KR20180136702A - Use of the autofluorescence, as a marker for diagnosing brain damages - Google Patents

Use of the autofluorescence, as a marker for diagnosing brain damages

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KR20180136702A
KR20180136702A KR1020170075775A KR20170075775A KR20180136702A KR 20180136702 A KR20180136702 A KR 20180136702A KR 1020170075775 A KR1020170075775 A KR 1020170075775A KR 20170075775 A KR20170075775 A KR 20170075775A KR 20180136702 A KR20180136702 A KR 20180136702A
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Abstract

The present invention relates to a use of autofluorescence as a phagocytosis marker in microglia / macrophage activated by brain damages. Autofluorescent granules of specific wavelengths are observed in microglia / macrophage activated in lesions of corpus striatum after 3-NP-induced brain damages, and by directly indicating that autofluorescent granules are lipofuscin granule clusters in brain macrophages, the use of autofluorescence as a marker for diagnosing brain damage and for identifying areas of brain damages, and as a marker for phagocytosis after brain damages is confirmed.

Description

뇌손상을 진단하기 위한 마커로서의 자가형광의 용도{USE OF THE AUTOFLUORESCENCE, AS A MARKER FOR DIAGNOSING BRAIN DAMAGES}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an auto-fluorescence (AF)

본 발명은 뇌손상에 의해 활성화된 소교세포/대식세포에서의 포식작용 마커로서의 자가형광의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to the use of autofluorescence as a predatory marker in microglia / macrophages activated by brain injury.

뇌 세포들의 파괴 또는 퇴화를 유발하는 뇌손상(brain injury)은 비교적 빈번하고 광범위하게 일어나므로 의학적으로는 매우 다양한 종류의 진단방법이 요구된다. 뇌손상은 광범위한 내적 및 외적 요인들에 의해 일어나는데, 가장 많은 수의 손상을 포함하는 흔한 유형은 외부 원인으로부터의 물리적인 외상 또는 두부 손상에 따른 외상성 뇌손상(TBI)이며, 생후에 발생하는 뇌손상을 선천성 장애로부터 기인한 손상과 구별하기 위하여 후천적 뇌손상(ABI)이라고도 부른다.Since brain injury, which causes destruction or degeneration of brain cells, occurs relatively frequently and widely, a wide variety of diagnostic methods are required medically. Brain damage is caused by a wide range of internal and external factors, a common type involving the greatest number of injuries is traumatic brain injury (TBI) due to physical trauma or head injury from external causes, Is also called acquired brain injury (ABI) to distinguish it from damage caused by congenital disorders.

뇌손상은 그 발병 원인이 아직까지 명확히 밝혀지지 않았으나, 장기적 저산소증, 알콜을 포함한 기형 발생물질들에 의한 중독, 감염 및 신경학적 질병 등이 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 이 외에도 뇌손상의 흔한 원인으로는 외상적 뇌손상, 뇌졸중, 동맥류, 수술, 기타 신경학적 장애, 및 중금속 중독 등과 같은 생리적 외상이 있을 수 있다. 허혈성 손상이 발생하면 뇌는 급성 염증과정과 만성 염증과정으로 반응하며 이는 주로 소교세포의 활성화, 염증 매개물질들의 생성, 호중구, T 세포, 단핵구/대식세포(monocyte/macrophage) 등의 염증성 세포들이 침윤한다. 일차적으로 수 시간 이내에 말초 혈액으로부터 백혈구(leukocytes)가 뇌 실질 부위로 침입하게 되며 이때 일차적으로 침윤하는 세포가 호중구 (neutrophil)이다 (Jin et al. J Leukoc Biol. 87(5):779-789, 2010). 이러한 말초 호중구는 수 시간 이내에 뇌 조직으로 침윤되고 혈관손상의 유도로 인한 BBB(blood-brain barrier) 파괴, 기타 염증 세포의 이차 침입 및 뇌 조직의 염증 반응 개시에 중요한 역할을 수행하는 것으로 보고되었다 (Kitz R et al., J Endotoxin Res. 12(6):367-374, 2006; Scholz M et al. Med Res Rev. 27(3):401-416, 2007; Jin et al. J Leukoc Biol. 87(5):779-789, 2010).The cause of brain damage has not yet been elucidated, but is known to be caused by long-term hypoxia, poisoning by anomalous substances including alcohol, infection and neurological diseases. Other common causes of brain damage include traumatic brain injury, stroke, aneurysms, surgery, other neurological disorders, and physiological trauma such as heavy metal poisoning. When ischemic injury occurs, the brain responds to acute inflammation and chronic inflammatory processes, which are mainly caused by activation of macrophages, production of inflammatory mediators, infiltration of inflammatory cells such as neutrophils, T cells, monocytes / macrophages do. In the first few hours, leukocytes from the peripheral blood invade the brain parenchyma, where the primary infiltrating cells are neutrophils (Jin et al., J Leukoc Biol. 87 (5): 779-789, 2010). These peripheral neutrophils have been reported to infiltrate into brain tissue within a few hours and play an important role in the initiation of BBB (blood-brain barrier) destruction due to induction of vascular injury, secondary infiltration of other inflammatory cells, and inflammatory response of brain tissue J et al., J. Endotoxin Res. 12 (6): 367-374, 2006; Scholz M et al. Med Res Rev. 27 (3): 401-416, 2007; (5): 779-789, 2010).

생물학적 조직이 외인성 형광단 없이 형광을 방출하는 것을 자가형광(autofluorescence)이라고 명명되고 있으며, 이와 같은 비특이적 신호가 목적 형광 신호와 간섭하여 가짜-양성 결과가 도출될 수 있다고 알려져 있다 (Aubin 1979; Croce et al. 1999; Monici 2005). 이러한 내인성 형광단의 양 및 공간 분포는 병리학적 또는 실험적 조건에 의해 영향을 받아 자가형광 방출의 변화를 가져올 수 있다. It is known that biological tissues emit fluorescence without an exogenous fluorophore, which is called autofluorescence, and it is known that such nonspecific signals can interfere with the intended fluorescence signal resulting in spurious-positive results (Aubin 1979; Croce et al., 1999, Monici 2005). The amount and spatial distribution of endogenous fluorophore may be influenced by pathological or experimental conditions and may lead to changes in autofluorescence emission.

산화된 단백질 및 지방 분해 잔기의 복합 혼합물인 리포푸신은 심근세포 및 신경세포와 같은 유사분열 후 세포의 리소좀에서 시간이 지남에 따라 점진적으로 축적된다 (Terman and Brunk 1998; Boellaard et al. 2004; Gray and Woulfe 2005; Jung et al. 2007). Lipofuscin, a complex mixture of oxidized proteins and lipolytic residues, accumulates gradually over time in lysosomes of cells after mitosis such as myocardial and neuronal cells (Terman and Brunk 1998; Boellaard et al. 2004; Gray and Woulfe 2005; Jung et al. 2007).

3-니트로프로피온산(3-nitropropionic acid, 3-NP)은 식물 및 진균류에 널리 존재하는 신경독소로, 동물의 기저핵 (basal ganglia), 해마(hippocampus), 척추(spinal tracts) 및 말초 신경 손상을 유도하는 물질로 알려져 있다 (amilton and Gould 1987; A.C. Ludolph et al. 2015). 3-nitropropionic acid (3-NP) is a neurotoxin that is widely found in plants and fungi. It induces basal ganglia, hippocampus, spinal tracts and peripheral nerve damage in animals. (Amilton and Gould 1987; AC Ludolph et al. 2015).

본 발명의 발명자들은 중형-돌기 선조체(striatum) 뉴런을 선택적으로 손상시키는 것으로 알려져 있는 천연 미토콘드리아 독소인 3-NP를 이용해 실험하던 중, 뇌손상 유발 2주 후 손상 중심 부위에서 강력한 자가형광이 방출되며, 이의 방출 파장이 기존의 형광 염료의 방출 파장과 중복되어 형광 표지의 해석이 방해받는 것을 확인하였고, 이에, 뇌 손상 후 신경 손상 부위에서 발생하는 자가형광의 특성을 명확히 밝힘으로써 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention conducted experiments using 3-NP, a natural mitochondrial toxin known to selectively impair mesothelial striatum neurons, to emit strong autofluorescence at the damaged site 2 weeks after inducing brain injury , It was confirmed that the emission wavelength of the fluorescent dye overlaps with the emission wavelength of the conventional fluorescent dye and the interpretation of the fluorescent label is interrupted. Thus, the present invention has been completed by clarifying the characteristics of autofluorescence occurring in the nerve injury region after brain injury .

본 발명에서는 뇌손상에 의해 유도되는 특정 파장의 자가형광 신호의 구조 세부 정보를 밝힘으로써, 이를 뇌손상 마커로 활용하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to utilize the detailed information of the structure of an autofluorescence signal of a specific wavelength induced by brain damage as a brain damage marker.

상기 목적의 달성을 위해, 본 발명은 자가형광을 나타내는 리포푸신의 뇌손상 마커로서의 용도를 제공한다.To achieve the above object, the present invention provides the use of lipofuscin as self-fluorescence marker as a brain damage marker.

