적이다. 아르기닌, 글리신 및 아스파르트산으로 구성된 삼중 펩티드 서열(Arg-Gly-Asp, RGD)은 인테그린 αvβ3 과 특이적으로 인식되고 결합되는 것으로 알려져 있다. 이 연구는 전통적인 붕소 함유 약물 전달 시스템을 개선하는 데 중점을 두었다. 인테그린 αvβ3 은 암 조직에서 과발현되고 RGD 펩타이드는 인테그린 αvβ3 과 높은 결합 친화도를 가지므로 암 세포 표적 효능을 향상시키기 위해 RGD 를 BSH 에 결합시켰다. 따라서 RGD-접합 BSH (RGD-BSH)와 BPA 또는 BSH 를 비교하기 위해 유도 결합 플라즈마 질량분석법 (ICP-MS)으로 암 세포에서 내재화된 10-B 농도를 평가했다. BPA 의 세포내 전달을 위해서는 LAT1 (L-type amino acid transporter 1)이 필수 수송체이므로 높게 발현되어야 한다. 또한, RGD 와의 접합으로 인해 암 세포주는 LAT1 뿐만 아니라 인테그린도 발현해야 한다. 이러한 이유로 MCF7, U87MG, U251 및 CT26 세포주 중에서 LAT1, 인테그린 αv 및 인테그린 β3 의 발현이 높은 U87MG 세포주가 웨스턴 블롯 분석을 통해 선택되었다. 실험에 사용하기 위한 붕소 화합물의 적절한 농도를 결정하기 위해 U87MG 세포에서 세포독성 분석을 수행하였다. BPA 의 경우 IC50 은 0.028 mM, BSH 의 경우 IC50 은 1.05 mM, 고리형 RGD 이합체의 IC50 은 0.2 mM 이었다. 51 각 화합물의 세포독성 농도를 검증한 후 정량분석을 위해 ICP-MS 를 수행하였다. ICP-MS 샘플을 분리된 세포 펠릿에 0.1 mM 또는 0.2 mM 농도의 붕소 화합물로 1 시간 동안 처리하였다. 결과는 ICP-MS 가 세포 내 내재화된 붕소 농도를 검출할 수 있음을 보여준다. 0.1 mM 의 BSH 로 처리하면 0.1 mM 의 BPA 로 처리하는 것보다 세포내 붕소 농도가 유의하게 더 높았다 (대조군과 비교하여 308.6 대 13.5%, P<0.0001). 이것은 0.2 mM BSH 와 0.2 mM BPA 처리를 비교한 경우에도 동일했다. (대조군과 비교하여 484.6% 대 37.6%, P <0.0001). BSH 에 의해 생성되는 더 높은 세포내 붕소 농도는 BPA 가 분자당 1 개의 붕소 원자를 갖는 반면 BSH 는 분자당 12 개의 붕소 원자를 갖는다는 사실 때문일 수 있다. 또한, 0.1 mM RGD-BSH 처리는 0.1 mM BSH 처리보다 유의하게 높은 세포내 붕소 농도를 나타냈다 (440.9% 대 308.6%, 대조군과 비교, P<0.05). 결론적으로, 고리형 RGD 이합체를 갖는 BSH 접합체인 RGD-BSH 는 내피 세포 및 암세포에서 고도로 발현되는 인테그린 αvβ3 을 표적으로 하여 붕소의 세포내 전달을 향상시킬 수 있다. 이는 BNCT 의 효능 향상에 기여할 수 있다.Boron neutron capture therapy (BNCT) is one of the promising modalities for TCT. In principle, it could be an ideal treatment for various types of cancer if sufficient boron-10 (10-B) is accumulated in the target tumor. Therapy begins with the injection of boron-containing drugs. Boron-10 (10-B), which is a stable isotope, could selectively accumulate in the cancer cells but rarely in normal tissues. Then, the thermal neutron irradiation is executed at the tumor site. The fission reaction occurs when the accumulated 10-B in the cancer cell captures 2 the thermal neutron that was irradiated. As a result, high lethal alpha (α) particles and recoiling lithium-7 (7-Li) nuclei that can precisely eliminate the cancer cells are generated. For sufficient delivery of 10-B to the cancer cell, only two boron-containing drugs, boronophenylalanine (BPA) and sodium borocaptate (BSH), were approved U.S. However, due to their insufficient intracellular entry and/or tumor-to-non-tumor contrast, BPA and BSH may not ideal boron carriers for BNCT. In recent years, integrins, a large family of cell adhesion receptors that mediate cell–cell and cell–extracellular matrix adhesion, have been strongly associated with cancer treatment. Among the integrin family, integrin αvβ3 is an attractive target for antitumor drug delivery for its characteristics, such as specific expression in rapidly growing endothelial and tumor cells of various origins. The tri-peptide sequence composed of arginine, glycine, and aspartic acid (Arg-Gly-Asp, RGD) was known to be specifically recognized and bound with integrin αvβ3. This study focused on improving the traditional boron-contained drug delivery system. As integrin αvβ3 is overexpressed in cancer tissue and RGD peptides