KR102307479B1 - 신경전달물질 기반의 뇌 지도 작성 방법 및 뇌 지도를 이용하는 용도 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따른, 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능을 평가하기 위해, 뇌 지도를 참고하여 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 뇌 지도에서 상기 약물이 증가 또는 감소시키는 제1 신경전달물질의 농도가 가장 높은 것으로 표시된 부위에 대응되는 동물의 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및 상기 동물에 상기 약물을 주입하고 상기 약물의 주입 전과 주입 후 사이의 상기 제1 부위에서의 상기 제1 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 뇌 지도는, 인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 원숭이의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 원숭이의 뇌의 복수의 부위를 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계와, 상기 제2 농도 분포를 이용하여 획득되고, 상기 제1 부위는, 상기 제1 농도 분포에서 제2 부위에 상기 제1 신경전달물질의 양이 가장 많은 경우, 상기 제2 농도 분포에서 상기 제2 부위에 대응되는 부위인 약물 효능 평가 방법에 관한 것이다.

Description

신경전달물질 기반의 뇌 지도 작성 방법 및 뇌 지도를 이용하는 용도{FOR PRODUCING AND USING METHOD OF BRAIN MAP BASED ON NEUROTRANSMITTERS}

본 발명은 뇌 내의 신경전달물질을 이용하여 뇌 지도를 제작하고 이를 활용하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 뇌 내의 각 부위별 다종의 신경전달물질 각각의 농도를 측정하여 뇌 지도를 제작하고, 제작된 뇌 지도를 이용하여 특정 신경전달물질이 높은 농도로 분포하는 곳에서 신경전달물질의 농도 변화 등을 측정하는 신경전달물질 기반 뇌지도에 관한 것이다.

정신질환, 통증 및 약물 중독은 중추 신경계의 신경전달물질의 이상에 따라 나타나는 현상이다. 최근에는 동물을 대상으로 하는 전 임상 단계에서, 중추 신경계에서 작용하는 신경전달물질의 농도를 측정하여 정신질환, 통증 및 약물 중독에 효과가 있는 약물을 개발하고자 하고 있으며, 이에 따라 전 임상 단계를 대신하여 수행해주는 CRO 업체들이 늘어나고 있는 추세이다.

한편, 근래에는 연구자들이 공통으로 참여하는 Allen Brain Map과 같은 뇌 지도 제작 기술의 개발에 따라, 뇌에 대한 관심과 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 다만, Allen Brain Map은 뇌에 대하여 유전자 또는 mRNA등을 기초로 뇌 지도를 제작한다는 점에 있어서, 실제 신경전달물질이 발생되고, 작용하는 기전을 알기 어렵다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 신경전달물질을 기초로 뇌를 파악하고, 약물을 평가하기 위한 전 임상 단계에서, 인간의 뇌와 유사한 신경전달물질 농도 분포를 갖는 실험 동물의 뇌 지도 제작과, 이를 활용한 신경전달물질 분석 기술에 대한 필요성이 대두된다.

본 발명의 일 과제는, 신경전달물질 농도의 분포를 파악하기 위하여 뇌 지도 제작 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일 과제는, 실험 동물의 신경전달물질 농도 분포에 기초하여 실험 동물에서 신경전달물질을 측정할 시료를 획득하는 위치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일 과제는, 실험 동물과 인간의 뇌의 신경전달물질 농도의 유사성에 기초하여 실험 동물에서 신경전달물질을 측정할 시료를 획득하는 위치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 일 과제는, 미세투석 방법을 이용하는 경우, 미세투석 프로브를 고정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 실시예에 따른, 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능을 평가하기 위해, 뇌 지도를 참고하여 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 뇌 지도에서 상기 약물이 증가 또는 감소시키는 제1 신경전달물질의 농도가 가장 높은 것으로 표시된 부위에 대응되는 동물의 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및 상기 동물에 상기 약물을 주입하고 상기 약물의 주입 전과 주입 후 사이의 상기 제1 부위에서의 상기 제1 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 뇌 지도는, 인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 원숭이의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 원숭이의 뇌의 복수의 부위를 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계와, 상기 제2 농도 분포를 이용하여 획득되고, 상기 제1 부위는, 상기 제1 농도 분포에서 제2 부위에 상기 제1 신경전달물질의 양이 가장 많은 경우, 상기 제2 농도 분포에서 상기 제2 부위에 대응되는 부위인 약물 효능 평가 방법이 제공될 수 있다.

다른 일 실시예에 따른, 뇌 지도를 참고하여 임의의 질병을 갖는 동물 - 이하 질병 모델 - 과 상기 임의의 질병을 가지지 않는 동물 - 이하 정상 모델 - 에서 특정한 신경전달물질의 농도 분포가 차이를 나타내는 위치에서, 상기 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능을 평가하기 위해, 상기 동물의 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 뇌 지도를 이용하여 상기 질병 모델과 상기 정상 모델에서 제1 신경전달물질의 농도가 미리 정해진 수준 이상으로 차이가 나는 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및 상기 동물에 약물을 주입하고 상기 약물의 주입 전과 주입 후 사이의 상기 제1 부위에서의 상기 제1 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 뇌 지도는, 인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 원숭이의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 원숭이의 뇌의 복수의 부위를 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계와, 상기 제2 농도 분포를 이용하여 획득되고, 상기 제1 부위를 선정하는 단계는, 상기 임의의 질병을 가진 인간의 상기 제1 농도 분포와 상기 임의의 질병을 가지지 않은 인간의 상기 제1 농도 분포를 비교하여, 상기 임의의 질병을 가진 인간의 뇌의 제2 부위에서의 상기 제1 농도 분포와 상기 임의의 질병을 가지지 않은 인간의 뇌의 상기 제2 부위와 해부학적으로 동일한 부위인 제3 부위에서의 상기 제1 농도 분포가 상기 복수의 신경전달물질 중 상기 제1 신경전달물질에 대해서 미리 정해진 수준 이상의 농도 차이가 나는 경우, 상기 제1 부위는 상기 제2 농도 분포에서 상기 제2 부위 및 상기 제3 부위에 대응되는 부위로 선정하는, 약물 효능 평가 방법이 제공될 수 있다.

다른 일 실시예에 따른, 동물의 뇌로부터 미세투석샘플을 획득하기 위해 미세투석 탐침(probe)을 고정하는 방법에 있어서, 상기 뇌의 표면 상의 습기를 제거하여, 상기 미세투석 탐침이 고정되지 않고 탈락되는 것을 방지하기 위한, 메쉬(mesh)를 상기 뇌의 표면에 위치시키는 단계; 상기 메쉬는 상기 뇌의 표면을 일정한 크기로 구획하는 와이어(wire) 및 상기 구획에 따라 생성되는 복수의 캐비티(cavity)를 포함하고, 상기 원숭이의 뇌 내부로 상기 미세투석 탐침의 적어도 일부가 삽입되도록 상기 메쉬의 상기 복수의 캐비티 중 적어도 하나 이상에 미세투석 탐침을 삽입하는 단계;및 상기 동물의 뇌 표면에서 상기 미세투석 탐침을 고정하기 위하여, 상기 메쉬 및 상기 뇌 표면 중 상기 미세투석 탐침이 삽입된 위치를 포함하는 소정의 범위에 접착제를 이용하여 상기 미세투석 탐침을 접착시키는 단계;를 포함하고, 상기 접착시키는 단계는, 상기 미세투석 탐침이 삽입된 위치의 습기를 감소시키기 위한 제1 접착제와 상기 미세투석 탐침을 견고히(firmly) 고정시키기 위한 제2 접착제가 순차적으로 위치되는 단계를 포함하는 미세투석 탐침 고정 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의하면, 신경전달물질 농도를 파악하기 위한 뇌 지도를 제작할 수 있다.

본 발명에 의하면, 신경전달물질을 측정하기 위한 실험 동물 및 인간의 뇌에서의 위치가 제공될 수 있다.

본 발명에 의하면, 미세투석 시, 조직 상에 미세투석 프로브를 견고히 고정할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 붉은 털 원숭이(rhesus monkey)의 뇌의 각 위치 별로 신경전달물질의 농도가 표시된 뇌 지도를 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 설치류 중 마우스(mouse), 영장류 중 붉은 털 원숭이(rhesus monkey) 및 인간의 뇌를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 시료를 획득하기 위해, 미세투석 프로브를 동물의 뇌의 피질 영역에 삽입한 후, 접착제를 이용하여 고정시킨 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 미세투석 프로브를 조직 상에 고정시키는 경우, 메쉬를 이용하여 미세투석 프로브를 고정하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 5(a)는 일 실시예에 따른 신경전달물질의 농도가 뇌의 각 위치 별로 도시된 뇌 지도를 나타낸 모식도이다.
도 5(b)는 일 실시예에 따른 뇌의 각 위치 별 신경전달물질(도파민)의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여 신경전달물질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 대상 동물의 뇌에서 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 인간의 뇌에서 약효 평가의 대상이 되는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌의 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 대상 동물 중 질병 모델과 정상 모델을 비교하여 신경전달물질의 농도가 상이한 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 질병 모델 인간과 정상 모델 인간을 비교하여 신경전달물질의 농도가 상이한 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌에서의 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 신경전달물질을 기초로 뇌 지도를 제작하는 것을 나타내기 위한 흐름도이다.
도 12 및 도 13는 일 실시예에 따른, 인간의 뇌를 균등한 크기로 절단한 것을 나타낸 도면이다.
도 14은 일 실시예에 따른, 뇌의 절편에서 펀칭을 통하여 시료를 획득하는 것을 나타낸 도면이다.
도 15은 일 실시예에 따른 인간의 뇌 지도와 원숭이의 뇌 지도를 신경전달물질 농도의 유사성을 기반으로 매칭되는 것을 나타낸 모식도이다.
도 16는 일 실시예에 따른, 인간의 뇌와 원숭이의 뇌가 해부학적으로 동일한 위치를 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 38은 일 실시예에 따른 영장류 뇌의 복수의 위치에서 측정한 각각의 신경전달물질의 농도를 나타낸 것이다.
도 39는 일 실시예에 따른 영장류의 뇌에서 GABA의 농도 분포를 이용한 시료 수득이 가능한 부위를 도시한 그래프이다.
도 40은 일 실시예에 따른 영장류의 뇌에서 GABA와 Glutamate를 동시에 분석하기 위한 시료 수득 부위를 도시한 그래프이다.
도 41은 일 실시예에 따른 영장류의 뇌에서 Dopamine과 MHPG-Sulfate를 동시에 분석하기 위한 시료 수득 부위를 도시한 그래프이다.
도 42 내지 도 52은 일 실시예에 따른 인간 뇌의 복수의 위치에서 측정한 각각의 신경전달물질의 농도를 나타낸 것이다.
도 53는 일 실시예에 따른 영장류와 인간 뇌의 복수의 부위에서 측정된 GABA의 농도를 도시한 그래프이다.
도 54은 일 실시예에 따른 영장류와 인간 뇌의 복수의 부위에서 측정된 Glutamate의 농도를 도시한 그래프이다.
도 55 내지 도 58은 일 실시예에 따른 영장류 뇌 유래 시료에 대한 신경전달물질을 분석한 결과를 도시한 것이다.

본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.