또한, 본 발명은 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법을 제공한다.The present invention also provides a method for providing information for diagnosing brain damage.

또한, 본 발명은 뇌손상 부위를 영상화하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of imaging a brain injury site.

또한, 본 발명은 뇌손상 후 포식작용을 검출하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for detecting predation after brain injury.

아울러, 본 발명은 뇌손상 진행 억제 물질의 스크리닝 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a screening method of a substance inhibiting the progress of brain injury.

본 발명에 따르면, 3-NP로 유도된 뇌손상에 의해 활성화된 소교세포/대식세포에서 특정 파장의 자가형광 과립의 존재를 확인하였으며, 선조체 병변 내의 자가형광 과립이 뇌 대식세포 내의 리포푸신 과립 클러스터임을 직접적으로 밝힘으로써, 이를 뇌손상의 진단용 및 뇌손상 부위 확인용 마커로 이용할 수 있고, 뇌손상 후 포식작용의 마커로도 이용할 수 있는 효과가 있다.In accordance with the present invention, the presence of autofluorescence granules of specific wavelengths in microglia / macrophages activated by 3-NP-induced brain injury was confirmed, and autofluorescence granules in striate lesions were detected in the lipofuscin granule clusters , It can be used as a marker for diagnosis of brain damage and a marker for brain damage, and it can also be used as a marker for predation after brain damage.

도 1은 3-NP 처리된 쥐의 뇌의 병변 중심부에서 발견되는 자가형광 과립의 존재 패턴을 확인한 도이다:
a: 식염수 처리된 대조군의 선조체 절편 (Scale bars: 50 ㎛);
b: 3-NP 처리 3일 후 실험군의 선조체 병변 절편 (Scale bars: 50 ㎛);
c: 3-NP 처리 7일 후 실험군의 선조체 병변 절편 (Scale bars: 50 ㎛);
d: 3-NP 처리 14일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서의 yellow-green 레이저 (여기/방출 파장: 555 nm/573 nm)로 검출된 자가형광 신호 (Scale bars: 100 ㎛);
e: 3-NP 처리 14일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서의 blue 레이저 (여기/방출 파장: 488 nm/523 nm)로 검출된 자가형광 신호 (Scale bars: 100 ㎛);
f: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서의 yellow-green 레이저로 검출된 자가형광 신호 (Scale bars: 100 ㎛);
g: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서의 blue 레이저로 검출된 자가형광 신호 (Scale bars: 100 ㎛);
h: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서 yellow-green 레이저로 여기된 자가형광 과립의 고배율 사진 (Scale bars: 10 ㎛);
i: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서 blue 레이저로 여기된 자가형광 과립의 고배율 사진 (Scale bars: 10 ㎛);
j: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서 red 레이저 (여기/방출 파장: 639 nm/660 nm)로 여기된 자가형광 과립의 고배율 사진 (Scale bars: 10 ㎛);
k: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변 절편에서 상기 세가지 레이저 모두로 여기된 자가형광 과립의 고배율 사진 (Scale bars: 10 ㎛); 및
l: k의 붉은 화살표로 표시한 영역의 blue 레이저로부터 얻은 자가형광 강도 (초록색 파선), yellow-green 레이저로부터 얻은 자가형광 강도 (붉은색 실선) 및 red 레이저로 검출한 자가형광 강도 (진회색 파선) 프로파일 히스토그램.
도 2는 3-NP가 처리된 뇌의 선조체에서 자가형광 과립의 세포 식별(cellular identification) 및 특성을 규명한 도이다:
a: 3-NP 처리 14일 후 실험군의 선조체 병변에서의 자가형광 신호와 GFAP-양성 성상교세포 (Scale bars: 50 ㎛);
b: 3-NP 처리 14일 후 실험군의 선조체 병변에서의 자가형광 신호와 Iba1-양성 소교세포 (Scale bars: 50 ㎛);
c: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변에서의 자가형광 신호와 GFAP-양성 성상교세포 (Scale bars: 50 ㎛);
d: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변에서의 자가형광 신호와 Iba1-양성 소교세포 (Scale bars: 50 ㎛);
e: 병변 중심부의 활성화된 소교세포/대식세포의 세포질에서의 자가형광 (Scale bars: 10 ㎛);
f: 병변 중심부의 활성화된 소교세포/대식세포의 세포질에서의 Iba1 (Scale bars: 10 ㎛);
g: 병변 중심부의 활성화된 소교세포/대식세포의 세포질에서의 자가형광 (자가형광 과립으로 가득찬 둥근 아메바성(amoeboid) 대식세포, arrowheads)과 Iba1 (Iba1이 강하게 나타난 활성화된 소교세포, arrows)의 위치 패턴을 나타낸 고배율 사진 (Scale bars: 10 ㎛);
h: orthogonal view로 나타낸 자가형광 및 Iba1의 상보적 패턴 (Scale bars: 10 ㎛);
i: 도 g의 박스 영역의 고배율 사진 (Scale bars: 10 ㎛);
j: 도 i의 푸른 화살표 지역의 Iba1-양성 신호 및 자가형광의 강도 특성 히스토그램; 및
k: 도 i의 푸른 화살표 지역의 Iba1-양성 신호 및 자가형광 강도의 산포도 x-축: 자가형광 강도, y-축: Iba1-양성 신호 강도).
도 3은 3-NP가 처리된 뇌의 선조체에서 뇌 대식세포의 자가형광 특성 및 이의 정량 분석 결과를 나타낸 도이다:
a: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변에서의 자가형광 신호 (Scale bars: 10 ㎛);
b: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변에서의 리소좀 마커 ED1/CD68 신호 (Scale bars: 10 ㎛);
c: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변의 뇌 대식세포에서의 자가형광 및 ED1/CD68의 분포양상 (Scale bars: 10 ㎛);
d: orthogonal view로 나타낸 뇌 대식세포 내의 자가형광 및 ED1/CD68의 상보적 위치 패턴 (Scale bars: 10 ㎛);
e: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변에서의 자가형광 신호 (Scale bars: 10 ㎛);
f: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변에서의 리소좀 마커 Lamp1 신호 (Scale bars: 10 ㎛);
g: 3-NP 처리 28일 후 실험군의 선조체 병변의 뇌 대식세포에서의 자가형광 및 Lamp1의 분포양상 (Scale bars: 10 ㎛);
h: orthogonal view로 나타낸 뇌 대식세포 내의 자가형광 및 Lamp1의 상보적 위치 패턴 (Scale bars: 10 ㎛);
i: 3-NP 처리 후 시간에 따른 병변 내 ED1/CD68-양성 세포 수 (P < 0.05; ** p < 0.01, *** p<0.001, ns: not significant); 및
j: 3-NP 처리 후 시간에 따른 병변 내 자가형광-방출 ED1/CD68-양성 세포 수 (P < 0.05; ** p < 0.01, *** p<0.001, ns: not significant).
상관분석법을 이용하여 식염수를 처리한 대조군에서 소교세포가 자가형광을 보이지 않음을 증명한 도이다:
a: 대조군 선조체에서의 Iba1으로 면역표지된 반초박절편의 공초점 현미경 이미지 (white: Iba1) (M = 비활성화 소교세포) (Scale bars: 5 ㎛);
b: 공초점 현미경 이미지 (a)와 TEM 이미지 (c)를 오버레이한 이미지 (Scale bars: 5 ㎛); 및
c: a 이미지의 동일 부위에서의 TEM 이미지 (M = 비활성화 소교세포) (Scale bars: 2 ㎛).
도 5는 상관분석법을 이용하여 자가형광 과립의 세포 내 위치를 나타낸 도이다:
a: 3-NP 처리 14일 후 선조체 병변에서의 Iba1으로 면역표지된 반초박절편의 공초점 현미경 이미지 (white: Iba1, red: 자가형광) (Scale bars: 5 ㎛);
b: 공초점 현미경 이미지 (a)와 TEM 이미지 (c)를 오버레이한 이미지 (Scale bars: 5 ㎛);
c: a 이미지의 동일 병변에서의 TEM 이미지 (N = nucleus) (Scale bars: 5㎛); 및
d 내지 f: a 및 c에서 박스친 영역을 고배율로 각각 확인한 도 (N = nucleus) (Scale bars: 1 ㎛).
Figure 1 shows the presence pattern of autofluorescence granules found in the central portion of the brain of 3-NP treated rats:
a: striatal sections of saline-treated control (Scale bars: 50 占 퐉);
b: Sclerotic lesion sections (Scale bars: 50 μm) in the experimental group after 3 days of 3-NP treatment;
c: Sclerotic lesion sections (Scale bars: 50 μm) in the experimental group after 7 days of 3-NP treatment;
d: Autofluorescence signal (Scale bars: 100 ㎛) detected with a yellow-green laser (excitation / emission wavelength: 555 nm / 573 nm) in the striatum sections of the experimental group 14 days after treatment with 3-NP;
e: autofluorescence signal (Scale bars: 100 ㎛) detected by blue laser (excitation / emission wavelength: 488 nm / 523 nm) in the striatum sections of the experimental group 14 days after 3-NP treatment;
f: Autofluorescence signal (Scale bars: 100 ㎛) detected with a yellow-green laser in the striatum sections of the experimental group 28 days after 3-NP treatment;
g: Autofluorescence signal (Scale bars: 100 ㎛) detected by blue laser in the striatum sections of the experimental group 28 days after 3-NP treatment;
h: High magnification photographs of autofluorescent granules excited with yellow-green laser at the striatum sections of the experimental group 28 days after 3-NP treatment (Scale bars: 10 ㎛);
i: high-magnification photographs of autofluorescence granules excited by blue laser in scaffold lesion sections of experimental group 28 days after 3-NP treatment (Scale bars: 10 ㎛);
j: High magnification photograph of autofluorescent granules excited with red laser (excitation / emission wavelength: 639 nm / 660 nm) in the striatum sections of the experimental group 28 days after 3-NP treatment (Scale bars: 10 μm);
k: High-magnification photographs of autofluorescent granules excited by all three lasers in scaffold lesion sections of experimental group 28 days after 3-NP treatment (Scale bars: 10 μm); And
(red dashed line) obtained from the blue laser in the region indicated by the red arrow of l: k (green dashed line), the autofluorescence intensity (red solid line) obtained from the yellow- Profile histogram.
Figure 2 shows the cellular identification and characterization of autofluorescent granules in 3-NP treated brain striatum:
a: Autologous fluorescence signals and GFAP-positive astrocytes (Scale bars: 50 ㎛) in striatum lesions in the experimental group 14 days after 3-NP treatment;
b: Autologous fluorescence signals and Iba1-positive microglia (Scale bars: 50 ㎛) in striatum lesions in the experimental group 14 days after 3-NP treatment;
c: Autofluorescence signal and GFAP-positive astrocytes (Scale bars: 50 ㎛) in the striatum lesions of the experimental group 28 days after 3-NP treatment;
After 28 days of d: 3-NP treatment, autofluorescence and Iba1-positive microglia (Scale bars: 50 ㎛) in the striatum lesions of the experimental group;
e: autofluorescence in the cytoplasm of activated macrophages / macrophages at the center of the lesion (Scale bars: 10 μm);
f: Iba1 (Scale bars: 10 μm) in the cytoplasm of activated macrophages / macrophages in the lesion center;
g: autofluorescence (round amoeboid macrophages, arrowheads filled with autofluorescent granules, arrowheads) and Iba1 (activated small cells with Iba1 strongly marked arrows) in the cytoplasm of activated macrophages / (Scale bars: 10 占 퐉) showing the position pattern of the sample;
h: a complementary pattern of autofluorescence and Iba1 in orthogonal view (Scale bars: 10 mu m);
i: a high magnification picture of the box area of figure g (Scale bars: 10 mu m);
j: intensity histogram of Iba1-positive signal and autofluorescence in the blue arrow region of figure i; And
k: scattering degree of Iba1-positive signal and autofluorescence intensity in the blue arrow region of i) x-axis: autofluorescence intensity, y-axis: Iba-positive signal intensity).
Figure 3 shows the results of quantitative analysis of the autofluorescence characteristics of brain macrophages in 3-NP treated striatum of the brain:
a: Autofluorescence signal (Scale bars: 10 ㎛) in striatum lesions of experimental group 28 days after 3-NP treatment;
b: lysosomal marker ED1 / CD68 signal (Scale bars: 10 mu m) in striatum lesions of experimental group 28 days after 3-NP treatment;
c: Distribution pattern of autofluorescence and ED1 / CD68 in brain macrophages of striatal lesions in experimental group 28 days after 3-NP treatment (Scale bars: 10 ㎛);
d: autofluorescence and ED1 / CD68 complementary positional patterns in brain macrophages expressed by orthogonal view (Scale bars: 10 μm);
e: autofluorescence signal (Scale bars: 10 ㎛) in striatum lesions of experimental group 28 days after 3-NP treatment;
f: lysosomal marker Lamp1 signal (Scale bars: 10 쨉 m) in striatum lesions of experimental group 28 days after 3-NP treatment;
g: Distribution pattern of autofluorescence and Lamp1 in brain macrophages of striatal lesions of experimental group 28 days after 3-NP treatment (Scale bars: 10 ㎛);
h: autofluorescence in brain macrophages in orthogonal view and the complementary position pattern of Lamp1 (Scale bars: 10 μm);
i: Number of ED1 / CD68-positive cells in lesions over time after 3-NP treatment ( P <0.05; ** p <0.01, *** p <0.001, ns: not significant); And
( p <0.05, ** p <0.01, *** p <0.001, ns: not significant) in the lesion according to time after 3-NP treatment.
In the control group treated with saline using the correlation method, it is proved that the micrograph does not show autofluorescence:
a: confocal microscope image of Iba1 immunostained half-cut slices in control striatum (white: Iba1) (M = inactivated micrograph) (Scale bars: 5 쨉 m);
b: an image (Scale bars: 5 탆) overlaid with a confocal microscope image (a) and a TEM image (c); And
c: a TEM image at the same site of the image (M = inactive micrograph) (Scale bars: 2 μm).
Figure 5 shows the intracellular location of autofluorescent granules using correlation analysis:
a: Confocal microscope image of Iba1 immunoreactive cutaneous slices on striatum lesion 14 days after 3-NP treatment (white: Iba1, red: Scale bars: 5 ㎛);
b: an image (Scale bars: 5 탆) overlaid with a confocal microscope image (a) and a TEM image (c);
c: TEM image (N = nucleus) at the same lesion of the image (Scale bars: 5 μm); And
(n = nucleus) (Scale bars: 1 ㎛).