have high binding affinities with the integrin αvβ3, RGD was conjugated to BSH for enhancing cancer-cell targeting efficacy. Therefore, to compare RGD-conjugated BSH (RGD-BSH) with BPA or BSH, the internalized 10-B concentrations in the cancer cells were evaluated by 3 inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). For intracellular delivery of BPA, the L-type amino acid transporter 1 (LAT1) is essential transporter, thus should be highly expressed. Furthermore, due to the conjugation with RGD, the cancer cell lines should express not only LAT1 but also integrins. For this reason, among MCF7, U87MG, U251, and CT26 cell lines, the U87MG cell line was selected as a high expression of LAT1, integrin αv, and integrin β3 via western blot assay. Cytotoxicity analysis was performed in U87MG cells to determine the appropriate concentration of boron compounds for use in the experiment. For BPA, IC50 was 0.028 mM, for BSH, IC50 was 1.05 mM and for IC50 of cyclic RGD dimer was 0.2 mM. After validating the cytotoxicity concentration of each compound, ICP-MS was performed for quantitative analytic evaluation. The ICP-MS samples were treated in a concentration of 0.1 mM or 0.2 mM of boron compounds in the detached cell pellet for 1 hour. The result showed that ICP-MS could detect internalized boron concentration in cells. Treatment with 0.1 mM of BSH resulted in a significantly higher intracellular boron concentration than treatment with 0.1 mM of BPA (308.6 vs. 13.5% compared with the control group, P < 0.0001). This was the case when treatments with 0.2 mM of BSH and 0.2 mM of BPA were compared (484.6% vs. 37.6% compared with the control group, P < 0.0001). The higher intracellular boron concentration produced by BSH may be due to the fact that BPA has one boron atom per molecule whereas BSH has twelve boron atoms per molecule. Furthermore, treatment with 0.1 mM of RGD-BSH exhibited a 4 significantly higher intracellular boron concentration than treatment with 0.1 mM BSH (440.9% vs. 308.6% compared with the control group, P < 0.05). In conclusion, RGD-BSH, a BSH conjugate with cyclic RGD dimers, may enhance intracellular delivery of boron by targeting integrin αvβ3 that is highly expressed in endothelial and cancer cells. This could contribute to improving the efficacy of BNCT.Abstract 1 Figure legends 7 Table legends 10 1. Introduction 11 1.1 Targeted cancer therapies (TCTs) 11 1.2 Boron neutron capture therapy (BNCT) 12 1.3 Angiogenesis and integrins 17 1.4 Cancer cell targeting peptide 19 1.5 Aim of this study 21 2. Materials and Methods 23 2.1 Cell culture 23 2.2 Western blot analysis 24 2.3 Cell proliferation assay 25 2.4 Cellular uptake of RGD-BSH 26 2.5 Fluorescence image of RGD internalization 28 2.6 Statistical analysis 28 3. Results and Discussion 29 3.1 Protein expression 29 3.2 Cell cytotoxicity assay 31 3.3 Fluorescence cell image of internalized RGD 33 3.4 Measurement of internalized BSH at various concentration 35 3.5 Intracellular delivery of BPA and BSH 37 3.5 Intracellular delivery of RGD-BSH 38 3.6 Comparison of intracellular delivery between RGD-BSH and BSH 41 4. Conclusion 43 5. References 45 국문 초록 49석