도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능을 평가하기 위해, 뇌 지도를 참고하여 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 뇌 지도에서 상기 약물이 증가 또는 감소시키는 제1 신경전달물질의 농도가 가장 높은 것으로 표시된 부위에 대응되는 동물의 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및 상기 동물에 상기 약물을 주입하고 상기 약물의 주입 전과 주입 후 사이의 상기 제1 부위에서의 상기 제1 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 뇌 지도는, 인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 원숭이의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 원숭이의 뇌의 복수의 부위를 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계와, 상기 제2 농도 분포를 이용하여 획득되고, 상기 제1 부위는, 상기 제1 농도 분포에서 제2 부위에 상기 제1 신경전달물질의 양이 가장 많은 경우, 상기 제2 농도 분포에서 상기 제2 부위에 대응되는 부위인 약물 효능 평가 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 뇌 지도를 참고하여 임의의 질병을 갖는 동물 - 이하 질병 모델 - 과 상기 임의의 질병을 가지지 않는 동물 - 이하 정상 모델 - 에서 특정한 신경전달물질의 농도 분포가 차이를 나타내는 위치에서, 상기 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능을 평가하기 위해, 상기 동물의 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 뇌 지도를 이용하여 상기 질병 모델과 상기 정상 모델에서 제1 신경전달물질의 농도가 미리 정해진 수준 이상으로 차이가 나는 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및 상기 동물에 약물을 주입하고 상기 약물의 주입 전과 주입 후 사이의 상기 제1 부위에서의 상기 제1 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;를 포함하고, 상기 뇌 지도는, 인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 원숭이의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 원숭이의 뇌의 복수의 부위를 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계와, 상기 제2 농도 분포를 이용하여 획득되고, 상기 제1 부위를 선정하는 단계는, 상기 임의의 질병을 가진 인간의 상기 제1 농도 분포와 상기 임의의 질병을 가지지 않은 인간의 상기 제1 농도 분포를 비교하여, 상기 임의의 질병을 가진 인간의 뇌의 제2 부위에서의 상기 제1 농도 분포와 상기 임의의 질병을 가지지 않은 인간의 뇌의 상기 제2 부위와 해부학적으로 동일한 부위인 제3 부위에서의 상기 제1 농도 분포가 상기 복수의 신경전달물질 중 상기 제1 신경전달물질에 대해서 미리 정해진 수준 이상의 농도 차이가 나는 경우, 상기 제1 부위는 상기 제2 농도 분포에서 상기 제2 부위 및 상기 제3 부위에 대응되는 부위로 선정하는, 약물 효능 평가 방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 동물의 뇌로부터 미세투석샘플을 획득하기 위해 미세투석 탐침(probe)을 고정하는 방법에 있어서, 상기 뇌의 표면 상의 습기를 제거하여, 상기 미세투석 탐침이 고정되지 않고 탈락되는 것을 방지하기 위한, 메쉬(mesh)를 상기 뇌의 표면에 위치시키는 단계; 상기 메쉬는 상기 뇌의 표면을 일정한 크기로 구획하는 와이어(wire) 및 상기 구획에 따라 생성되는 복수의 캐비티(cavity)를 포함하고, 상기 원숭이의 뇌 내부로 상기 미세투석 탐침의 적어도 일부가 삽입되도록 상기 메쉬의 상기 복수의 캐비티 중 적어도 하나 이상에 미세투석 탐침을 삽입하는 단계;및 상기 동물의 뇌 표면에서 상기 미세투석 탐침을 고정하기 위하여, 상기 메쉬 및 상기 뇌 표면 중 상기 미세투석 탐침이 삽입된 위치를 포함하는 소정의 범위에 접착제를 이용하여 상기 미세투석 탐침을 접착시키는 단계;를 포함하고, 상기 접착시키는 단계는, 상기 미세투석 탐침이 삽입된 위치의 습기를 감소시키기 위한 제1 접착제와 상기 미세투석 탐침을 견고히(firmly) 고정시키기 위한 제2 접착제가 순차적으로 위치되는 단계를 포함하는 미세투석 탐침 고정 방법이 제공될 수 있다.

1 뇌 지도를 이용한 신경전달물질의 분석 준비

1.1 개요

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 지도를 이용하여 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법에 관해 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 뇌 지도는, 뇌의 각 위치 별로 신경전달물질의 농도를 측정하여 제작된 뇌 지도일 수 있다. 다만, 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 뇌 지도는 이에 제한되지 않고, 신경전달물질 수용체의 농도, 신경전달물질의 대사에 따른 단백질의 발현 정도 및 mRNA의 농도를 측정하여 제작된 뇌 지도일 수 있다.

또한, 일 실시예에 따른 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 뇌 지도는, 특정한 신경전달물질 하나에 대한 농도가 뇌의 각 위치 별로 표시된 뇌 지도일 수 있으며, 복수의 신경전달물질에 대한 농도가 각 위치 별로 표시된 뇌 지도일 수 있다. 신경전달물질의 농도가 표시된 뇌 지도는 이하 뇌 지도의 제작 부분에서 더 상세하게 설명하도록 한다.

다만, 본 명세서에서 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 뇌 지도는, 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 뇌의 각 위치에서 신경전달물질의 활성화 정도를 표시할 수 있는 뇌 지도 또한 본 명세서에서 설명하는 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 뇌 지도로 이용될 수 있음은 물론이다.

1.2 뇌 지도에서 표시되는 신경전달물질의 종류

뇌 지도는 복수의 신경전달물질의 농도를 표시할 수 있다. 여기서, 표시되는 복수의 신경전달물질은 적어도 아미노산(amino acid) 계열, 아세틸콜린(acetyhylcholine) 계열, 모노아민(monoamine) 계열, 트레이스 아민(trace amine) 계열, 지질(lipid) 계열, 퓨린(purine) 계열 및 오피오이드(opioid) 계열에서 선택된 신경전달물질일 수 있다.

구체적으로, 아미노산 계열의 신경전달물질에는 아르기닌(arginine), 아스파르테이트(aspartate), 글루타메이트(glutamate), 감마 아미노뷰트릭산(Gamma-aminobutyric acid) (이하, 가바(GABA)), 글리신(glycine) 및 D-세린(D-serine)이 포함될 수 있다.

또한, 아세틸콜린 계열의 신경전달물질에는 아세틸콜린(acetylcholine)이 포함될 수 있다

또한, 모노아민 계열의 신경전달물질에는 도파민(dopamine), 노르에피네프린(norepinephrine), 에피네프린(epinephrine), 세로토닌(5-hydroxytryptamine) 및 히스타민(histamine)이 포함될 수 있다.

또한, 트레이스 아민 계열의 신경전달물질에는 티라민(tyramine), 옥토파민(octopamine), 시네프린(synephrine), 트립타민(tryptamine) 및 N-메틸트립타민(N-methyltryptamine)이 포함될 수 있다.

또한, 지질 계열의 신경전달물질에는 아난다마이드(anandamide), 2-아라키도노일글리세롤(2-Arachidonoylglycerol), 2-아라키도닐 글리세릴 이서(2-Arachidonyl glyceryl ether), N-아라키도노일 도파민(N-Arachidonoyl dopamine) 및 비로드하민(Virodhamine)이 포함될 수 있다.

또한, 퓨린 계열의 신경전달물질에는 아데노신(adenosine), 아데노신 트리포스페이트(adenosine triphosphate) 및 니코티나마이드 아데닌 다이뉴클레오티드(Nicotinamide adenine dinucleotide)이 포함될 수 있다.

또한, 오피오이드 계열의 신경전달물질에는 엔케팔린(encephalin), 다이놀핀(dynorphin), 엔도르핀(endorphin), 엔도모르핀(endomorphin) 및 노시셉틴/올파닌FQ(nociceptin/orphanin FQ)가 포함될 수 있다.

또한, 추가적으로 2-phenylalanine, glutamine, 5-HIAA, MHPG-sulfate, choline, dopamine, DOPAC, HVA, 3-MT, substance P, beta-endorphine, Met-enkephalin, Leu-enkephalin, dynorphin A, agmatine, spermine, spermidine, putrescine 등의 신경전달물질 및 그의 대사체들도 신경전달물질에 포함될 수 있다.

다만, 뇌 지도에서 표시될 수 있는 신경전달물질의 종류는 상술한 신경전달물질의 예시에 제한되지 않고, 상술한 신경전달물질을 기초로 대사되어 나온 대사체와 단백질 및 신경 신호를 전달하기 위한 매개체로 사용되는 모든 화학 물질이 뇌 지도에서 표시될 수 있는 신경전달물질의 종류에 포함될 수 있음은 물론이다.

도 1은 일 실시예에 따른 붉은 털 원숭이(rhesus monkey)의 뇌의 각 위치 별로 신경전달물질의 농도가 표시된 뇌 지도를 나타낸 도면이다.

일 실시예에 따르면, 도 1을 참조할 때, 뇌 지도는 각각의 신경전달물질이 높은 농도로 존재하는 위치를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(110)은 글루타메이트가 가장 높은 농도로 존재하는 위치를 나타낼 수 있으며, 제2 영역(120)은 도파민이 가장 높은 농도로 존재하는 위치를 나타낼 수 있다. 여기서, 제1 영역과 제2 영역은 뇌의 부위 별 특정한 영역을 지칭하는 것이 아니며, 각각 서로 다른 신경전달물질이 높은 농도로 존재하는 위치를 나타낸다.

이 때, 제3 영역(130)은 각각의 신경전달물질들의 농도가 동시에 높거나 낮아, 특정한 신경전달물질의 농도가 높지 않은 영역일 수 있으며, 또는 신경전달물질의 농도가 측정되지 않은 영역일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 도 1을 참조할 때, 뇌 지도는 하나의 신경전달물질의 농도를 위치 별로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 글루타메이트의 상대 농도가 0 에서 1의 값을 가질 때, 제1 영역(110)은 글루타메이트가 1의 농도를 가지는 위치를 나타낼 수 있으며, 제2 영역(120)은 글루타메이트가 0.5의 농도를 가지는 위치를 나타낼 수 있다. 또한, 제3 영역(130)은 글루타메이트가 0의 농도를 가지는 위치를 나타낼 수 있다. 여기서, 상대 농도는 0 에서 1의 값에 제한되지 않으며, 농도를 표시하기 위한 몰 농도, 질량 농도 및 % 농도를 포함하는 다양한 표시값이 사용될 수 있다.

1.3 시료 분석의 대상 동물

약물의 효능을 평가하기 위한 전임상의 대상이 되는 동물을 선정할 때, 인간과의 유사성이 적은 동물을 선정되는 경우 전임상 단계에서 획득한 결과와 임상 단계에서 획득한 결과가 서로 상이할 수 있다. 이는, 해부학적으로 인간의 뇌와 전임상 대상 동물의 뇌가 서로 상이할 수 있기 때문이다.

이에 따라, 임상 단계에서 효과가 있는 약물을 발견하기 위해, 대상 동물은 인간 뇌의 신경전달물질의 분포와 유사한 분포를 가지는 동물이 사용될 수 있다. 다만, 이에 제한되지는 않고, 대상 동물은 인간 뇌에서 약물이 작용하는 기전과 대상 동물의 뇌에서 약물이 작용하는 기전이 유사한 동물이 사용될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른, 설치류 중 마우스(mouse), 영장류 중 붉은 털 원숭이(rhesus monkey) 및 인간의 뇌를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 해부학적으로 설치류와 영장류 및 인간의 뇌는 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 그러나, 설치류, 영장류 및/또는 인간의 뇌는 유사한 신경전달물질 농도의 분포를 가질 수 있다.

즉, 인간의 뇌는 대상 동물과 신경전달물질의 농도 분포가 유사한 특정 영역이 존재할 수 있다. 다시 말해, 대상 동물에서 신경전달물질의 농도 분포가 유사한 뇌의 특정 영역에서, 인간의 뇌와 대상 동물의 뇌는 신경전달물질 농도 분포가 유사할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 신경전달물질 농도 분포가 유사한 뇌의 특정 영역에서, 인간의 뇌는 약물에 의해 대상 동물의 뇌에서 신경전달물질 농도가 변하는 것과 유사한 양상을 보일 수 있다. 즉, 인간 뇌에서 신경전달물질의 농도가 변화하는 것은, 대상 동물의 뇌에서 신경전달물질 농도 분포가 변화하는 것을 토대로 예측될 수 있다. 여기서, 사용되는 대상 동물은 인간의 뇌와 가장 유사도가 높은 원숭이의 뇌일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 대상 동물은 인간의 뇌와 유사한 신경전달물질 분포를 갖는 설치류 및 조류 등 다양한 대상 동물이 이용될 수 있다.

1.4 분석을 위한 시료를 획득하기 위한 방법

뇌 지도를 이용하여 신경전달물질의 농도를 분석하기 위해 뇌의 각 부위별 시료를 획득할 수 있다. 대표적으로, 농도의 분석을 위한 시료는 in-vivo 상태에서 미세투석 방법을 이용하여 획득될 수 있다.