이하, 본 발명의 구현예로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 구현예는 본 발명에 대한 예시로 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술하는 특허청구범위의 기재 및 그로부터 해석되는 균등 범주 내에서 다양한 변형 및 응용이 가능하다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention. It should be understood, however, that the invention is not limited thereto and that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. .

본 발명에서 사용된 용어 "검출" 또는 "측정"은 검출 또는 측정된 대상의 존재를 확인하거나 농도를 정량하는 것을 의미한다.As used herein, the term "detection" or "measurement" means identifying or quantifying the presence of a detected or measured subject.

본 발명에서 사용된 용어 "진단"이라는 용어는 병리 상태를 확인하는 것을 의미하는 것으로서, 본 발명의 목적상 상기 진단은 뇌손상 질환 진단 마커의 존재 유무를 확인하여 뇌손상 질환의 발병 여부를 확인하는 것을 의미하며, 마커의 존재 부위를 확인하여 뇌손상 부위(병변)을 확인하여 발전 및 경감 등을 판단하는 것도 포함한다. The term "diagnosis" used in the present invention means confirming a pathological condition. For the purpose of the present invention, the diagnosis is made by confirming the presence or absence of a marker for diagnosing brain damage disease, , And includes checking the presence of the marker to determine the brain injury site (lesion) to determine the generation and alleviation.

본 발명에서 사용된 용어 "진단용 마커(diagnosis marker)"란 뇌손상 질환의 세포를 정상 세포와 구분하여 진단할 수 있는 물질을 의미하며, 뇌손상 부위의 세포에서 발생하는 리포푸신(lipofuscin)을 포함한다. 본 발명에서 제공하는 뇌손상 질환 진단용 마커인 리포푸신은 자가형광을 나타낼 수 있다.As used herein, the term "diagnosis marker" refers to a substance capable of distinguishing cells from brain damage cells from normal cells and includes lipofuscin occurring in cells of the brain injury region do. Lipofuscin, which is a marker for diagnosing brain injuries, provided by the present invention, may exhibit autofluorescence.

본 발명에서 사용된 용어 "뇌손상" 또는 "뇌손상 질환"은 뇌 세포들의 파괴 또는 퇴화를 일으키는 모든 종류의 뇌손상에 의해 단기 (급성) 또는 장기 (만성)적으로 나타나는 모든 종류의 질환을 포함하며, 특정 종류의 질환에만 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게 상기 뇌손상 질환은 3-NP에 의해 유발되는 급성 뇌손상 질환일 수 있다. The term " brain damage "or" brain damage disorder "as used herein includes all kinds of diseases that occur in the short term (acute) or long term (chronic) by all kinds of brain damage causing destruction or degradation of brain cells And although it is not limited to a particular type of disease, preferably the brain injury disease may be an acute brain injury disease caused by 3-NP.

일 측면에서, 뇌손상 후 여기 파장 488 nm 및 방출 파장 523 nm, 또는 여기 파장 555 nm 및 방출 파장 573 nm에서 자가형광을 나타내는 리포푸신의 뇌손상 마커로서의 용도에 관한 것이다.In one aspect, the invention relates to the use of lipofuscin as an brain damage marker, which exhibits autofluorescence at excitation wavelength 488 nm and emission wavelength 523 nm or excitation wavelength 555 nm and emission wavelength 573 nm after brain injury.