Key factors for enhanced external quantum efficiency in vertical LEDs

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State-dependent resting-state effective connectivity estimation using magnetoencephalogram

휴지기 상태의 뇌의 기능연결망과 유효연결망은 시간에 따라 역동적으로 변동함이 알려져있다. 이러한 현상은 기능 자기공명영상 및 뇌전도영상을 통해 관찰되었으며, 휴지기 상태가 하나의 단일한 상태가 아니며 그 안에서 일정수준의 변동성을 보여주는 역동적인 상태임을 알려져 있다. 본 연구에서는 휴지기 상태와 가장 관련이 깊은 네트워크인 내정상태회로에 대해 뇌파의 변화에 따른 동적 유효인과성 모델링 기반의 유효연결망 분석을 수행하였다. 뇌파의 변화는 빠르게 일어나나 뇌상태 변화는 보다 느리고 완곡하게 일어날 것이라는 가정하에 비교적 긴 윈도우 사이즈내에서 유효연결망을 추정하였다. 또한 지나치게 긴 윈도우 사이즈를 이용해 유효연결망 분석을 수행할 시 유효연결망 기반의 모델 비교가 제대로 수행되지 않을수 있음을 보였으며, 동적 유효인과성 추정에서의 지나치게 좁은 주파수 특성 선택은 추정 정확도와 모델 유의성 검증과정에 악영향을 미침을 보였다. 마지막으로 슬라이딩 윈도우 기반으로 내정상태회로의 유효연결망 분석을 수행하고, 알파신호가 슬라이딩 윈도우를 따라 변화함에 따라 뇌의 상태를 정의하였다. 알파신호가 강한 상태일때는 따라 오른쪽 외측두정엽에서 내측전두전엽으로 가는 전향성 연결, 반대방향의 역향성 연결, 쐐기앞소엽에서 오른쪽 외측두정엽로 가는 역향성 연결의 세 연결성이 감소하였다. 이 결과는 알파의 신호강도와 휴지기 상태의 내정상태회로 뇌기능 자기공명영상 BOLD신호의 강도가 서로 반비례하는 사례에 대한 원리를 유추할 수 있게끔 도와주는 결과라 할 수 있다. Recently, it is reported that resting-state brain network changes dynamically, in the terms of functional connectivity and effective connectivity. This phenomenon was reported by functional magnetic resonance imaging(fMRI) researches and electrophysiology studies, and it shows that resting-state is not a constant steady state but a very fluctuating state. In this research, we perform the dynamic causal modeling(DCM) on default mode network(DMN) which is one of the most important resting-state brain network. We expect that the effective connectivity inferred by DCM show slower state transition compared to brain wave state does. In this assumption, we estimated the effective connectivity with long-sized windows. In the case of excessively long window size, Bayesian model comparison did not distinguish 4 model families. When we use too much narrow frequency band to estimate DCM, because of lesser frequency feature, the DCM results show very poor accuracies. Finally, we analyze a sliding-window based effective connectivity on DMN, and we found the brain states that changes according to alpha wave state. We found that the forward connectivity from right lateral parietal lobule to medial prefrontal cortex and two back ward connections from medial prefrontal cortex and precuneus to right lateral parietal lobule decreases at the high alpha state. This result is one of supporting example of simultaneous EEG-fMRI study which reports alpha wave power negatively related to default mode network fMRI BOLD signals, and this suggests the mechanism of such relationship.open석

Nanostructures for Enhanced Light Extraction Efficiency in Vertical InGaN/GaN Light-emitting Diodes

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Nanopatterning through Anodic Aluminum Oxide Template on GaN Substrate

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Enhancement of external quantum efficiency in vertical InGaN/GaN LEDs