구체적으로, 일 실시예에 따른 미세투석 방법을 통해, 분석을 위한 시료는 인간을 포함한 동물이 살아있는 상태에서 시료를 획득하고자 하는 위치에 미세투석 탐침을 삽입하여 획득될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 시료를 획득하기 위한 방법은 in-vitro 상태로 진행될 수 있다. 시료로 사용되기 위한 조직은 조직 생검(biopsy)을 통해 획득될 수 있다. 생검을 통해 획득된 조직은 분쇄되어 시료로 사용될 수 있다. 또는, 시료는 생검을 통해 획득된 조직에서 미세투석 방법을 통해 획득될 수 있다.

이하에서는, 상술한 시료 획득 방법은 in-vivo 상태에서 미세투석 방법을 사용하는 경우를 기준으로 설명한다. 다만, 본 명세서에서 설명하는 미세투석 방법을 이용한 시료 획득은, 뇌로부터 일부 탈락시킨 조직으로부터 in-vitro 상태에서 미세투석을 시행하는 방법 등에도 유사하게 적용될 수 있다.

1.5 미세투석 프로브 고정 방법

일 실시예에 따르면, 미세투석 방법을 이용하여 시료를 채취할 때, 미세투석 프로브(300)를 이용하여 시료를 채취할 수 있다.

미세투석 프로브(300)는 시료를 획득하기 위한 대상 영역에 삽입될 수 있다. 대표적으로, 시료를 획득하기 위한 대상 영역은 뇌의 피질 영역일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 시료를 획득하기 위한 대상 영역은 동물 또는 인간의 뇌를 포함한 신체 조직 모두일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 미세투석 프로브를 삽입하는 위치를 뇌의 피질 영역이라고 한다.

도 3은 일 실시예에 따른, 시료를 획득하기 위해, 미세투석 프로브를 동물의 뇌의 피질 영역에 삽입한 후, 접착제를 이용하여 고정시킨 것을 나타낸 도면이다.

접착제(320)는 미세투석 프로브(300)를 조직 상에 고정시킬 수 있다. 일 예로 접착제(320)는 접착제는 치과용 접착제(dental cement)일 수 있다. 이외에도, 접착제(320)는 생체 본드를 포함한 신체 조직 상에서 미세투석 프로브(300)를 접착시킬 수 있는 접착성이 있는 물질을 모두 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 도 3을 참조할 때, 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 경우, 접착제(320)를 이용하여 미세투석 프로브(300)를 조직(310) 상에 접착시킬 수 있다. 예를 들어, 시료를 획득하고자 하는 조직(310)이 뇌의 피질 영역인 경우 미세투석 프로브(300)를 뇌의 피질 영역에 삽입한 후, 미세투석 프로브(300)이 삽입된 부위에 접착제(320)를 도포할 수 있다. 접착제(320)는 미세투석 프로브(300)를 고정시킬 수 있다. 여기서, 접착제는 미세투석 프로브(300)를 접착시킬 수 있는 생체용 접착제일 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른, 미세투석 프로브를 조직 상에 고정시키는 경우, 메쉬를 이용하여 미세투석 프로브를 고정하는 것을 나타낸 모식도이다.

메쉬(330)는 그리드(grid) 형상의 구조체일 수 있다. 여기서, 그리드 형상은 특정 영역이 일정하게 구획됨에 따라 격자 구조를 가지는 형상일 수 있다. 다만, 여기서 일정하게 구획되는 것은 구획되는 크기가 일정한 것을 의미할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 일정한 규칙성을 지니고 특정 영역을 구획하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 구획되는 크기는 미세투석 프로브(300)가 삽입될 수 있는 크기일 수 있다.

메쉬(330)는 수분 흡수가 가능한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 메쉬(330)는 일반적으로 사용되는 탈지면일 수 있다. 여기서, 메쉬(330)는 상술한 예에 제한되는 것은 아니며, 수분의 흡수가 가능한 섬유 원사로 이루어질 수 있다.

수분 제거용 접착제(340)는 생체 본드일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 수분 제거용 접착제(340)는 수분을 제거할 수 있는 물질이 사용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 도4를 참조할 때, 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 경우, 미세투석 프로브(300)는 메쉬(330)와 접착제(320)를 이용하여 조직 상에 고정될 수 있다. 예를 들어, 시료를 획득하고자 하는 조직(310) 상에는 조직으로부터 삼출된 수분이 존재할 수 있다. 이때, 미세투석 프로브(300)를 접착제(320)만을 이용하여 조직(310) 상에 고정시키는 경우, 조직으로부터 삼출된 수분에 의하여 접착제(320)는 조직(310) 상에 고정되지 못할 수 있다. 여기서, 메쉬(330)는 조직(310)으로부터 삼출된 수분을 흡수할 수 있다. 메쉬(330)가 수분을 흡수함에 따라, 미세투석 프로브(300)는 접착제(320)에 의해 조직(310)상에 견고하게 고정될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 도 4를 참조할 때, 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 경우, 미세투석 프로브(300)는 메쉬(330)와 접착제(320) 및 수분 제거용 접착제(340)를 이용하여 조직(310) 상에 고정될 수 있다. 구체적으로, 메쉬(330)는 조직(310) 상에 접착되어 조직으로부터 삼출된 수분을 1차적으로 흡수할 수 있다. 이때, 수분 제거용 접착제(340)는 메쉬(330)가 조직(310)으로부터 삼출된 수분 중 1차적으로 흡수하고 남은 수분을 흡수할 수 있다. 여기서, 접착제(320)는 수분이 제거된 조직 상에 미세투석 프로브(300)를 고정시킬 수 있다.

또한, 미세투석 프로브(300)는 삽입되는 각도(α)가 특정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 미세투석 프로브(300)는 90˚각도로 삽입되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 미세투석 프로브(300)가 삽입되는 위치가 뇌인 경우, 미세투석 프로브(300)는 뇌 조직 상의 원하는 위치에 삽입되기 위하여 90˚각도로 삽입될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 미세투석 프로브(300)는 45˚각도로 삽입되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 미세투석 프로브(300)가 삽입되는 위치가 척수의 배면(dorsal horn)인 경우, 미세투석을 프로브(300)는 척수 배면 상의 원하는 위치에 삽입되기 위하여 45˚각도로 삽입될 수 있다.

다만, 미세투석 프로브(300)가 삽입되는 각도는 상술한 예에 한정되지 않으며, 미세투석 프로브(300)가 삽입되는 조직의 종류에 따라 미세투석 프로브(300)가 삽입되는 각도(α)는 달라질 수 있다.

이하에서는, 뇌 지도를 이용하여 신경전달물질을 분석하는 것에 대하여 몇몇 실시예를 들어 상세하게 설명한다.

2 뇌 지도를 이용한 신경전달물질의 분석

2.1 분석의 목적

뇌 지도는 신경전달물질의 농도를 측정하는데 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 뇌 지도는 약물의 효능을 평가하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 뇌 지도는 정신 질환과 관련된 약물을 투여한 후, 뇌 내에서 신경전달물질 농도의 변화를 측정하는데 이용될 수 있다. 여기서, 정신질환과 관련된 약물을 투여한 후, 변화하는 신경전달물질의 농도 변화가 큰 경우, 약물의 효능이 좋은 것으로 평가할 수 있다.

다만, 본 명세서에서 설명하는 투여되는 약물은 정신 질환과 관련된 약에 제한되는 것은 아니며, 투여되는 약물은 뇌 또는 척수가 아닌 다른 부위의 질환과 관련된 약물일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 뇌 지도는 정신 질환을 가진 환자의 뇌 내 특정 신경전달물질의 농도를 측정하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 우울증을 가진 환자의 경우, 뇌 지도는 도파민이 높은 농도로 존재하는 위치에서 환자의 도파민을 측정하기 위하여 이용될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 뇌 지도는 정신 질환을 예측하기 위하여 이용될 수 있다. 구체적으로, 특정 위치에서의 특정 신경전달물질의 농도가 정상인 뇌 지도와 비교하여 일정 수준 이상 상이한 경우, 뇌 지도는 특정 신경전달물질의 과다 또는 결핍에 따른 정신질환의 존재를 예측하는데 이용될 수 있다.

뇌 지도를 이용하여 신경전달물질을 측정하는 목적은 상술한 예에 한정되는 것은 아니며, 뇌 지도는 뇌 내의 신경전달물질 농도를 확인하기 위한 추가적인 목적으로도 이용될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 뇌 지도는 약물의 효능을 평가하기 위하여 신경전달물질의 농도를 측정하는데 이용되는 것으로 한다.

2.2 분석 대상 위치

뇌 지도는 신경전달물질을 분석하기 위하여 시료를 획득하는 위치를 선정하는데 이용될 수 있다.

시료를 획득하기 위한 위치는 상술한 미세투석 프로브(300)를 삽입하는 위치일 수 있다.

특정한 신경전달물질은 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질일 수 있다. 예를 들어, 우울증을 치료하기 위한 약물을 투여하는 경우, 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질은 도파민일 수 있다.

뇌 지도는 특정한 신경전달물질의 농도가 가장 높은 위치를 제공할 수 있다.

도 5(a)는 일 실시예에 따른 신경전달물질의 농도가 뇌의 각 위치 별로 도시된 뇌 지도를 나타낸 모식도이다.

도 5(b)는 일 실시예에 따른 뇌의 각 위치 별 신경전달물질(도파민)의 농도를 나타낸 그래프이다.

도 5(b)의 가로축은 뇌의 각 영역을 나타내고, 세로축은 신경전달물질의 농도를 나타낸다.

도 5(b)를 참조하면, 특정한 신경전달물질은 뇌의 각 위치 별로 농도가 상이할 수 있다. 이에 따라, 특정한 신경전달물질의 농도가 뇌 내에서 가장 높은 위치가 선정될 수 있다.

특정한 신경전달물질의 농도가 가장 높은 위치는 특정한 신경전달물질의 농도 변화가 명확하게 측정될 수 있는 위치일 수 있다.

다만, 특정한 신경전달물질을 측정하기 위한 위치는 상술한 위치에 제한되지 않고, 특정한 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 위치일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 뇌 지도는 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 위치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질이 도파민인 경우, 도 5(b)에서, 도파민의 농도가 가장 높은 부위가 도 5(a)의 제1 영역(110)일 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 뇌 지도는 인간을 제외한 대상 동물의 뇌 지도가 이용될 수 있다. 예를 들어, 이용되는 뇌 지도는 붉은 털 원숭이의 뇌 지도일 수 있다.

또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 뇌 지도는 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭한 뇌 지도일 수 있다. 여기서, 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭하는 것은, 대상 동물의 뇌에서 신경전달물질 농도의 분포와 인간의 뇌에서 신경전달물질 농도의 분포가 유사한 위치를 매칭시키는 것일 수 있다. 대상 동물의 뇌 지도와 인간의 뇌 지도를 매칭시키는 것에 대해서는 이하 관련된 부분에서 상세하게 설명하도록 한다.

도 6은 일 실시예에 따른 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여 신경전달물질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

여기서, 측정되는 신경전달물질은 약물의 효능을 평가하기 위해, 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질일 수 있다. 측정되는 신경전달물질은 하나의 특정한 신경전달물질일 수 있고, 복수의 신경전달물질일 수 있다. 예를 들어, 우울증 치료와 관련된 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질은 도파민일 수 있다. 또는, 통증과 관련된 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질은 글루타메이트 또는 가바일 수 있다.

이하에서는, 도 6을 참조하여, 뇌 지도를 이용한 신경전달물질을 측정하는 것에 대하여 몇몇 실시예를 들어 설명한다.

일 실시예에 따르면, 대상 동물의 뇌에서 시료를 획득하기 위한 부위를 선정(S100)할 수 있다. 여기서 대상 동물은 상술한 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득할 대상이 되는 동물일 수 있다.