일 측면에서, 본 발명은 500 내지 600 nm의 형광 방출 스펙트럼 피크 파장에서 자가형광의 존재를 검출하는 단계; 및 자가형광이 존재하는 부위가 뇌손상 부위인 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법에 관한 것이다.In one aspect, the present invention provides a method for detecting fluorescence emission, comprising: detecting the presence of autofluorescence at a peak emission wavelength of 500 to 600 nm; And judging that a site in which autofluorescence exists is a brain injury site, to a method of providing information for brain injury diagnosis.

일 구현예에서, 자가형광은 통상의 기술 분야에 공지된 다양한 방법을 통해 검출될 수 있으며, 일 실시예에서는 공초점 현미경 또는 형광 현미경을 이용하여 자가형광을 확인하였다. In one embodiment, autofluorescence can be detected through a variety of methods known in the art, and in one embodiment autofluorescence is confirmed using confocal microscopy or fluorescence microscopy.

일 구현예에서, 자가형광은 리포푸신(lipofucin)일 수 있으며, 자가형광은 440 내지 500 nm에서 여기되고 500 내지 550 nm에서 방출될 수 있고, 또는 530 내지 570 nm에서 여기되고 550 내지 600 nm에서 방출될 수 있다. 일 실시예에서, 자가형광은 푸른색의 488 nm 레이저로 여기되어 523 nm로 방출되거나, 황록색의 555 nm 레이저로 여기되어 573 nm로 방출되었으나, 보라색 레이저 (여기/방출 파장: 405 nm/460 nm) 또는 붉은색 레이저 (여기/방출 파장: 639 nm/660 nm) 파장에서는 검출되지 않았다. In one embodiment, the autofluorescence may be lipofucin, and the autofluorescence may be excited at 440 to 500 nm and emitted at 500 to 550 nm, or excited at 530 to 570 nm and at 550 to 600 nm Can be released. In one embodiment, the autofluorescence was excited with a blue 488 nm laser and emitted at 523 nm, or excited by a 555 nm yellow-green laser to 573 nm, while a violet laser (excitation / emission wavelength 405 nm / 460 nm ) Or a red laser (excitation / emission wavelength: 639 nm / 660 nm).

일 구현예에서, 소교세포(microglia) 특이적 마커인 Iba1(ionized calcium-binding adaptor molecule 1)과 리소좀(lysosome) 특이적 마커인 ED1 및 Lamp1(lysosomal-associated membrane protein 1)을 추가로 확인할 수 있다.In one embodiment, microglia-specific markers Iba1 (ionized calcium-binding adapter molecule 1) and lysosome-specific markers ED1 and Lamp1 (lysosomal-associated membrane protein 1) can additionally be identified .

상기 소교세포 또는 리소좀 특이적 마커를 확인하는 방법은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 수행될 수 있는데, 예를 들면, 이에 제한되지는 않으나, 방사선면역분석(RIA: radioimmunoassay), 방사 면역 확산법(radioimmunodiffusion) 및 면역침전분석법(immunoprecipitation assay) 등을 이용하여 수행할 수 있다.Methods for identifying the small cell or lysosome-specific marker can be performed by a variety of methods known in the art including, but not limited to, radioimmunoassay (RIA), radioimmunoassay radioimmunodiffusion, and immunoprecipitation assay.

일 측면에서, 본 발명은 여기 파장 440 내지 500 nm 및 방출 파장 500 내지 550 nm, 또는 여기 파장 530 내지 570 nm 및 방출 파장 550 내지 600 nm에서의 자가형광 신호를 측정하여 리포푸신의 존재를 확인하는 단계; 및 리포푸신이 존재하는 부위가 손상된 부위인 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 뇌손상 부위를 영상화하는 방법에 관한 것이다.In one aspect, the invention provides a method for determining the presence of lipofuscin by measuring an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 440 to 500 nm and an emission wavelength of 500 to 550 nm, or an excitation wavelength of 530 to 570 nm and an emission wavelength of 550 to 600 nm step; And determining that the site in which lipofuscin is present is a damaged site.

일 구현예에서, 본 발명의 영상화 방법에는 광학 영상화 시스템이 이용될 수 있으며, 형광 현미경, 수은 및 제논아크 램프, CCD 카메라, AOTF (음향 광학 변조 필터)-기반 스펙트럼 영상 획득 기구, 및 사후 분석 영상화 소프트웨어의 사용이 통합되어 포함될 수 있다. 뇌조직에서 자가형광 영상을 제공하는 상기의 도구가 광학 영상화 시스템에 통합되어, 미가공(raw) 영상으로부터 추출된 스펙트럼 서명의 가시적인 모조색상 표현을 제공하고, 이는 자가형광을 나타내는 리포푸신의 존재여부 및 위치를 나타낸다.In one embodiment, the imaging method of the present invention may employ an optical imaging system and may include a fluorescence microscope, a mercury and xenon arc lamp, a CCD camera, an AOTF (Acoustic Optical Modulation Filter) -based spectral imaging acquisition mechanism, The use of software can be integrated and included. The above tool for providing autofluorescence imaging in brain tissue is integrated in an optical imaging system to provide a visible mimic color representation of the spectral signature extracted from the raw image, indicating the presence or absence of lipofuscin, And location.

일 구현예에서, 더 높은 해상도에서 형광 및 산란 신호를 가시화하도록 조정되는 입체현미경을 사용하는 것이 광학 영상화 시스템에 통합될 수 있다. 입체현미경에 폴리크롬(Polychrome) V 가변 파장 광원이 설비될 수 있다. 추가적인 실시양태에서, 배율 및 영상 세부묘사를 개선하도록 마이크로파이어(MicroFire) 컬러 디지털카메라 및 하나 이상의 확대 렌즈가 광학 영상화 시스템에 통합될 수 있다. 영상화 소프트웨어를 사용한 사후 분석 영상 분할 및 분류에 의해 영상 획득이 달성되고 완성될 수 있다.In one implementation, the use of stereoscopic microscopes that are tuned to visualize fluorescence and scatter signals at higher resolutions can be integrated into the optical imaging system. A stereoscopic microscope can be equipped with a polychrome V variable wavelength light source. In a further embodiment, a MicroFire color digital camera and one or more magnifying lenses may be integrated into the optical imaging system to improve magnification and image detail. Post analysis using imaging software Image acquisition can be achieved and completed by image segmentation and classification.

일 구현예에서, 세포내 소기관을 가시화할 수 있는 전자현미경을 사용하는 것이 광학 영상화 시스템에 통합될 수 있다. 일 실시예에서, 뇌조직 내 리포푸신의 자가형광을 공초점 현미경으로 확인하고, 조직의 동일 부위를 전자현미경을 사용하여 세포 내 기관을 확인하였다.In one embodiment, the use of an electron microscope capable of visualizing intracellular organelles can be integrated into the optical imaging system. In one embodiment, the autofluorescence of lipofuscin in brain tissue was confirmed by confocal microscopy, and the same site of tissue was examined using an electron microscope to identify intracellular organs.

일 측면에서, 본 발명은 여기 파장 440 내지 500 nm 및 방출 파장 500 내지 550 nm, 또는 여기 파장 530 내지 570 nm 및 방출 파장 550 내지 600 nm에서의 자가형광 신호를 측정하는 단계를 포함하는, 뇌손상 후 포식작용을 검출하는 방법에 관한 것이다.In one aspect, the invention provides a method for detecting brain damage, comprising measuring an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 440 to 500 nm and an emission wavelength of 500 to 550 nm, or an excitation wavelength of 530 to 570 nm and an emission wavelength of 550 to 600 nm. And a method for detecting postprandial action.

일 실시예에서, 뇌손상 후 활성화된 소교세포/대식세포에서 리포푸신 과립이 존재함을 확인하였으며, 리포푸신의 자가형광이 증가할수록 이의 포식작용이 감소되는 것을 확인하였다.In one example, the presence of lipofuscin granules in activated macrophages / macrophages following brain injury was confirmed, and it was confirmed that the predatory activity of lipofuscin decreased with increasing autofluorescence.

일 측면에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 뇌손상 진행 억제 물질의 스크리닝 방법에 관한 것이다:In one aspect, the present invention relates to a method of screening for an inhibitor of brain damage progression comprising the steps of:

(a) 인간을 제외한 포유동물에 뇌손상을 유발하는 단계;(a) causing brain damage to mammals other than humans;

(b) 여기 파장 440 내지 500 nm 및 방출 파장 500 내지 550 nm, 또는 여기 파장 530 내지 570 nm 및 방출 파장 550 내지 600 nm에서의 자가형광 신호를 검출하여 뇌손상 부위를 측정하는 단계;(b) detecting an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 440 to 500 nm and an emission wavelength of 500 to 550 nm, or an excitation wavelength of 530 to 570 nm and an emission wavelength of 550 to 600 nm to measure a brain injury site;

(c) 시험제제를 처리하는 단계;(c) treating the test agent;

(d) 여기 파장 488 nm 및 방출 파장 523 nm, 또는 여기 파장 555 nm 및 방출 파장 573 nm에서의 자가형광 신호를 검출하여 뇌손상 부위를 측정하는 단계; 및(d) measuring an area of brain damage by detecting an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 488 nm and an emission wavelength of 523 nm, or an excitation wavelength of 555 nm and an emission wavelength of 573 nm; And

(e) 시험제제를 처리하지 않은 대조군의 뇌손상 부위와 비교하여 상기 시험제제가 뇌손상 부위의 확장을 억제 또는 감소시키는지 여부를 확인하는 단계.(e) comparing the test agent with the brain injury site of the control group not treated with the test agent to determine whether the test agent inhibits or reduces the extent of the brain injury site.