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Nano dimple structure for enhancement of light extraction efficiency in light emitting diodes

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변형률 조절을 통한 수직구조 InGaN/GaN 발광다이오드 양자 효율 향상

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Structural analysis of Ag agglomeration in Ag-based Ohmic contact to p-type GaN

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Ship Route Pattern Extraction from AIS Data Based on PSO Algorithm

The conventional voyage planning method has disadvantages in that it is highly dependent on navigation officer’s experience and it takes much time to collect and review information about new lane. However, those disadvantages can be partially complemented by referring to the route which other ships commonly use. In this thesis, a method to extract ship route patterns commonly used by many other ships from AIS data based on the PSO algorithm is proposed for complementing those disadvantages. And, ship route pattern extracting experiment using collected AIS data was conducted to evaluate the performance of the proposed method and to analyze the impact of the parameters of the proposed method. In addition, the characteristics of the proposed method were analyzed.관습적인 항해계획 수립 방식은 선원의 경험에 대한 의존도가 높고 정보 수집과 검토에 많은 시간이 걸린다는 단점을 가지고 있다. 그러나 이런 단점은 항해계획 수립 시 타 선박들이 많이 사용하는 항로를 참조함으로써 일부 보완이 가능하다. 본 논문에서는 이와 같은 단점의 보완을 목적으로 PSO 알고리즘에 기반하여 AIS 데이터로부터 많은 선박들이 보편적으로 사용하는 선박항로 패턴을 추출하는 방식을 제안한다. 그리고 제안하는 선박항로 패턴 추출 방식의 성능을 평가하기 위해 실제 수집된 AIS 데이터에 기반하여 선박항로 패턴을 추출하고 추출에 사용되는 파라미터들의 영향에 대해 분석하였다. 또한 제안한 방식이 가지는 특성에 대해 분석하였다.제 1 장 서론 1 제 2 장 관련 연구 3 2.1 AIS 데이터 3 2.2 선박항로 패턴 4 2.3 PSO 알고리즘 5 2.4 다중해 최적화 8 제 3 장 선박항로 패턴 추출 10 3.1 문제 정의 10 3.1.1 선박항로 패턴 10 3.1.2 선박항로 패턴의 보편성 11 3.2 전체 프로세스 12 3.3 전처리 단계 14 3.3.1 오류가 포함된 데이터의 처리 14 3.3.2 대상 해역과 대상 선박의 식별 15 3.3.3 전처리 알고리즘 15 3.4 궤적 데이터 생성 단계 16 3.4.1 궤적 데이터 생성 16 3.4.2 묘박, 표류 중인 선박의 궤적 제거 17 3.4.3 궤적 압축 17 3.4.4 궤적 데이터 생성 알고리즘 18 3.5 Waypoint 추출 단계 19 3.5.1 Waypoint 추출과 PSO 알고리즘 20 3.5.2 입자(particle)와 군집(swarm)의 구성 22 3.5.3 적합도 함수(fitness function)와 패널티 25 3.5.4 Quad tree 27 3.5.5 Waypoint 추출 알고리즘 28 3.6 선박항로 패턴 추출 단계 29 3.6.1 간선 가중치와 보편성 29 3.6.2 선박항로 패턴 추출 알고리즘 30 제 4 장 분석 사례 및 평가 32 4.1 선박항로 패턴 추출 실험 및 결과 32 4.1.1 AIS 데이터 32 4.1.2 전처리 단계의 결과 33 4.1.3 궤적 데이터 생성 단계의 결과 35 4.1.4 Waypoint 추출 단계의 결과 36 4.1.5 선박항로 패턴 생성 단계의 결과 42 4.1.6 선박항로 패턴 정확성 평가 43 4.2 논의 및 평가 45 4.2.1 항행 구역별 waypoint 추출 간격 45 4.2.2 선박항로의 동적 특성 46 4.2.3 PSO 알고리즘의 특성과 한계 46 제 5 장 결론 및 향후 과제 48 참고문헌 50 국문초록 52Maste