보다 구체적인 예로, 시료를 획득하기 위한 부위를 선정하는데 이용되는 뇌 지도는, 대상 동물의 신경전달물질의 농도를 나타낸 뇌 지도일 수 있다. 여기서, 선정되는 부위는 대상 동물의 뇌 지도에서 특정 신경전달물질의 농도가 가장 높은 위치일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 시료를 획득하기 위한 부위를 선정(S100)하는데 이용되는 뇌 지도는, 대상 동물의 신경전달물질의 농도를 나타낸 뇌 지도일 수 있다. 여기서, 선정되는 부위는 대상 동물의 뇌 지도에서 특정 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 위치일 수 있다.

여기서, 특정 신경전달물질의 농도의 일정 수준은, 획득한 시료를 분석할 때, 특정한 신경전달물질이 변화되는 정도를 식별할 수 있는 수준일 수 있다. 변화되는 정도를 식별할 수 있는 수준은, 획득한 시료를 분석할 때, 분석기기의 검출 민감도 또는 검출 정확도가 일정 수준 이상인 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 특정 신경전달물질이 도파민인 경우, 시료를 획득하기 위한 부위의 도파민의 농도는 15ng/ml 이상일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 시료를 획득하기 위한 부위를 선정(S100)하는데 이용되는 뇌 지도는, 인간의 뇌 지도와 시료를 획득할 대상이 되는 대상 동물의 뇌 지도를 매칭한 뇌 지도일 수 있다. 이에 따라, 선정되는 부위는 인간의 뇌 지도에서 특정 신경전달물질의 농도가 가장 높은 위치와 매칭되는 대상 동물의 뇌 지도에서의 위치일 수 있다.

보다 구체적인 예로, 인간의 뇌 지도는, 인간의 뇌에서 각 위치 별로 신경전달물질의 농도를 표시한 뇌 지도일 수 있다. 또한, 대상 동물의 뇌 지도는 대상 동물의 뇌에서 각 위치 별로 신경전달물질의 농도를 표시한 뇌 지도일 수 있다. 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭한 뇌 지도는 신경전달물질의 농도의 경향성을 기초로 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭한 뇌 지도일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 시료를 획득하기 위한 부위를 선정(S100)하는데 이용되는 뇌 지도로, 투입되는 약물에 의하여 치료 효과가 있거나, 있을 것으로 예측되는 질병을 가진 모델(이하 질병 모델)의 뇌 지도와 질병을 갖지 않는 모델(이하 정상 모델)의 뇌 지도가 이용될 수 있다. 일 예로, 질병 모델은 투입되는 약물에 의하여 치료 효과가 있거나, 있을 것으로 예측되는 질병을 가진 대상 동물일 수 있다. 또한, 정상 모델은 질병을 갖지 않는 대상 동물일 수 있다. 다만, 질병 모델과 정상 모델은 대상 동물에 한정되는 것은 아니며, 투입되는 약물에 의하여 치료 효과가 있거나, 있을 것으로 예측되는 질병을 가진 인간과 질병을 갖지 않는 인간일 수 있다.

보다 구체적인 예로, 특정한 신경전달물질은 질병의 존재로 인하여, 정상 모델에 비해 질병 모델에서 상이한 농도를 가질 수 있다. 질병 모델의 질병이 특정한 신경전달물질의 분비를 억제하는 경우, 특정한 신경전달물질의 농도는 정상 모델보다 질병 모델에서 더 작을 수 있다. 또는, 질병 모델의 질병이 특정한 신경전달물질의 분비를 촉진하는 경우, 특정한 신경전달물질의 농도는 정상 모델보다 질병 모델에서 더 클 수 있다. 이에 따라, 질병 모델과 정상 모델의 특정한 신경전달물질의 농도는 서로 상이할 수 있다.

시료를 획득하기 위한 부위는 질병 모델의 뇌 지도와 정상 모델의 뇌 지도를 비교하여 특정한 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상 상이한 위치로 선정될 수 있다. 예를 들어, 특정한 신경전달물질의 농도가 상이한 정도는 정상 모델에서의 특정한 신경전달물질의 농도로부터 50%이상 상이할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 시료를 획득하기 위한 부위를 선정(S100)하는데 이용되는 뇌 지도는, 복수의 신경전달물질의 농도가 표시된 뇌 지도일 수 있다.

시료를 획득하기 위한 부위는 복수의 위치일 수 있다. 구체적으로, 투입된 약물이 변화시키는 신경전달물질이 복수인 경우, 시료를 획득하기 위한 부위는 복수의 신경전달물질이 가장 높은 농도인 위치로 선정할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 시료를 획득하기 위한 부위를 선정(S100)하는데 이용되는 뇌 지도는, 복수의 신경전달물질의 농도가 중첩되어 표시된 뇌 지도일 수 있다.

보다 구체적인 예로, 시료를 획득하기 위한 위치는 복수의 신경전달물질의 농도가 높은 위치가 중첩되는 위치로 선정될 수 있다. 구체적으로, 투입되는 약물이 변화시키는 신경전달물질이 복수인 경우, 변화되는 신경전달물질은 복수일 수 있다. 이때, 복수의 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 위치는 중첩될 수 있다. 중첩된 위치는 하나 또는 복수의 위치일 수 있으나, 복수의 신경전달물질의 농도 각각이 가장 높은 위치의 개수보다 작을 수 있어, 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득할 때, 미세투석 프로브가 삽입되는 위치를 최소화할 수 있다.

여기서, 중첩된 위치를 선정하기 위한 복수의 신경전달물질의 농도의 일정 수준은, 획득한 시료를 분석할 때 복수의 신경전달물질이 변화되는 정도를 식별할 수 있는 수준일 수 있다. 변화되는 정도를 식별할 수 있는 수준은, 획득한 시료를 분석할 때, 분석기기의 검출 민감도 또는 검출 정확도가 일정 수준 이상인 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 분석의 대상이 되는 복수의 신경전달물질 중 하나의 신경전달물질이 도파민인 경우, 중첩된 영역을 선정하기 위한 도파민의 농도는 15ng/ml 이상일 수 있다.

도 6을 참조하면, 뇌 지도를 이용하여 선정된 부위를 기초로 제1 시료를 획득(S110)할 수 있다. 여기서 제1 시료는 상술한 미세투석 방법을 이용하여 획득된 시료일 수 있다. 제1 시료는 뇌 내의 다른 위치에서 획득되는 시료에 비하여 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질의 농도가 가장 높을 수 있다.

도 6을 참조하면, 대상 동물에 약물을 투입(S120)할 수 있다. 투입되는 약물은 특정 신경전달물질의 농도를 변화시킬 수 있다. 투입되는 약물은 도네페질, 벤라팍신 및 아리셉트를 포함하는 정신질환에 관련된 약일 수 있다. 투입되는 약물은 통증을 억제하기 위한 진통 성분을 갖는 약물일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 뇌 내의 신경전달물질을 변화시키는 약물은 모두 투입될 수 있는 약물에 포함될 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 시료를 획득한 부위에서 제2 시료를 획득(S130)할 수 있다. 제2 시료는 약물을 투입한 후, 일정한 시간이 지난 후에 획득될 수 있다. 제2 시료는 제1 시료와 같이, 상술한 미세투석 방법을 이용하여 획득된 시료일 수 있다.

도 6을 참조하면, 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석(S140)할 수 있다. 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것은 LC-MS/MS, GC-MS, ECD(electron capture detector) 및 Elisa 등 미세 분자의 질량을 분석할 수 있는 기기를 이용하여 분석할 수 있다.

2.3 뇌 지도를 이용한 약물 효능 평가 방법

뇌 지도는 질환과 관련된 약물의 효능을 평가하는데 사용될 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 대상 동물의 뇌에서 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 대상 동물의 뇌에서 약효 평가 대상이 되는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위를 선정하는 단계(S200)는 상술한 분석 대상 위치가 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위로 선정되는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 시료를 획득하기 위한 부위는 대상 동물의 뇌 지도를 이용한 약효 평가의 대상이 되는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위일 수 있다. 예를 들어, 특정 약물이 변화시키는 신경전달물질이 도파민인 경우, 시료를 획득하기 위한 부위는 대상 동물의 뇌 지도에서 도파민의 농도가 가장 높은 부위일 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 시료를 획득하는 단계(S210)와 제2 시료를 획득하는 단계(S230)는 상술한 분석을 위한 시료를 획득하기 위한 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시료를 획득하는 단계는 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 대상 동물에 약물을 투입하는 단계(S220)는 대상 동물의 체내에 약물이 효과를 미치도록 약물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 약물은 실험 대상 동물에 경구로 투여될 수 있다. 여기서, 경구로 약물을 투여하는 방법은, 실험 대상 동물이 자율적으로 약물을 섭취하는 것에 한정되지 않고, 식도에 카테터를 삽입하여, 카테터를 통해 약물을 강제로 투여하는 방법을 포함한다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 복강에 투입될 수 있다. 여기서, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 약물을 위 또는 장과 같은 소화기관에 주사하는 방법일 수 있다. 또는, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 구강을 통하여 카테터를 소화기관까지 삽입한 후, 카테터를 통해 약물을 투입하는 방법일 수 있다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 정맥에 주사를 통해 투입될 수 있다. 구체적으로, 투입되는 약물은 액상 형태일 수 있다. 이에 따라, 약물은 주사기를 이용하여 실험 대상 동물의 정맥에 투입될 수 있다. 다만, 약물을 투입하는 방법이 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 투입되는 약물은 실험 대상 동물의 피하로 주사되거나, 실험 대상 동물의 동맥관을 통해 투입되는 등 알려진 약물 투입 방법은 모두 본 명세서에 따른 약물 투입 방법이 될 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 단계(S240)는 상술한 신경전달물질을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것은 LC-MS/MS, GC-MS, ECD(electron capture detector) 및 Elisa 등 미세 분자의 질량을 분석할 수 있는 기기를 이용하여 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 인간의 뇌에서 약효 평가의 대상이 되는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌의 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 인간의 뇌에서 약효 평가 대상이 되는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌에서의 부위를 선정하는 단계 (S300)는 상술한 분석 대상 위치가 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위로 선정되는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 시료를 획득하기 위한 부위는 인간의 뇌 지도에서 약물이 변화시키고자 하는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌 지도 상에서의 위치일 수 있다. 예를 들어, 특정 약물이 변화시키는 신경전달물질이 도파민인 경우, 시료를 획득하기 위한 부위는 인간의 뇌 지도에서 도파민이 가장 높은 농도로 존재하는 위치와 매칭되는 대상 동물의 뇌의 위치일 수 있다.

도 8을 참조하면, 제1 시료를 획득하는 단계(S310)와 제2 시료를 획득하는 단계(S330)는 상술한 분석을 위한 시료를 획득하기 위한 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시료를 획득하는 단계는 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

도 8을 참조하면, 대상 동물에 약물을 투입하는 단계(S320)는 대상 동물의 체내에 약물이 효과를 미치도록 약물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 약물은 실험 대상 동물에 경구로 투여될 수 있다. 여기서, 경구로 약물을 투여하는 방법은, 실험 대상 동물이 자율적으로 약물을 섭취하는 것에 한정되지 않고, 식도에 카테터를 삽입하여, 카테터를 통해 약물을 강제로 투여하는 방법을 포함한다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 복강에 투입될 수 있다. 여기서, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 약물을 위 또는 장과 같은 소화기관에 주사하는 방법일 수 있다. 또는, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 구강을 통하여 카테터를 소화기관까지 삽입한 후, 카테터를 통해 약물을 투입하는 방법일 수 있다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 정맥에 주사를 통해 투입될 수 있다. 구체적으로, 투입되는 약물은 액상 형태일 수 있다. 이에 따라, 약물은 주사기를 이용하여 실험 대상 동물의 정맥에 투입될 수 있다. 다만, 약물을 투입하는 방법이 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 투입되는 약물은 실험 대상 동물의 피하로 주사되거나, 실험 대상 동물의 동맥관을 통해 투입되는 등 알려진 약물 투입 방법은 모두 본 명세서에 따른 약물 투입 방법이 될 수 있다.

도 8을 참조하면, 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 단계(S240)는 상술한 신경전달물질을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것은 LC-MS/MS, GC-MS, ECD(electron capture detector) 및 Elisa 등 미세 분자의 질량을 분석할 수 있는 기기를 이용하여 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석할 수 있다.