본 발명에서 사용된 용어 "포유동물"은 인간 및 비-인간 영장류 예컨대 침팬지, 및 기타 유인원 및 원숭이 종; 농장 동물 예컨대 소, 양, 돼지, 염소 및 말; 애완 포유동물 예컨대 개 및 고양이; 마우스, 래트 및 기니피그와 같은 설치류가 포함되는 실험용 동물 등이 비제한적으로 포함되는, 포유류 강의 임의의 구성원을 지칭한다. 이러한 용어는 특정 연령 또는 성별을 표시하지 않는다. 따라서, 성체 및 신생 대상체, 뿐만 아니라 태아가, 남성 또는 여성 여부와 관계없이, 이러한 용어의 범주 내에 포함되도록 의도된다.The term "mammal" as used herein includes human and non-human primates such as chimpanzees, and other apes and monkey species; Farm animals such as cattle, sheep, pigs, goats and horses; Pet mammals such as dogs and cats; And laboratory animals, including rodents such as mice, rats and guinea pigs, and the like. These terms do not indicate a specific age or gender. Thus, adult and newborn subjects, as well as fetuses, whether male or female, are intended to be included within the scope of these terms.

일 측면에서, 뇌손상 후 여기 파장 488 nm 및 방출 파장 523 nm, 또는 여기 파장 555 nm 및 방출 파장 573 nm에서 자가형광을 나타내는 리포푸신의 뇌손상 후 포식작용 마커로서의 용도에 관한 것이다.In one aspect, the invention relates to the use of lipofuscin as an endocrine marker after brain injury, which exhibits autofluorescence at excitation wavelength 488 nm and emission wavelength 523 nm or excitation wavelength 555 nm and emission wavelength 573 nm after brain injury.

하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are only for the purpose of illustrating the present invention, and thus the present invention is not limited thereto.

실시예Example 1.  One. in in vivovivo 급성 뇌조직 손상 유도 Induce acute brain tissue damage

본 발명자들은 급성뇌손상을 유발하기 위하여 성체(adult) 쥐의 선조체가 포함된 뇌 조직을 대상으로 실험을 수행하였다. 본 실험에서는 9-11주령의 250~300g의 수컷 SD (SpragueDawley)-쥐를 실험용으로 사용하였으며 미토콘드리아(mitochondria) 독소인 3-NP(3-nitropropionic acid) 15mg/kg를 3일간 연속적으로 복막 내에 주사하였다. 3-NP를 투여받은 동물들의 행동 양상을 매일 검사하여 뒷다리 장애, 후만 자세(kyphotic posture), 횡와 자세 및 자세조절 장애 등의 신경학적 결손이 있는 동물을 선택하여 실험에 이용하였다. 대조군 쥐는 같은 용량의 식염수를 복막 내에 주사하였다. In order to induce acute brain injury, the present inventors conducted experiments on brain tissues containing adult striatum. In this experiment, male Sprague Dawley rats (250-300 g) at 9-11 weeks of age were used for the experiment and 15 mg / kg of 3-NP (3-nitropropionic acid), a mitochondria toxin, was continuously injected into the peritoneum for 3 days Respectively. The behavioral patterns of animals treated with 3-NP were examined daily and animals with neurological deficits such as hind limb disorders, kyphotic postures, lateral and postural and postural control disorders were selected and used in the experiments. Control rats were injected intraperitoneally with the same volume of saline.

이러한 모델에서 급성 뇌손상을 유도한 결과 양쪽 뇌의 선조체에 국한되어 형태학적으로 확인 가능한 손상중심영역(lesion core area)을 확인할 수 있었다 (데이터 미도시). 따라서 상기의 처치로 급성 뇌손상을 실험적으로 유도 가능함을 확인할 수 있었다.In this model, the lesion core area, which is morphologically identifiable to the striatum of both brains, was confirmed by inducing acute brain injury (data not shown). Therefore, it was confirmed that the above treatment can induce acute brain injury experimentally.

실시예Example 2. 급성 뇌손상 유도 후 조직 채취 2. Tissue harvest after induction of acute brain injury

상기 1-1의 방법으로 실험용 쥐에게 급성 뇌손상을 유발시킨 후 3, 7, 14 및 28일간 생존할 수 있도록 하였다. 각각의 시점 (마지막 3-NP 처리 3, 7, 14 및 28일 후)에 급성 뇌손상을 유발시킨 군 총 3마리 및 생리식염수-처리를 한 대조군(saline-treated rats) 총 3마리를 10% 클로랄 하이드레이트(chloral hydrate) 4mL/kg로 마취시켰다. 마취된 쥐를 pH 7.4의 0.1M 인산 버퍼(phosphate buffer)에 4%의 파라포름알데히드(paraformaldehyde)를 포함한 고정액을 경심관류고정(transcardial perfusion) 방법을 사용하여 고정하였다. 고정된 쥐에서 뇌조직을 적출한 뒤 0.1M 인산 버퍼에 30% 수크로오즈가 함유된 용액을 처리하고 완전히 냉동시켰다.The rats were allowed to survive for 3, 7, 14, and 28 days after inducing acute brain injury by the method of 1-1 above. A total of 3 mice and 3 saline-treated rats that caused acute brain injury at each time point (3, 7, 14, and 28 days after the last 3-NP treatment) And anesthetized with 4 mL / kg of chloral hydrate. Anesthetized rats were fixed in 0.1 M phosphate buffer, pH 7.4, using a 4% paraformaldehyde fixative using a transcardial perfusion method. Brain tissues were removed from fixed mice and treated with a solution containing 30% sucrose in 0.1 M phosphate buffer and completely frozen.

동물을 이용한 본 실험의 모든 절차는 가톨릭 대학교의 가톨릭 윤리 위원회(Catholic Ethics Committee; CUMC-2016-0014-02)의 승인을 받아 이루어졌다.All procedures for animal experiments were approved by the Catholic Ethics Committee (CUMC-2016-0014-02) of the Catholic University of Korea.

실시예Example 3. 단일 및 이중표지 면역염색화학( 3. Single and double label immuno-staining chemistry ( immunohistochemistryimmunohistochemistry ) 분석) analysis

3-1. 급성 뇌손상 조직에서의 3-1. In acute brain injury tissue 자가형광Autofluorescence 확인 Confirm

급성 뇌손상이 유발된 뇌조직에서 자가형광물질과 세포핵을 확인하기 위하여, 25 μm 두께의 관상동결절편(Coronal cryostat sections)을 DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole; Roche; 희석비율 1:2000)로 10분간 염색하여 세포핵을 표지하였다. 표지한 절편은 마운팅 용액으로 커버글라스 슬라이드에 고정하였다. 슬라이드는 4개의 레이저 (Diode 405, Argon 488, HeNe 555, HeNe 639)가 구비된 공초점 현미경 (LSM 700; Carl Zeiss Co. Ltd., Germany)을 이용하여 관찰하였으며, 이미지는 TIFF 포맷으로 변환하였고, 대비 정도(contrast level)는 아도브 포토샵 v.10.0 (Adobe Systems, San Jose, CA, USA)를 통해 조정하였다.In order to identify autofluorescence and nuclei in brain tissue induced by acute brain injury, 25 μm thick coronal cryostat sections were incubated with DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole; Roche; dilution ratio 1: 2000) for 10 minutes to label the nuclei. The labeled sections were fixed on a cover glass slide with mounting solution. The slides were observed using a confocal microscope (LSM 700; Carl Zeiss Co. Ltd., Germany) equipped with four lasers (Diode 405, Argon 488, HeNe 555, HeNe 639) and images were converted to TIFF format And contrast levels were adjusted through Adobe Photoshop v.10.0 (Adobe Systems, San Jose, Calif., USA).

3-NP 주사 후 선조체 부위에서의 자가형광 방출(emission)을 확인한 결과, 대조군인 식염수-처리한 쥐에서는 자가형광이 나타나지 않았으나 (도 1a), 3-NP를 주사한 선조체 부위에서는 주사 후 3일 (도 1b) 및 7일 (도 1c)부터 자가형광이 나타나기 시작했으며, 주사 후 14일에는 3-NP 주사 부위에서 재현성 있고 현저한 자가형광이 나타났다 (도 1d 및 e). 이와 같은 현상은 3-NP 주사 후 28일 된 마우스의 뇌조직에서 더욱 현저해졌다 (도 1f 내지 k). 자가형광은 블루 레이저 (여기/방출 파장: 488 nm/523 nm) 및 옐로-그린 레이저 (여기/방출 파장: 555 nm/573 nm) 모두에서 현저하게 나타났으나, 바이올렛 레이저 (여기/방출 파장: 405 nm/460 nm) 및 레드 레이저 (여기/방출 파장: 639 nm/660 nm)에서는 자가형광이 검출되지 않았다 (도 1h 내지 l). 또한, 도 1h 및 i에 나타난 바와 같이, 작은 과립 또는 반점이 있는 입자들로 나타나는 자가형광은 DAPI-표지된 세포핵을 제외한 세포질에만 위치하였다. 아울러, 자가형광의 강도 및 양은 세포에 따라 달랐다. As a result of autofluorescence emission from the striatum after 3-NP injection, no autofluorescence was observed in the saline-treated rats of the control group (Fig. 1A) (Fig. 1B) and 7 days (Fig. 1C), self-fluorescence began to appear and reproducible and pronounced autofluorescence appeared at the 3-NP injection site on the 14th day after injection (Fig. 1d and e). This phenomenon became more pronounced in the brain tissue of mice 28 days after 3-NP injection (Fig. 1f-k). The autofluorescence was noticeable in both blue laser (excitation / emission wavelength: 488 nm / 523 nm) and yellow-green laser (excitation / emission wavelength: 555 nm / 573 nm) 405 nm / 460 nm) and a red laser (excitation / emission wavelength: 639 nm / 660 nm), no autofluorescence was detected (FIGS. Also, as shown in Figures 1h and i, autofluorescence, which is represented by small granular or spot-like particles, was localized only in the cytoplasm, except for the DAPI-labeled nucleus. In addition, the intensity and amount of autofluorescence varied from cell to cell.

3-2. 급성 뇌손상 조직에서의 3-2. In acute brain injury tissue 자가형광Autofluorescence 및 아교세포 특이적  And glial cell specific 마커Marker 확인 Confirm

급성 뇌손상이 유발된 선조체 병변에서의 자가형광-가득찬 세포를 식별하기 위하여, 아교세포(glia) 특이적 마커로, 성상교세포(astrocytes) 특이적 마커인 GFAP(glial fibrillary acidic protein)와 소교세포(microglia) 특이적 마커인 Iba1(ionized calcium-binding adaptor molecule 1)를 이용하여 면역염색화학 분석을 수행하여 자가형광과 함께 확인하였다. 구체적으로, 일부 동결 절편을 GFAP에 대한 마우스 단클론 항체 (1:1,500; Millipore, Temecula, CA, USA) 또는 Iba1에 대한 토끼 다클론 항체 (1:500; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 각각 하룻밤 동안 4℃에서 인큐베이션하였다. 자가형광의 신호와 혼동되는 것을 최소화하기 위하여, 상기 도 1j 및 l에서와 같이, 긴 파장의 레이저에서는 자가형광이 거의 검출되지 않았던 파장의 (633 nm에서 여기 후 650 nm 이상) Alexa Fluor 647이 표지된 염소 항-토끼 항체 또는 염소 항-마우스 항체 (1:300; Molecular Probes, Inc., Eugene, OR, USA)를 2차 항체로 이용하여 상기 인큐베이션된 절편과 상온에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 대조군에서는 1차 및 2차 항체를 용매로부터 누락하여 면역반응이 없음을 확인하였다. 슬라이드는 4개의 레이저 (Diode 405, Argon 488, HeNe 555, HeNe 639)가 구비된 공초점 현미경 (LSM 700; Carl Zeiss Co. Ltd., Germany)을 이용하여 관찰하였으며, 이미지는 TIFF 포맷으로 변환하였고, 대비 정도(contrast level)는 아도브 포토샵 v.10.0 (Adobe Systems, San Jose, CA, USA)를 통해 조정하였다.In order to identify autofluorescent-filled cells in the striatum lesion caused by acute brain injury, glia-specific markers, astrocytes-specific markers such as glial fibrillary acidic protein (GFAP) (Iba1), a microglia-specific marker, was used for immunohistochemical analysis and confirmed with autofluorescence. Specifically, some frozen sections were incubated with mouse monoclonal antibody (1: 1,500; Millipore, Temecula, CA, USA) for GFAP or rabbit polyclonal antibody against Iba1 (1: 500; Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan ) At &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 4 C &lt; / RTI &gt; overnight. In order to minimize the confusion with the signal of the autofluorescence, Alexa Fluor 647 (wavelength more than 650 nm after excitation at 633 nm) of the wavelength at which almost no autofluorescence was detected in the laser of long wavelength, (1: 300; Molecular Probes, Inc., Eugene, OR, USA) as a secondary antibody was incubated with the incubated sections for 2 hours at room temperature. In the control group, the primary and secondary antibodies were omitted from the solvent to confirm that there was no immune response. The slides were observed using a confocal microscope (LSM 700; Carl Zeiss Co. Ltd., Germany) equipped with four lasers (Diode 405, Argon 488, HeNe 555, HeNe 639) and images were converted to TIFF format And contrast levels were adjusted through Adobe Photoshop v.10.0 (Adobe Systems, San Jose, Calif., USA).

관찰 결과, 자가형광 과립을 포함하는 둥근 세포들이 성상교세포 반흔 조직(astroglial scar tissue)에 인접하는 선조체 병변 내에 위치하는 것으로 나타났고, 이 자가형광 세포들에서는 GFAP 면역반응성이 나타나지 않아 성상교세포가 아님을 알 수 있었다 (도 2a 및 c). 반면, 휴면 소교세포 및 활성화된 소교세포/대식세포에 대한 마커인 Iba1 (Ito et al. 1998)로 면역표지된 세포들을 확인한 결과, 자가형광 세포가 실제로 활성화된 소교세포/대식세포임을 알 수 있었다 (도 2b 및 d). 더 높은 배율에서, 병변 내에서 형태적으로 구분되는 두 종류의 소교세포/대식세포, 즉, 희소한 돌출 돌기와 아메바성(amoeboid) 세포질을 가지는 둥근 형태의 뇌 대식세포 및 타원형 세포체와 짧고 두꺼운 돌기를 가지는 활성화된 소교세포를 확인할 수 있었다 (도 2e 내지 h). As a result of observation, round cells containing autofluorescent granules were located in the striate lesions adjacent to the astroglial scar tissue, and these autofluorescent cells did not show GFAP immunoreactivity and were not astrocytes (Figs. 2A and 2C). On the other hand, immunoprecipitated cells with Iba1 (Ito et al., 1998), a marker for dormant macrophages and activated macrophages / macrophages, were found to be autologous activated macrophages / macrophages (Figures 2b and d). At higher magnification, two types of macrophages / macrophages, morphologically distinct in lesions, rounded brain macrophages and oval cell bodies with rare prominent protrusions and amoeboid cytoplasm, and short, thick protuberances (Fig. 2e-h).

또한, 활성화된 소교세포/대식세포에서의 세포 내에서 자가형광 과립과 Iba1은 서로 상보적으로 위치하는 것으로 나타났다. 구체적으로, 뇌 대식세포는 자가형광 과립으로 가득찬 대신 Iba1의 신호는 매우 약하게 나타났으며, 반면, 활성화된 소교세포는 Iba1 신호가 강한 대신에 자가형광 과립의 신호는 매우 약한 것으로 나타났다 (도 2h). In addition, the autofluorescence granules and Iba1 were found to be complementary to each other in the cells in activated macrophages / macrophages. Specifically, the brain macrophages were filled with autofluorescent granules instead of the Iba1 signal, whereas the activated macrophages showed a weak signal of the autofluorescent granule instead of the strong Iba1 signal (Fig. 2H ).

아울러, 활성화된 소교세포/대식세포 내에서의 Iba1과 자가형광 과립의 위치를 확인하였으며 (도 2i), 이 둘의 평균 신호강도를 정량 분석하여 도 2j 내지 k에 나타냈다. 구체적으로, Zen 2010 (Carl Zeiss Co. Ltd.)을 사용하여 Iba1 양성이면서 자가형광을 띄는 세포의 형광 강도값을 얻었고, 산포도 및 상관 분석은 Excel 2013 (Microsoft, Bellevue, WA, USA)을 이용하여 수행하였다. 그 결과, Iba1-양성 신호 및 자가형광 신호의 산포도에 나타난 바와 같이, 강한 자가형광 과립을 갖는 세포질에서 Iba1-양성 신호의 강도가 상대적으로 약하고, 그 반대도 마찬가지로 나타났다. 따라서, 이들 세포 내에서 Iba1과 자가형광은 음의 상관 관계 (correlation coefficient (r) = -0.77, R2= 0.5933, p < 0.001)가 있는 것을 알 수 있었다.In addition, the positions of Iba1 and autofluorescence granules in activated macrophages / macrophages were confirmed (Fig. 2i), and the average signal intensities of the two were quantitatively analyzed and shown in Figs. 2j-k. Specifically, fluorescence intensity values of Iba1-positive and autofluorescent cells were obtained using Zen 2010 (Carl Zeiss Co. Ltd.). Scattering and correlation analysis were performed using Excel 2013 (Microsoft, Bellevue, WA, USA) Respectively. As a result, the intensity of the Iba1-positive signal was relatively weak in the cytoplasm with strong autofluorescence granules, and vice versa, as shown by the scatter of Iba1-positive signal and autofluorescence signal. Therefore, it was found that Iba1 and autofluorescence had a negative correlation coefficient (r = -0.77, R 2 = 0.5933, p <0.001) in these cells.