도 9은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 대상 동물 중 질병 모델과 정상 모델을 비교하여 신경전달물질의 농도가 상이한 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 9을 참조하면, 대상 동물의 뇌에서 약효 평가 대상이 되는 신경전달물질의 농도가 가장 높은 부위를 선정하는 단계(S400)는 상술한 분석 대상 위치가 질병 모델과 정상 모델에서 신경전달물질의 농도가 상이한 부위로 선정되는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 시료를 획득하기 위한 부위는 대상 동물 중 질병 모델의 뇌 지도와 정상 모델의 뇌 지도를 이용하여, 신경전달물질의 농도가 상이한 부위일 수 있다. 예를 들어, 질병 모델 동물의 뇌 지도와 정상 모델 동물의 뇌 지도에서 신경전달물질의 농도가 상이한 신경전달물질은 도파민일 수 있고, 또한 질병 모델과 정상 모델의 뇌 지도에서 도파민이 상이한 농도로 존재하는 부위가 선정될 수 있다.

도 9을 참조하면, 제1 시료를 획득하는 단계(S410)와 제2 시료를 획득하는 단계(S430)는 상술한 분석을 위한 시료를 획득하기 위한 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시료를 획득하는 단계는 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

도 9을 참조하면, 대상 동물에 약물을 투입하는 단계(S420)는 대상 동물의 체내에 약물이 효과를 미치도록 약물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 약물은 실험 대상 동물에 경구로 투여될 수 있다. 여기서, 경구로 약물을 투여하는 방법은, 실험 대상 동물이 자율적으로 약물을 섭취하는 것에 한정되지 않고, 식도에 카테터를 삽입하여, 카테터를 통해 약물을 강제로 투여하는 방법을 포함한다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 복강에 투입될 수 있다. 여기서, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 약물을 위 또는 장과 같은 소화기관에 주사하는 방법일 수 있다. 또는, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 구강을 통하여 카테터를 소화기관까지 삽입한 후, 카테터를 통해 약물을 투입하는 방법일 수 있다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 정맥에 주사를 통해 투입될 수 있다. 구체적으로, 투입되는 약물은 액상 형태일 수 있다. 이에 따라, 약물은 주사기를 이용하여 실험 대상 동물의 정맥에 투입될 수 있다. 다만, 약물을 투입하는 방법이 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 투입되는 약물은 실험 대상 동물의 피하로 주사되거나, 실험 대상 동물의 동맥관을 통해 투입되는 등 알려진 약물 투입 방법은 모두 본 명세서에 따른 약물 투입 방법이 될 수 있다.

도 9을 참조하면, 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 단계(S440)는 상술한 신경전달물질을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것은 LC-MS/MS, GC-MS, ECD(electron capture detector) 및 Elisa 등 미세 분자의 질량을 분석할 수 있는 기기를 이용하여 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석할 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른, 대상 동물에서 약물의 효능을 평가하기 위해 뇌 지도를 이용하여, 질병 모델 인간과 정상 모델 인간을 비교하여 신경전달물질의 농도가 상이한 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌에서의 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 질병 모델 인간과 정상 모델 인간을 비교하여 신경전달물질의 농도가 상이한 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌에서의 부위를 선정하는 단계(S500)는 상술한 분석 대상 위치가 인간 질병 모델과 인간 정상 모델에서 신경전달물질의 농도가 상이한 부위에 매칭되는 대상 동물의 뇌의 부위로 선정되는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 시료를 획득하기 위한 부위는 인간 질병 모델의 뇌 지도와 인간 정상 모델의 뇌 지도를 이용하여, 신경전달물질의 농도가 상이한 부위가 대상 동물의 뇌 지도에서 매칭된 부위일 수 있다. 예를 들어, 인간 질병 모델의 뇌 지도와 인간 정상 모델의 뇌 지도에서 신경전달물질의 농도가 상이한 신경전달물질은 도파민일 수 있고, 또한 인간 질병 모델과 인간 정상 모델의 뇌 지도에서 도파민이 상이한 농도로 존재하는 부위와 매칭되는 대상 동물의 뇌의 부위가 선정될 수 있다.

도 10을 참조하면, 제1 시료를 획득하는 단계(S510)와 제2 시료를 획득하는 단계(S530)는 상술한 분석을 위한 시료를 획득하기 위한 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시료를 획득하는 단계는 미세투석 방법을 이용하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, 대상 동물에 약물을 투입하는 단계(S520)는 대상 동물의 체내에 약물이 효과를 미치도록 약물을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 약물은 실험 대상 동물에 경구로 투여될 수 있다. 여기서, 경구로 약물을 투여하는 방법은, 실험 대상 동물이 자율적으로 약물을 섭취하는 것에 한정되지 않고, 식도에 카테터를 삽입하여, 카테터를 통해 약물을 강제로 투여하는 방법을 포함한다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 복강에 투입될 수 있다. 여기서, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 약물을 위 또는 장과 같은 소화기관에 주사하는 방법일 수 있다. 또는, 복강에 약물을 투입하는 방법은, 구강을 통하여 카테터를 소화기관까지 삽입한 후, 카테터를 통해 약물을 투입하는 방법일 수 있다. 또는, 약물은 실험 대상 동물의 정맥에 주사를 통해 투입될 수 있다. 구체적으로, 투입되는 약물은 액상 형태일 수 있다. 이에 따라, 약물은 주사기를 이용하여 실험 대상 동물의 정맥에 투입될 수 있다. 다만, 약물을 투입하는 방법이 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 투입되는 약물은 실험 대상 동물의 피하로 주사되거나, 실험 대상 동물의 동맥관을 통해 투입되는 등 알려진 약물 투입 방법은 모두 본 명세서에 따른 약물 투입 방법이 될 수 있다.

도 10을 참조하면, 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 단계(S540)는 상술한 신경전달물질을 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예를 들어, 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것은 LC-MS/MS, GC-MS, ECD(electron capture detector) 및 Elisa 등 미세 분자의 질량을 분석할 수 있는 기기를 이용하여 제1 시료와 제2 시료에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석할 수 있다.

본 명세서에서 개시하는 뇌 지도를 이용한 신경전달물질의 분석 방법이 위에서 설명한 실시예들에 한정되는 것은 아니고, 신경전달물질 및 신경전달물질에 관계된 지표를 표시하는 뇌 지도를 통해 신경전달물질을 분석할 위치를 선정하고, 선정된 위치에서 획득된 시료를 이용하여 신경전달물질을 분석하는 방법을 포함하는 어떠한 형태로든 구현될 수 있다.

이하에서는, 신경전달물질을 분석하기 위하여 사용된 뇌 지도의 제작 방법에 대하여 설명한다.

3 뇌 지도의 제작

특정 부위에서 신경전달물질의 농도를 측정하고, 분석하기 위한 뇌 지도가 제작될 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 신경전달물질을 기초로 뇌 지도를 제작하는 것을 나타내기 위한 흐름도이다.

도 11을 참조하면, 뇌 지도를 제작하는 것은 뇌의 각 위치에서 시료를 획득하는 단계(S600)를 포함할 수 있다. 뇌 지도를 제작하는 것은 뇌의 각 위치에서 획득된 시료에서 신경전달물질 농도를 측정하는 단계(S610)를 포함할 수 있다. 뇌 지도를 제작하는 것은 측정된 신경전달물질의 농도와 시료가 획득된 위치를 매칭시키는 단계(S620)를 포함할 수 있다.

뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계(S600)에서는 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 시료를 획득하는 방법이 포함될 수 있다.

보다 구체적인 예로, 뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계(S600)는 in-vivo 상태에서 미세투석 방법을 이용하여 시료가 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 또는, 뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계(S600)는 대상 동물의 뇌를 적출하여 뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 또는, 뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계(S600)는 in-vivo 상태에서 대상 동물의 뇌의 각 위치 별로 조직 생검을 실시하여 시료를 획득하는 단계를 포함할 수 있다. 다만, 상술한 예에 제한되지는 않고, 뇌의 각 위치에서 시료를 획득할 수 있는 다양한 방법이 뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계(S200)에 포함될 수 있다. 뇌의 각 위치 별로 시료를 획득하는 단계(S600)는 이하 뇌 지도 제작을 위한 시료 획득 방법에서 더 상세하게 설명하도록 한다.

획득된 시료에서 신경전달물질 농도를 측정하는 단계(S610)에서는 신경전달물질의 농도를 측정하기 위한 측정 방법을 포함할 수 있다.

보다 구체적인 예로, 획득된 시료에서 신경전달물질 농도를 측정하는 단계(S610)는 질량 분석 기기를 이용하여 신경전달물질의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 획득된 시료에서 신경전달물질 농도를 측정하는 단계(S610)는, 신경전달물질 수용체의 농도, 신경전달물질의 대사에 따른 단백질의 발현 정도 및 mRNA의 농도를 측정하여 제작될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 획득된 시료에서 신경전달물질 농도를 측정하는 단계(S610)는 획득된 시료에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것으로 설명한다. 획득된 시료에서 신경전달물질 농도를 측정하는 단계(S610)는 이하 신경전달물질 측정 방법에서 더 상세하게 설명하도록 한다.

측정된 신경전달물질의 농도와 시료가 획득된 위치를 매칭시키는 단계(S620)는 대상 동물의 뇌의 각 위치에서 획득된 시료의 위치와 획득된 시료에서 측정된 신경전달물질의 농도를 매칭하는 단계를 포함할 수 있다. 측정된 신경전달물질의 농도와 시료가 획득된 위치를 매칭시키는 단계(S620) 이하 뇌의 각 위치와 신경전달물질 농도의 매치에서 더 상세하게 설명하도록 한다.

이하에서는, 뇌 지도 제작에 대한 각각의 단계에 대하여, 몇몇 실시예를 들어 설명한다.

3.1 뇌 지도 제작을 위한 시료 획득 방법

뇌 지도는 인간을 포함한 동물의 뇌의 각 위치에서 획득된 시료를 기초로 제작될 수 있다.

이하에서는 몇몇 실시예를 들어 시료를 획득하는 방법에 대하여 설명한다.

3.1.1 미세투석 방법을 이용한 시료 획득

일 실시예에 따르면, 획득되는 시료는 in-vivo상태에서 미세투석 방법을 이용하여 획득된 시료일 수 있다. 예를 들어, 미세투석 프로브(300)는 대상 동물의 뇌의 각 위치에 삽입될 수 있다. 이때, 획득되는 시료는 시료가 획득된 위치가 표시된 시료일 수 있다.

구체적으로, 미세투석 프로브(300)가 삽입되는 위치는 해부학적으로 특정한 기능을 담당하는 위치일 수 있다. 예를 들어, 미세투석 프로브(300)는 시상(thalamus), 연수(medulla), 대뇌 피질 등의 서로 다른 기능을 담당하는 부위에 삽입될 수 있다. 삽입된 미세투석 프로브(300)에서는 인공 척수액(aCSF)과 삽입된 위치에서의 조직액이 교환되는 것으로 인하여, 시료가 획득될 수 있다.

이때, 미세투석 프로브(300)는 상술한 미세투석 고정 방법으로 삽입된 위치에 고정될 수 있다.

3.1.2 대상 동물의 뇌를 적출하여 시료를 획득

도 12 및 도 13는 일 실시예에 따른, 인간의 뇌를 균등한 크기로 절단한 것을 나타낸 도면이다.

도 12 및 도 13를 참조하면, 획득되는 시료는 대상 동물의 뇌를 적출한 후, 균등한 두께로 절단된 것으로부터 획득될 수 있다. 이때, 균등한 두께로 절단된 뇌는, 절단되기 전의 뇌에서 해당되는 위치가 표시될 수 있다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여, 균등한 두께로 절단된 뇌를 뇌의 절편이라고 한다.

도 12 및 도 13를 참조하면, 획득되는 시료는 뇌의 절편들(800)에 미세투석 방법을 이용하여 획득될 수 있다. 구체적으로, 제1 뇌 절편(810) 상에는 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)가 존재할 수 있다. 여기서 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)는 뇌에서 서로 다른 기능을 담당하는 위치일 수 있다. 이에 따라, 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)에서 획득되는 시료에서는 서로 다른 신경전달물질 농도의 분포가 나타날 수 있다.