3-3. 급성 뇌손상 조직에서의 3-3. In acute brain injury tissue 자가형광Autofluorescence 및 리소좀 특이적  And lysosome specific 마커Marker 확인 Confirm

활성화된 소교세포/대식세포에서의 자가형광 과립의 세포내 위치를 명확히 하기 위하여, 일부 동결 선조체 절편을 대식세포의 리소좀 막 마커인 ED1/CD68 또는 후기 엔도좀/리소좀 마커인 Lamp1(lysosomal-associated membrane protein 1)으로 면역 표지하고 자가형광과 함께 확인하였다. 구체적으로, 동결 절편을 ED1(CD68)에 대한 마우스 단클론 항체 (1:100; Bio-Rad, Hercules, CA, USA) 또는 Lamp1에 대한 토끼 다클론 항체 (1:200; Abcam, Cambridge, UK)를 이용하여 각각 하룻밤 동안 4℃에서 인큐베이션하였다. 그 후, 절편들을 Alexa Fluor 647이 표지된 염소 항-토끼 항체 또는 염소 항-마우스 항체 (1:300; Molecular Probes, Inc., Eugene, OR, USA)와 상온에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 대조군에서는 1차 및 2차 항체를 용매로부터 누락하여 면역반응이 없음을 확인하였다. 슬라이드는 4개의 레이저 (Diode 405, Argon 488, HeNe 555, HeNe 639)가 구비된 공초점 현미경 (LSM 700; Carl Zeiss Co. Ltd., Germany)을 이용하여 관찰하였으며, 이미지는 TIFF 포맷으로 변환하였고, 대비 정도(contrast level)는 아도브 포토샵 v.10.0 (Adobe Systems, San Jose, CA, USA)를 통해 조정하였다.To clarify the intracellular location of autofluorescent granules in activated macrophages / macrophages, some frozen sections were stained with lysosomal-associated membrane (ED1 / CD68) or late endosomal / lysosomal marker Lamp1 protein 1) and confirmed with autofluorescence. Specifically, the frozen sections were incubated with rabbit polyclonal antibody (1: 200; Abcam, Cambridge, UK) against mouse monoclonal antibody (1: 100; Bio-Rad, Hercules, &Lt; / RTI &gt; overnight at &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 4 C. &lt; / RTI &gt; The sections were then incubated with Alexa Fluor 647 labeled goat anti-rabbit antibody or goat anti-mouse antibody (1: 300; Molecular Probes, Inc., Eugene, OR, USA) at room temperature for 2 hours. In the control group, the primary and secondary antibodies were omitted from the solvent to confirm that there was no immune response. The slides were observed using a confocal microscope (LSM 700; Carl Zeiss Co. Ltd., Germany) equipped with four lasers (Diode 405, Argon 488, HeNe 555, HeNe 639) and images were converted to TIFF format And contrast levels were adjusted through Adobe Photoshop v.10.0 (Adobe Systems, San Jose, Calif., USA).

관찰 결과, 자가형광 과립과 두 리소좀 마커들은 뇌 대식세포에 같이 존재(co-localize)하나, 세포 내에서 서로 상보적인 패턴으로 존재하는 것으로 나타났다 (도 3a 내지 h). 자가형광 과립이 넓은 영역을 차지한 아메바성 뇌 대식세포의 소마에서는 ED1/CD68 및 Lamp1의 신호가 매우 약했고, 그 반대로 두 리소좀 마커들이 강하게 나타난 영역에서는 자가형광 과립 신호가 거의 나타나지 않았다. As a result, the autofluorescent granules and the two lysosomal markers co-localized in the brain macrophages but were present in a complementary pattern in the cells (Figs. 3a to h). The signals of ED1 / CD68 and Lamp1 were very weak in the soma of amoebic brain macrophages, where autofluorescent granules occupied a wide area. On the contrary, almost no autofluorescence granule signal was observed in the areas where two lysosomal markers were strong.

또한, 3-NP 주사 후 시간이 지남에 따라 선조체 영역에서 뇌 대식세포의 자가형광이 증가하는지 확인하기 위해, 자가 형광을 포함하는 ED1/CD68 양성 세포의 시간 의존적 변화를 정량하였다. 구체적으로, 3-NP 주사 후 3, 7, 14 및 28일에 ED1/CD68이 면역 표지된 조직 절편에서 공초점 현미경을 이용하여 병변 중심부위를 400x 배율로 사진을 찍은 뒤, 세포의 핵이 분명히 보이는 세포들 중 ED1/CD68 양성이면서 자가형광을 갖는 세포의 개수를 세었다. 그 결과, 뇌손상 유발 3일차에 자가형광-방출 뇌 대식세포는 전체 뇌 대식세포의 32.0 ± 5.4%로 나타났고, 28일차에 92.0 ± 2.1%로 나타나 (도 3i 및 j), 총 ED1/CD68-양성 세포의 수 및 자가형광을 나타내는 ED1/CD68-양성 세포의 수는 병변에서 뇌손상 유발 후 시간이 지남에 따라 점진적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. In addition, time-dependent changes of ED1 / CD68-positive cells including autofluorescence were quantified in order to check whether the autofluorescence of brain macrophages increased in time after 3-NP injection. Specifically, after 3-NP injection, the lesion central portion was photographed at 400x magnification using a confocal microscope on the immunorecepted tissue sections of ED1 / CD68 on days 3, 7, 14, and 28, The number of cells with positive ED1 / CD68 and autofluorescence was counted among the visible cells. As a result, in the third day of brain injury, the autofluorescence-emitting brain macrophages were 32.0 ± 5.4% of total brain macrophages and 92.0 ± 2.1% on day 28 (FIGS. 3i and j) The number of positive cells and the number of ED1 / CD68-positive cells expressing autofluorescence gradually increased with time after induction of brain injury in lesions.

실시예Example 4. 광학 및 전자현미경 상관분석법(correlative light and electron microscopy) 4. Optical and electron microscopy (correlative light and electron microscopy)

광학 현미경 이미지만으로는 자가형광 과립을 명확히 밝히기에 충분하지 않아, 자가형광 과립의 미세구조를 밝히기 위하여 특정 뇌 대식세포의 광학 현미경 신호를 전자 현미경 신호와 비교 분석하였다. 구체적으로, 생리식염수를 처리한 대조군과 3-NP를 주사하고 14일이 경과한 쥐의 절편 (n=3)을 이용하여 광학 및 전자현미경의 상관분석을 시행하였다. 진동절편기(vibratome)를 이용하여 100 μm의 두께로 절단한 절편을 0.1M 인산 버퍼에 2.3M의 수크로오즈가 함유된 용액으로 처리하고 액체질소를 이용하여 급격하게 냉동하였다. 이를 FC7 cryochamber가 장착된 Leica EM UC7 ultramicrotome (Leica, Wetzlar, Germany)를 이용하여 -100℃에서 2 μm 두께의 반초박절편(semithin section)으로 절단하였다. 반초박절편을 Iba1 항체 (1:500)와 4℃에서 하룻밤 동안 인큐베이션한 뒤, Alexa Fluor 647이 표지된 염소 항-토끼 항체 (1:300)와 상온에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 이후, DAPI로 10분간 표지하였다. 반초박절편을 공초점 현미경을 이용하여 관찰하여 필요한 부위를 촬영하였으며 이때 미분간섭(Differential Interference Contrast)을 이용하여 세포의 경계를 명확하게 구분할 수 있도록 하였다. 이후 반초박절편을 후고정(postfixation), 탈수 및 Epon 812에서의 포매(embedding) 후, 관심 영역을 잘라내고 수지 블록상에 접착시켰다. 매우 얇은 절편(70-90 nm thick)으로 자른 후, 아세트산 우라늄(uranyl acetate)으로 염색하여 상기 공초점 현미경으로 관찰한 동일 영역을 전자 현미경(JEM 1010, JEOL, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다.The optical microscope image alone is not enough to clarify the autofluorescence granule clearly. In order to clarify the microstructure of the autofluorescence granule, optical microscopic signals of specific brain macrophages were compared with electron microscope signals. Specifically, correlation analysis of optical and electron microscope was performed using a control group treated with physiological saline solution and a rat section (n = 3) 14 days after 3-NP injection. The sections cut to a thickness of 100 μm using a vibratome were treated with a solution containing 2.3 M sucrose in 0.1 M phosphate buffer and rapidly frozen using liquid nitrogen. This was cut with a Leica EM UC7 ultramicrotome (Leica, Wetzlar, Germany) equipped with an FC7 cryochamber at -100 ° C into a 2 μm thick semithin section. The half-cut slices were incubated with Iba1 antibody (1: 500) overnight at 4 ° C and then incubated with Alexa Fluor 647 labeled goat anti-rabbit antibody (1: 300) at room temperature for 2 hours. Then, the cells were labeled with DAPI for 10 minutes. The sections were observed using a confocal microscope and the boundary of the cells was clearly distinguished using Differential Interference Contrast. Subsequently, the half-cut slices were postfixed, dehydrated and embedded in Epon 812, and the area of interest was cut and adhered onto the resin block. (70-90 nm thick), followed by staining with uranyl acetate. The same area observed with the confocal microscope was observed with an electron microscope (JEM 1010, JEOL, Tokyo, Japan).