다만, 시료를 획득하는 위치는 제1 시료 획득 위치(820) 및 제2 시료 획득 위치(830)로 한정되는 것은 아니며, 뇌의 다른 영역에서도 시료를 획득하는 것이 가능하다. 또한, 제1 시료 획득 위치(820) 및 제2 시료 획득 위치(830)는 뇌에서 특정한 기능을 담당하는 부위가 아닐 수 있고, 뇌 상의 임의의 영역일 수 있다.

이하에서는, 적출된 대상 동물의 뇌에서 시료를 획득하는 것을 설명하기 위해, 몇몇 실시예를 들어 설명한다.

3.1.2.1 뇌 절편에 대하여 미세투석 방법을 통해 시료를 획득

도 12을 참조하면, 획득되는 시료는 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)에서 상술한 미세투석 방법을 이용하여 획득될 수 있다.

보다 구체적인 예로, 미세투석 프로브(300)는 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)에 삽입될 수 있다. 삽입된 미세투석 프로브(300)에서는 인공 척수액과 삽입된 위치에서의 조직액이 교환되는 것으로 인하여, 시료가 획득될 수 있다.

이때, 획득되는 시료에는, 시료가 획득된 위치인 제1 시료 획득 위치(820) 및 제2 시료 획득 위치(830)가 표시될 수 있다

3.1.2.2 뇌 절편에 대하여 펀칭을 통하여 시료를 획득

도 14은 일 실시예에 따른, 뇌의 절편에서 펀칭을 통하여 시료를 획득하는 것을 나타낸 도면이다. 여기서, 펀칭은, 일정 부분에 구멍을 뚫어, 해당 부분을 떼어내는 방법을 의미한다. 이때, 펀칭은 펀치(1000)에 의해서 수행될 수 있다. 펀치(1000)는 일정한 크기를 갖고, 대상에 대하여 구멍을 뚫을 수 있는 기기를 의미한다.

도 12 및 13을 참조하면, 획득되는 시료는 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)에서 상술한 펀칭을 이용하여 획득될 수 있다.

보다 구체적인 예로, 펀치(1000)는 제1 시료 획득 위치(820)와 제2 시료 획득 위치(830)에 대해 펀칭을 할 수 있다. 이때, 펀칭되어 분리된 조직은 시료가 될 수 있다.

일 예로, 펀칭되어 분리된 조직은 분쇄되어 시료로 사용될 수 있다. 여기서 펀칭되어 분리된 조직은 인공 척수액, 생리 식염수 및/또는 물과 같은 용액에 수용되어 분쇄될 수 있다. 또한, 획득되는 시료는, 용액에 수용되어 분쇄된 조직을 원심분리기를 이용하여 고형물과 용액을 분리한 후 획득되는 상등액일 수 있다.

다만, 뇌의 절편의 각 위치에서 시료를 획득하는 방법은 펀칭에 한정되지 않고, 절편된 뇌를 단위 크기로 절단하여 시료를 획득하는 방법을 포함하여, 대상 동물의 뇌의 각 위치에서 조직을 분리할 수 있는 방법은 모두 포함할 수 있다.

이때, 획득되는 시료에는, 시료가 획득된 위치인 제1 시료 획득 위치(820) 및 제2 시료 획득 위치(830)가 표시될 수 있다

3.1.3 추가적인 시료 획득 방법

획득되는 시료는 대상 동물의 뇌의 각 위치에서 생검(biopsy)을 통해 획득될 수 있다. 여기서, 생검은 뇌의 각 위치에서 조직을 떼어내는 모든 수단을 통해 진행될 수 있다.

일 예로, 생검은 뇌의 각 위치에서 생검용 집게를 이용하여 진행될 수 있다. 구체적으로, 획득되는 시료는 생검용 집게를 이용하여 조직을 분리시켜 획득될 수 있다. 생검용 집게를 이용하여 분리된 조직은 상술한 펀칭 방법을 이용한 시료 획득 방법에서와 마찬가지로, 용액에 수용시켜 분쇄한 후, 원심 분리기를 이용하여 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 획득되는 시료는 원심 분리기를 이용하여 분리된 용액의 상등액일 수 있다.

다른 예로, 생검은 뇌의 각 위치에서 주사기를 이용하여 진행될 수 있다. 구체적으로, 획득되는 시료는, 대상 동물의 뇌의 각 위치에서 주사기를 이용하여 조직을 분리시켜 획득될 수 있다. 주사기를 이용하여 분리된 조직은 상술한 펀칭 방법을 이용한 시료 획득 방법에서와 마찬가지로, 용액에 수용시켜 분쇄한 후, 원심 분리기를 이용하여 분리시킬 수 있다. 이에 따라, 획득되는 시료는 원심 분리기를 이용하여 분리된 용액의 상등액일 수 있다.

여기서, 시료를 획득하는 방법은 위에 한정되지 않으며, 대상 동물의 뇌의 각 부위 별로 신경전달물질을 포함하는 시료를 획득할 수 있는 방법은 모두 시료를 획득하는 방법에 포함될 수 있다.

3.2 신경전달물질 측정 방법

신경전달물질의 농도는 획득된 시료로부터 측정될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 획득되는 시료의 신경전달물질의 농도는 질량분석기기를 이용하여 측정될 수 있다.

일 예로, 질량 분석기기는 LC-MS/MS(Liquid Chromatography-Mass spectrometer)일 수 있다. 구체적으로, 획득되는 시료에서, LC-MS/MS 기기를 이용하여 신경전달물질의 농도가 측정될 수 있다. 여기서, 획득되는 시료는 액체 크로마토그래피 방법을 통하여 신경전달물질을 농도 별로 분리될 수 있다. 분리된 각각의 신경전달물질들은 질량 분석 기기를 이용하여 농도가 측정될 수 있다.

다른 예로, 질량 분석기기는 GC-MS/MS(Gas Chromatography-Mass spectrometer)일 수 있다. 구체적으로, 획득되는 시료에서, GC-MS/MS 기기를 이용하여 신경전달물질의 농도가 측정될 수 있다. 여기서, 획득되는 시료는 기체 크로마토그래피 방법을 통하여 신경전달물질을 농도 별로 분리될 수 있다. 분리된 각각의 신경전달물질들은 질량 분석 기기를 이용하여 농도가 측정될 수 있다.

다른 예로, 질량 분석기기는 ECD(Electron Capture Detector)일 수 있다. 구체적으로, 획득되는 시료에서, ECD 기기를 이용하여 신경전달물질의 농도가 측정될 수 있다. 획득되는 시료는 ECD 기기를 통해 분석되기 전에, 전처리 단계로 액체 크로마토그래피 단계 또는 기체 크로마토그래피 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 획득되는 시료의 신경전달물질의 농도는 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay) 방식을 통해 측정될 수 있다. 구체적으로, 획득되는 시료 중 단백질이 기반이 되는 신경전달물질의 경우, ELISA에서 항원항체반응을 이용하여 측정될 수 있다.

다만, 획득된 시료에서 신경전달물질의 농도를 측정하는 방법은 상술한 예에 제한되지 않고, 획득된 시료를 이용하여 신경전달물질의 농도를 측정하는 모든 방법이 포함될 수 있다.

3.3 뇌의 각 위치와 신경전달물질 농도의 매치

상술한 도 5를 참조하면, 측정된 신경전달물질의 농도와 시료가 획득된 위치를 매칭할 수 있다.

일 실시예에 따른, 뇌의 각 위치와 신경전달물질 농도를 매치하는 단계는, 위에서 설명한, 측정된 신경전달물질의 농도와 시료가 획득된 위치를 이용하여 매치하는 단계를 포함할 수 있다.

보다 구체적인 예로, 도 5(b)를 참조하면, 획득된 시료를 측정하여, 특정한 신경전달물질의 농도를 알 수 있다. 이때, 획득된 시료가 존재한 위치와 매칭시키면, 시료가 획득된 위치에서의 신경전달물질의 농도가 매칭될 수 있다.

또한, 도 5(a)를 참조하면, 측정된 신경전달물질의 농도와 위치가 뇌의 모식도(이하, 뇌 지도) 상에 나타날 수 있다.

일 예로, 도 5(a)의 뇌 지도의 농도가 표시된 각 위치는 특정한 신경전달물질의 농도 분포를 표시할 수 있다. 즉, 도 5(a)는 특정한 신경전달물질의 농도 분포를 표시한 뇌 지도일 수 있다. 여기서, 도 5(a)의 구분되는 각 영역들은 특정 신경전달물질의 농도가 높은 농도인 것부터 낮은 농도인 것까지 표현된 영역일 수 있다.

다른 예로, 도 5(a)의 뇌 지도의 제1 영역(110)과 제2 영역(120)은 서로 다른 신경전달물질을 표시할 수 있다. 구체적으로, 제1 영역(110)은 제1 영역에서 가장 높은 농도의 신경전달물질이 표시될 수 있다. 또한, 제2 영역(120)은 제2 영역에서 가장 높은 농도의 신경전달물질이 표시될 수 있다.

3.4 인간 뇌 지도와 대상 동물 뇌 지도의 매칭

일 실시예에 따르면, 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭시킨 뇌 지도가 제작될 수 있다. 여기서, 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭시키는 것은 인간의 뇌 지도에서 신경전달물질이 특정되는 위치를 기초로, 대상 동물에서 대응되는 위치를 찾아 실험을 진행하는데 사용될 수 있다.

도 15은 일 실시예에 따른 인간의 뇌 지도와 원숭이의 뇌 지도를 신경전달물질 농도의 유사성을 기반으로 매칭되는 것을 나타낸 모식도이다.

도 15을 참조하면, 인간의 뇌 지도(1100)는 대상 동물의 뇌 지도(1101)와 매칭될 수 있다. 구체적으로, 제1 대응 영역(1110)은 제1 신경전달물질의 농도 분포가 인간의 뇌 지도(1100)와 대상 동물의 뇌 지도(1101)가 유사한 분포를 보이는 위치일 수 있다. 또한, 제2 대응 영역(1111)은 제2 신경전달물질의 농도 분포가 인간의 뇌 지도(1100)와 대상 동물의 뇌 지도(1101)가 유사한 분포를 보이는 위치일 수 있다.

예를 들어, 제1 대응 영역(1110)은 인간의 뇌 지도에서 도파민의 농도가 가장 높은 농도로 분포하는 것으로 표시된 위치일 수 있으며, 이와 유사하게, 대상 동물의 뇌 지도에서도 도파민의 농도가 가장 높은 농도로 분포하는 것으로 표시된 위치일 수 있다. 또한, 제2 대응 영역(1111)은 인간의 뇌 지도에서 가바의 농도가 가장 높은 농도로 분포하는 것으로 표시된 위치일 수 있으며, 이와 유사하게, 대상 동물의 뇌 지도에서도 도파민의 농도가 가장 높은 농도로 분포하는 것으로 표시된 위치일 수 있다.

다만, 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도가 제1 대응 영역(1110) 및 제2 대응 영역(1111)에서만 대응되는 것은 아니며, 유사한 신경전달물질 농도 분포를 보이는 곳은 모두 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도가 매칭되는 대응 영역일 수 있다.

또한, 도 16는 일 실시예에 따른, 인간의 뇌와 원숭이의 뇌가 해부학적으로 동일한 위치를 나타낸 도면이다. 여기서 대상 동물은 원숭이일 수 있다.

도 16를 참조하면, 인간의 뇌와 대상 동물의 뇌는 해부학적으로 동일한 기능을 가진 위치를 가질 수 있다. 즉, 인간의 뇌 지도와 동물의 뇌 지도는 해부학적으로 동일한 기능을 갖는 위치끼리 매칭될 수 있다.

일 예로, 제1 동일 기능 영역(1210)은 청각과 관련된 인지 기능을 처리하는 영역일 수 있으며, 제2 동일 기능 영역(1211)은 시각과 관련된 인지 기능을 처리하는 영역일 수 있다. 이 때, 제1 동일 기능 영역(1210)에서는 처리하는 기능이 동일할 수 있으나, 신경전달물질의 농도는 인간의 뇌와 대상 동물의 뇌에서 서로 상이할 수 있다. 마찬가지로, 제2 동일 기능 영역(1211)에서도 처리하는 기능은 동일할 수 있으나, 신경전달물질의 농도는 인간의 뇌와 대상 동물의 뇌에서 서로 상이할 수 있다.