그 결과, 공초점 현미경으로 관찰한 Iba1으로 표지된 대조군 반초박절편은 자가형광을 보이지 않았으며 (도 4a), 동일한 절편의 동일 부위를 전자현미경으로 관찰하여 (도 4c), 이 둘을 비교한 결과, 대조군의 비활성화 소교세포는 특징적인 이질염색질이 풍부한 핵과 얇은 세포질을 보이고 있었다 (도 4b 및 c). 반면, 3-NP를 주사하고 14일이 경과한 쥐의 선조체에서는 자가형광이 Iba1-양성 소교세포/대식세포 내에서 현저하게 나타났으며 (도 5a), 동일한 절편의 동일 부위를 전자 현미경으로 관찰하여 (도 5c), 이 둘을 비교한 결과 (도 5b), 자가형광-방출 뇌 대식세포는 수많은 리포푸신 봉입체(lipofuscin inclusions)로 가득 차있었고, 세포질 소기관이 거의 없는 것으로 나타났다 (도 5d 및 e). 도 5e 내지 f에서 더 높은 배율로 확인한 바와 같이, 자가형광은 과립형, 섬유형 또는 판상 패턴을 나타내는 다형 고전자밀도로 인해 구별되는 리포푸신 과립들로 확인되었다. 반면, 활성화된 소교세포/대식세포에서 Iba1-양성 신호를 나타내는 세포질은 미토콘드리아 및 골지 복합체를 포함한 세포기관을 포함하였으나, 리포푸신 봉입체는 포함하지 않았다 (도 5e 및 f).As a result, Iba1-labeled control half-cut slices observed with a confocal microscope showed no autofluorescence (FIG. 4A), and the same sections of the same slices were observed under an electron microscope (FIG. 4C) As a result, the inactivated macrophages of the control group showed distinct heterochromatin-rich nuclei and thin cytoplasm (Fig. 4b and c). On the other hand, in rat striatum 14 days after 3-NP injection, autofluorescence was remarkable in Iba1-positive macrophages / macrophages (Fig. 5a), and the same region of the same section was observed with an electron microscope (Fig. 5B), the autofluorescence-emitting brain macrophages were filled with numerous lipofuscin inclusions and showed few cytoplasmic organelles (Fig. 5d and e ). As evidenced by the higher magnification in Figures 5e-f, autofluorescence was identified as lipofuscin granules, which are distinguished by a polymorphic high electron density representing a granular, fibrous, or plate-like pattern. On the other hand, cytoplasm expressing Iba1-positive signal in activated microglobulin / macrophage cells contained cell organs including mitochondria and Golgi complex, but did not contain lipofuscin inclusion bodies (Fig. 5e and f).

실시예Example 5. 통계 5. Statistics

모든 데이터는 평균 ± 표준오차로 표시되며 Excel 2013 (Microsoft, Bellevue, WA, USA) 및 GraphPad Prism, Version 5를 사용하여 양측 무쌍 스튜던트 t- 테스트를 하여 차이의 유의성을 평가하였다. P값이 0.05 미만일 때 통계적으로 유의하다고 간주되었다.All data were expressed as mean ± standard error and the significance of the differences was assessed using Excel 2013 (Microsoft, Bellevue, WA, USA) and GraphPad Prism, Version 5 on both sides of the Student's t-test. A P value of less than 0.05 was considered statistically significant.

Claims (11)

500 내지 600 nm에서 방출(emission)되는 자가형광의 존재를 검출하는 단계; 및 자가형광이 존재하는 부위가 뇌손상 부위인 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.Detecting the presence of autofluorescence which is emitted at 500 to 600 nm; And determining that a site in which autofluorescence is present is a brain injury site. 제 1항에 있어서, 리포푸신(lipofuscin)이 방출하는 자가형광인, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.The method according to claim 1, wherein the fluorescence emitted by lipofuscin is autofluorescence. 제 1항에 있어서, 자가형광은 440 내지 500 nm에서 여기(excitation)되고 500 내지 550 nm에서 방출(emission)되는, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.The method of claim 1, wherein the autofluorescence is excited at 440 to 500 nm and emitted at 500 to 550 nm. 제 1항에 있어서, 자가형광은 555 nm에서 여기되고 573 nm에서 방출되는, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.The method of claim 1, wherein the autofluorescence is excited at 555 nm and emitted at 573 nm. 제 1항에 있어서, 소교세포(microglia) 특이적 마커를 확인하는 단계를 추가로 포함하는, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.The method of claim 1, further comprising identifying microglia-specific markers. 제 5항에 있어서, 소교세포 특이적 마커는 Iba1(ionized calcium-binding adaptor molecule 1)인, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.6. The method according to claim 5, wherein the small-cell-specific marker is Iba1 (ionized calcium-binding adapter molecule 1). 제 1항에 있어서, 리소좀(lysosome) 특이적 마커를 확인하는 단계를 추가로 포함하는, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.The method of claim 1, further comprising identifying a lysosome-specific marker. 제 7항에 있어서, 리소좀 특이적 마커는 ED1 또는 Lamp1(lysosomal-associated membrane protein 1)인, 뇌손상 진단을 위한 정보의 제공방법.8. The method of claim 7, wherein the lysosome-specific marker is ED1 or Lamp1 (lysosomal-associated membrane protein 1). 여기 파장 440 내지 500 nm 및 방출 파장 500 내지 550 nm, 또는 여기 파장 530 내지 570 nm 및 방출 파장 550 내지 600 nm에서의 자가형광 신호를 측정하여 리포푸신의 존재를 확인하는 단계; 및 리포푸신이 존재하는 부위가 손상된 부위인 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 뇌손상 부위를 영상화하는 방법.Measuring the autofluorescence signal at an excitation wavelength of 440 to 500 nm and an emission wavelength of 500 to 550 nm or an excitation wavelength of 530 to 570 nm and an emission wavelength of 550 to 600 nm to confirm the presence of lipofuscin; And determining that the site in which lipofuscin is present is a damaged site. 여기 파장 440 내지 500 nm 및 방출 파장 500 내지 550 nm, 또는 여기 파장 530 내지 570 nm 및 방출 파장 550 내지 600 nm에서의 자가형광 신호를 측정하는 단계를 포함하는, 뇌손상 후 포식작용을 검출하는 방법.A method for detecting postprandial phagocytosis comprising measuring an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 440 to 500 nm and an emission wavelength of 500 to 550 nm or an excitation wavelength of 530 to 570 nm and an emission wavelength of 550 to 600 nm . (a) 인간을 제외한 포유동물에 뇌손상을 유발하는 단계;
(b) 여기 파장 440 내지 500 nm 및 방출 파장 500 내지 550 nm, 또는 여기 파장 530 내지 570 nm 및 방출 파장 550 내지 600 nm에서의 자가형광 신호를 검출하여 뇌손상 부위를 측정하는 단계;
(c) 시험제제를 처리하는 단계;
(d) 여기 파장 488 nm 및 방출 파장 523 nm, 또는 여기 파장 555 nm 및 방출 파장 573 nm에서의 자가형광 신호를 검출하여 뇌손상 부위를 측정하는 단계; 및
(e) 시험제제를 처리하지 않은 대조군의 뇌손상 부위와 비교하여 상기 시험제제가 뇌손상 부위의 확장을 억제 또는 감소시키는지 여부를 확인하는 단계를 포함하는, 뇌손상 진행 억제 물질의 스크리닝 방법.
(a) causing brain damage to mammals other than humans;
(b) detecting an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 440 to 500 nm and an emission wavelength of 500 to 550 nm, or an excitation wavelength of 530 to 570 nm and an emission wavelength of 550 to 600 nm to measure a brain injury site;
(c) treating the test agent;
(d) measuring an area of brain damage by detecting an autofluorescence signal at an excitation wavelength of 488 nm and an emission wavelength of 523 nm, or an excitation wavelength of 555 nm and an emission wavelength of 573 nm; And
(e) comparing the test agent with the brain injury site of the control group not treated with the test agent to confirm whether the test agent inhibits or reduces the extent of brain injury site.
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Kim et al. TorsinA is essential for the timing and localization of neuronal nuclear pore complex biogenesis
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