이에 따라, 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭하는 것은, 뇌의 각 위치 별로 동일한 기능을 담당하는 위치를 서로 매칭할 수 있다.

다만, 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도가 제1 동일 기능 영역(1210) 및 제2 동일 기능 영역(1211)에서만 대응되는 것은 아니며, 유사한 기능을 갖는 영역은 모두 인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도가 매칭되는 대응 영역일 수 있다.

인간의 뇌 지도와 대상 동물의 뇌 지도를 매칭하는 것은 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, mRNA의 농도, 단백질의 농도 및 신경전달물질 수용체의 농도 등의 유사성을 기초로 매칭될 수 있다.

4 신경전달물질 측정 부위를 선정하기 위한 실시예

신경전달물질의 농도 분포를 이용하여 분석하고자 하는 신경전달물질이 존재하는 부위에 미세투석을 실시하여, 시료를 획득할 수 있다.

이하에서는, 특정한 신경전달물질 분석을 위한 시료 획득 위치를 선정하는 방법에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

4.1 영장류 뇌에서의 신경전달물질 분포

도 17 내지 도 38은 일 실시예에 따른 영장류 뇌의 복수의 위치에서 측정한 각각의 신경전달물질의 농도를 나타낸 것이다.

도 17 내지 도 38에 도시된 그래프의 가로축은 영장류 뇌의 각 부위를 나타내고, 세로축은 각 물질이 영장류 뇌의 각 부위에 존재하는 농도를 나타낸다.

아래의 표에서는 가로 축이 나타내는 영장류 뇌의 복수의 위치를 나타낸다.

NO.	REGION NAME
1	Cerebellar Cortex-White Mater
2	Cerebellar Cortex-Gray Mater
3	Frontal Cortex
4	Occipital Cortex
5	Temporal Cortex
6	Parietal Cortex
7	Orbital Cortex
8	Visual Cortex
9	Superior Colliculus
10	Lateral Geniculate Body
11	Medial Geniculate Body
12	VTA
13	Substantia Nigra
14	Hippocampus
15	Posterior Cingulate Cortex
16	Auditory Cortex
17	Somatosensory Cortex
18	Motor Cortex
19	Insula
20	Hypothalamus
21	Thalamus
22	Perirhinal Cortex
23	Entorhinal Cortex
24	Periamygdaloid cortex
25	Nucleus Accumbens
26	Putamen
27	Caudate Nucelus
28	Anterior Cingulate Cortex
29	Medial PFc

도 17 내지 도 38의 가로 축에 나타난 복수의 영역과 관련된 각각의 식별 숫자는 위의 표 1에 나타난 뇌 내의 각 부위를 나타낸다.

4.2 하나의 신경전달물질을 분석하기 위한 시료 수득 부위 선정

도 39는 일 실시예에 따른 영장류의 뇌에서 GABA의 농도 분포를 이용한 시료 수득이 가능한 부위를 도시한 그래프이다.

일 실시예에 따르면, 특정 신경전달물질이 높은 농도로 존재하는 부위를 특정 신경전달물질을 분석하기 위한 시료 수득 위치로 선정할 수 있다.

다른 일 실시예에 따르면, 특정 신경전달물질이 낮은 농도로 존재하는 부위를 특정 신경전달물질을 분석하기 위한 시료 수득 위치로 선정하지 않을 수 있다.

예를 들어, 도 39를 참조할 때, 특정 신경전달물질인 GABA를 분석하기 위한 시료를 수득하는 부위로, GABA가 높은 농도로 분포하는 부위로, 실선으로 표시된 Superior colliculus, Substantia Nigra, Hypothalamus 및 Nucleus Accumbens의 부위가 선택될 수 있다. 또한, GABA가 낮은 농도로 분포하여 시료를 수득하지 않을 수 있는 부위는 점선으로 표현된 부위로, Lateral Geniculate Body, VTA 및 Entorhinal Cortex의 부위가 선택될 수 있다.

다만, 이에 제한되지 않고, 특정 신경전달물질을 분석하기 위한 시료를 수득하는 부위는 특정 신경전달물질의 농도가 미리 정해진 수준 이상인 부위에서 시료를 수득할 수 있다. 또한 특정 신경전달물질을 분석하기 위한 시료를 수득하기 적절하지 않은 부위는 특정 신경전달물질의 농도가 미리 정해진 수준 이하인 부위일 수 있다.

즉, 단일한 신경전달물질을 분석하는 경우, 분석 상의 정확도를 높이기 위하여 분석하고자 하는 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위가 시료를 수득하기 위한 부위로 선정될 수 있다.

4.3 하나의 부위에서 다종의 신경전달물질을 분석하기 위한 시료 수득 부위 선정

도 40은 일 실시예에 따른 영장류의 뇌에서 GABA와 Glutamate를 동시에 분석하기 위한 시료 수득 부위를 도시한 그래프이다.

일 실시예에 따르면, 미세투석 탐침이 삽입되는 위치를 최소화하기 위하여, 복수의 신경전달물질의 농도가 모두 일정 수준 이상으로 존재하는 부위를 복수의 신경전달물질을 동시에 분석하기 위한 시료를 수득하기 위한 위치로 선정할 수 있다.

다른 일 실시예에 따르면, 복수의 신경전달물질 중 특정 부위에서 일부 신경전달물질의 농도는 일정 수준 이상이나, 나머지 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이하인 경우, 해당 부위를 복수의 신경전달물질을 동시에 분석하기 위한 시료를 수득하는 위치로 선정하지 않을 수 있다.

다른 일 실시예에 따르면, 복수의 신경전달물질의 농도가 모두 일정 수준 이하인 부위를 복수의 신경전달물질을 동시에 분석하기 위한 시료를 수득하는 위치로 선정하지 않을 수 있다.

예를 들어, 도 40을 참조할 때, 복수의 신경전달물질 중 GABA의 농도가 일정 수준 이상인 뇌 내의 부위는 실선으로 표시된, Superior colliculus, Substantia Nigra, Hypothalamus 및 Nucleus Accumbens일 수 있고, 복수의 신경전달물질 중 Glutamate의 농도가 일정 수준 이상인 뇌 내의 부위는 실선으로 표시된 Auditory Cortex, Entorhinal Cortex, Nucleus Accumbens, Putamen 및 Anterior Cingulate Cortex일 수 있다. 또한, GABA의 농도가 일정 수준 이하인 뇌 내의 부위는 점선으로 표시된, Lateral Geniculate Body, VTA 및 Entorhinal Cortex일 수 있고, Glutamate의 농도가 일정 수준 이하인 뇌 내의 부위는 점선으로 표시된, Superior Colliculus, VTA 및 Substantia Nigra일 수 있다.

여기서, GABA와 Glutamate를 동시에 분석하기 위해 시료를 수득하는 부위로는 GABA의 농도와 Glutamate의 농도가 모두 일정 수준 이상인 Nucleus Accumbens가 선정될 수 있다. 또한, GABA와 Glutamate를 동시에 분석하기 위해 시료를 수득하는 부위로 적절하지 않은 부위는 Substantia Nigra, VTA, Superior Colliculus 및 Entorhinal Cortex일 수 있다. 이때, VTA 부위는 GABA와 Glutamate의 농도가 모두 일정 수준 이하이므로 시료를 수득하기 위한 위치로 적절하지 않을 수 있다. 또한, Substantia Nigra 및 Superior Colliculus 부위는 GABA의 농도가 일정 수준 이상으로 높으나, Glutamate의 농도가 일정 수준 이하이므로 Substantia Nigra 및 Superior Colliculus 부위는 시료를 수득하기 위한 부위로 적절하지 않을 수 있다. 이와 마찬가지로, Entorhinal Cortex 부위는 Glutamate의 농도가 일정 수준 이상으로 높으나, GABA의 농도가 일정 수준 이하이므로, Entorhinal Cortex 부위는 시료를 수득하기 위한 부위로 적절하지 않을 수 있다.

다만, 이에 제한되지 않고, 특정 부위에서 복수의 신경전달물질의 농도 중 일부 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이하라고 하여도, 특정 부위가 미세 투석 탐침이 접근하기 용이한 부위인 경우, 복수의 신경전달물질의 농도를 분석하기 위한 시료를 수득하기 위한 위치로 해당 특정 부위가 이용될 수 있다.

4.4 복수의 부위에서 다종의 경전달물질을 분석하기 위한 시료 수득 부위 선정

도 41은 일 실시예에 따른 영장류의 뇌에서 Dopamine과 MHPG-Sulfate를 동시에 분석하기 위한 시료 수득 부위를 도시한 그래프이다.

일 실시예에 따르면, 미세투석 탐침을 포함하는 시료를 수득하기 위한 수단이 삽입되는 위치를 최소화하기 위하여, 복수의 신경전달물질의 농도를 동시에 분석하기 위한 시료를 수득하기 위한 부위로 뇌 내의 복수의 부위가 선정될 수 있다.

예를 들어, 앞서 언급된 도 40과 도 41을 참조할 때, 복수의 신경전달물질 중 Dopamine의 농도가 일정 수준 이상인 뇌 내의 부위는 실선으로 표시된 Putamen과 Caudate Nucleus 일 수 있고, 복수의 신경전달물질 중 MHPG-Sulfate의 농도가 일정 수준 이상인 뇌 내의 부위는 실선으로 표시된 Superior Colliculus일 수 있으며, MHPG-Sulfate의 농도가 일정 수준 이하인 부위는 점선으로 표시된 Putamen 및 Caudate Nucleus일 수 있다.

여기서, 앞서 언급된 GABA와 Glutamate의 농도가 각각 일정 수준 이상인 부위는 Dopamine과 MHPG-Sulfate의 농도가 각각 일정 수준 이상인 부위와 서로 일치하지 않으므로, 시료는 복수의 부위에서 각각 수득 될 수 있다.

보다 구체적으로, Dopamine의 농도가 일정 수준 이상인 Putamen과 Caudate Nucleus 부위는 MHPG-Sulfate의 농도가 일정 수준 이하인 부위이므로, Dopamine과 MHPG-Sulfate를 동시에 분석하기 위한 시료를 수득하기 위한 부위로 적절하지 않을 수 있다. 이때, Superior Colliculus 부위는 MHPG-Sulfate와 GABA의 농도가 모두 일정 수준 이상이고, Putamen 부위는 Dopamine과 Glutamate의 농도가 모두 일정 수준 이상이므로 각각의 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위가 중복되는 부위를 선정하는 경우 시료를 수득하기 위한 수단이 삽입되는 위치의 개수를 최소화할 수 있다. 이에 따라, MHPG-Sulfate와 GABA의 농도를 분석하기 위한 시료는 Superior Colliculus 부위에서 수득 될 수 있고, Dopamine과 Glutamate의 농도를 분석하기 위한 시료는 Putamen 부위에서 수득 될 수 있다.

즉, 미세투석 탐침 등 시료를 수득하기 위한 수단이 뇌 내에 삽입되는 복수 개의 위치를 최소화하기 위하여, 시료를 수득하기 위한 부위는 복수의 신경전달물질 중 일부 신경전달물질들의 농도가 일정 수준 이상인 부위가 서로 중복되는 부위일 수 있다.

다만, 이에 제한되지 않고, 특정 부위에서 복수의 신경전달물질의 농도 중 일부 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이하라고 하여도, 특정 부위가 미세 투석 탐침이 접근하기 용이한 부위인 경우, 복수의 신경전달물질의 농도를 분석하기 위한 시료를 수득하기 위한 위치로 해당 특정 부위가 이용될 수 있다.

5 인간의 뇌와 영장류의 뇌를 매칭시키기 위한 실시예

5.1 인간 뇌에서의 신경전달물질 분포

도 42 내지 도 52은 일 실시예에 따른 인간 뇌의 복수의 위치에서 측정한 각각의 신경전달물질의 농도를 나타낸 것이다.

도 42 내지 도 52에 도시된 그래프의 가로축은 영장류 뇌의 각 부위를 나타내고, 세로축은 각 물질이 영장류 뇌의 각 부위에 존재하는 농도(ng/ml)를 나타낸다.

아래의 표에서는 가로 축이 나타내는 인간 뇌의 복수의 위치를 나타낸다.

NO.	REGION NAME
1	Superior frontal gyrus
2	Middle frontal gyrus
3	Inferior frontal gyrus
4	Superior temporal gyrus
5	Middle temporal gyrus
6	Inferior temporal gyrus
7	Superior parietal lobule
8	Inferior parietal lobule
9	Orbital gyrus
10	Medial occipito-temporal gyrus
11	Lateral occipito-temporal gyrus
12	Calcarine sulcus
13	Parahippocampal gyrus
14	Medial prefrontal cortex
15	Insula
16	External capsule
17	Internal capsule
18	Corpus callosum
19	Claustrum
20	Anterior Cingulate gyrus
21	Posterior Cingulate gyrus
22	Rectus gyrus
23	Cerebellar cortex
24	White mater of cerebellum
25	Caudate Nucleus
26	Lentiform Nucleus
27	Putamen
28	Globus Pallidus
29	Nucleus Accumbens
30	Amygdala
31	Thalamus
32	Hypothalamus
33	Hippocampus
34	Dentate gyrus
35	Substantia nigra_Compacta
36	Substantia nigra_Reticulata
37	Red nucleus
38	Ventral tegmental area
39	Dentate Nuclei of cerebellum
40	Raphe of midbrain

도 42 내지 도 52의 가로 축에 나타난 복수의 영역과 관련된 각각의 식별 숫자는 위의 표 2에 나타난 뇌 내의 각 부위를 나타낸다.

5.2 해부학적으로 매칭되는 인간의 뇌와 영장류의 뇌

도 53는 일 실시예에 따른 영장류와 인간 뇌의 복수의 부위에서 측정된 GABA의 농도를 도시한 그래프이다.

일 실시예에 따르면, 영장류의 뇌 지도와 인간의 뇌 지도 사이의 유사성은 영장류의 뇌와 인간의 뇌의 해부학적 유사성에 의해 결정될 수 있다. 즉, 영장류의 뇌 지도와 인간의 뇌 지도 사이의 유사성은 영장류와 인간의 뇌를 해부하였을 때, 전체 뇌에서 차지하는 위치가 유사한 부위를 기초로 매칭될 수 있다. 이에 따라, 인간 뇌와 영장류 뇌의 유사성을 기초로 임상과 실질적으로 유사한 전임상 단계가 제공될 수 있다.

즉, 인간의 뇌 지도와 영장류의 뇌 지도의 해부학적 유사성이 제공되는 경우, 인간의 뇌에서 특정 신경전달물질 농도가 일정 수준 이상인 부위는 해부학적인 유사성을 이용하여 영장류의 뇌와 매치될 수 있다. 이에 따라, 영장류의 뇌 부위 중 특정 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위에서 시료 수득 수단을 이용하여 신경전달물질의 농도가 분석될 시료를 수득하는 경우, 인간의 뇌에서 특정 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것과 유사한 효과가 제공될 수 있다.

예를 들어, 도 53를 참조하면, 인간의 뇌에서 GABA의 농도를 분석하고자 할 때, GABA의 농도가 일정 수준 이상으로 존재하는 인간의 뇌의 부위와 해부학적으로 동일한 영장류 뇌의 부위가 선정될 수 있다. 보다 구체적으로, 인간의 뇌에서 GABA의 농도가 가장 높은 부위는 Substantia Nigra 일 수 있다. 이때, 인간의 뇌 부위 중 Substantia Nigra와 해부학적으로 유사한 영장류의 뇌에서의 부위로써 Substantia Nigra부위가 매칭될 수 있다.

이에 따라, 영장류 뇌의 Substantia Nigra 부위에서 시료 수득 수단을 이용하여 시료를 수득하고, 수득된 시료에서 GABA의 농도를 분석하는 경우, 인간의 뇌의 Substantia Nigra 부위에서 GABA의 농도를 분석하는 것과 유사한 효과가 제공될 수 있다.

다른 예를 들어, 도 53를 참조하면, 인간의 뇌에서 GABA의 농도를 분석하고자 할 때, GABA의 농도가 일정 수준 이하여서 시료를 수득하기 적절하지 않은 부위가 인간의 뇌 지도와 영장류의 뇌 지도의 해부학적 유사성을 통해 선정될 수 있다. 보다 구체적으로, 인간의 뇌에서 GABA의 농도가 일정 수준 이하인 Nucleus Accumbens 부위는 영장류 뇌의 Nucleus Accumbens 부위와 해부학적으로 유사한 부위이나, 인간의 뇌 부위 중 Nucleus Accumbens와 영장류의 뇌 부위 중 Nucleus Accumbens는 GABA의 농도가 일정 수준 이하이므로, 영장류의 뇌에서 시료를 수득하기 적절하지 않은 부위로 선정될 수 있다.

5.3 신경전달물질 분포의 유사성을 기초로 매칭되는 인간의 뇌와 영장류의 뇌

도 54은 일 실시예에 따른 영장류와 인간 뇌의 복수의 부위에서 측정된 Glutamate의 농도를 도시한 그래프이다.

일 실시예에 따르면, 영장류의 뇌 지도와 인간의 뇌 지도 사이의 유사성은 영장류의 뇌와 인간의 뇌에서의 신경전달물질 농도의 유사성에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 인간의 뇌와 영장류의 뇌가 해부학적으로 유사하지 않은 부위라고 하여도, 특정 신경전달물질 농도가 유사할 수 있다. 이에 따라, 영장류의 뇌와 인간의 뇌에서 해부학적으로 서로 상이한 부위인 경우라도, 특정 신경전달물질 농도가 서로 유사할 수 있으며, 이를 기초로 특정 신경전달물질을 분석하기 위한 시료 수득 위치가 선정될 수 있다.

즉, 영장류의 뇌 부위 중 특정 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위에서 시료 수득 수단을 이용하여 신경전달물질의 농도가 분석될 시료를 수득하는 경우, 인간의 뇌에서 특정 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하는 것과 유사한 효과가 제공될 수 있다.

예를 들어, 도 54을 참조하면, 인간의 뇌에서 Glutamate의 농도를 분석하고자 하는 경우, Glutamate의 농도가 일정 수준 이상으로 존재하는 인간의 뇌의 부위와 신경전달물질 농도의 분포가 유사한 영장류 뇌의 부위가 선정될 수 있다. 보다 구체적으로, 영장류의 뇌의 부위 중 Glutamate의 농도가 일정 수준 이상인 Anterior Cingulate gyrus 부위는 해부학적으로 인간의 뇌의 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위와 동일하나, 서로 다른 Glutamate 농도를 보이므로, 영장류 뇌의 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위와 인간 뇌의 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위를 매칭하는 것은 적절하지 않을 수 있다. 반면에, 영장류 뇌의 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위에서의 Glutamate의 농도는 인간의 뇌의 부위 중 Claustrum 부위와 유사한 농도 분포를 보이므로, 영장류 뇌의 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위와 인간 뇌의 부위 중 Claustrum 부위가 서로 매칭될 수 있다.

이에 따라, 인간 뇌의 부위 중 Claustrum에서 Glutamate의 농도를 분석하고자 할 때, 영장류 뇌의 Anterior Cingulate gyrus 부위는 Glutamate의 농도를 분석하기 위한 시료를 수득하기 위한 부위로 선정될 수 있다.

5.4 인간의 뇌와 영장류 뇌 부위의 유사성을 통한 시료 수득 부위 선정

인간의 뇌와 영장류의 뇌는 상술한 방식으로 매칭될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 인간의 뇌에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하고자 하는 경우, 인간의 뇌의 부위와 영장류의 뇌의 부위가 서로 매칭되는 부위들 중 영장류의 뇌에서 해당 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위가 시료 수득을 위한 부위로 선정될 수 있다.

예를 들어, 앞서 언급된 도 53를 참조하면, 인간의 뇌에서 GABA의 농도를 분석하기 위해 매칭되는 영장류의 뇌 부위로 Substantia Nigra가 선정될 수 있다. 이때, Substantia Nigra는 영장류의 뇌 부위 중 GABA의 농도가 일정 수준 이상인 부위에 해당하므로, 영장류의 뇌 부위 중 Substantia Nigra 부위가 GABA의 농도를 분석하기 위한 시료를 수득하는 부위로 선정될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 인간의 뇌에서 특정 신경전달물질의 농도를 분석하고자 하는 경우, 영장류의 뇌에서 특정 신경전달물질의 농도가 일정 수준 이상인 부위들 중 인간의 뇌와 매칭되는 부위가 해당 신경전달물질의 농도 분석을 위한 시료가 수득되는 부위로 선정될 수 있다.

예를 들어, 앞서 언급된 도 54를 참조하면, 영장류의 뇌에서 Glutamate의 농도가 일정 수준 이상인 부위는 Anterior Cingulate gyrus 부위일 수 있다. 이때, 영장류 뇌의 Anterior Cingulate gyrus 부위는 인간 뇌의 Claustrum 부위와 서로 매칭될 수 있으므로, 영장류 뇌의 Anterior Cingulate gyrus 부위가 Glutamate를 분석하기 위한 시료가 수득되는 위치로 선정될 수 있다.

다른 예를 들면, 앞서 언급된 도 54을 참조할 때, 인간의 뇌에서 Anterior Cingulate gyrus에서의 Glutamate의 농도를 분석하고자 하는 경우, 인간의 뇌 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위는 영장류 뇌의 부위 중 Anterior Cingulate gyrus 부위와 서로 매칭되지 않으므로, 영장류 뇌의 부위에서 Glutamate의 농도가 Anterior Cingulate gyrus 부위에서 일정 수준 이상이라고 하여도, Glutamate를 분석하기 위한 시료가 수득되는 위치로 적절하지 않을 수 있다.

6 실험 방법 실시예

퇴행성 신경질환과 정신병 등 거의 모든 신경정신과 질환에서 신경조절의 장애가 동반되므로 해당되는 신경전달물질의 유리 조절의 이상이 근본적인 병리적 기전일 것이 확실하고, 많은 신경정신질환 치료를 목적으로 개발된 약물들이 설치류에서는 효과가 있으나 사람에서는 효과가 없어 대부분 임상에서 실패하므로, 사람과 신경계가 비슷한 영장류에서 약물의 작용을 신경전달물질 유리 변동에 미치는 영향을 평가함으로서 이를 바이오마커로 탐색하고 신경정신질환 치료제의 유효성 평가 도구로 활용할 수 있다.

정신 혹은 신경질환의 병인에 대한 이해를 증진시키기 위하여 원인이 되는 신경회로를 정확하게 식별하고 회로의 이상에 의해 유발되는 특이적 행동학적 장애 또는 신경 손상을 신경회로 조절로 회복시켜 주는 것이 이상적일 수 있다. 그러나, 신경정신학적 질환이나 심지어 정상 신경 회로 기능에 대하여도 회로 수준은 일반적인 실험법으로는 확인이 어려울 수 있다. 최근 광유전학적 방법으로 선택적 신경 활성 조절이 가능하여졌으나 신경기능은 특정 유전자의 활성뿐 아니라 신경 주위 교 세포와 상호 작용으로 조절되므로 궁극적인 표현형은 신경전달물질들, 신경펩티드 및 사이토카인들에 의한 종합적인 작용으로 나타나므로 이들을 통합적으로 해석할 수 있어야 하며, 또한 뇌는 구조에 기반하여 유기적으로 연결된 수 많은 시스템으로 구성되어 있어 생리병리 기능을 유지하므로 구조적 단위에 따른 에너지 대사와 신경전달물질의 유리의 차이가 조직마다 차이가 있고 이들의 유리 변동이 신경정신질환의 발생, 또는 결과를 유발하게 되므로 우선 정상 상태에서의 신경전달물질들의 기저 농도를 확인하고 연결 조직들간의 유기적 차이를 확인하는 신경전달물질지도의 완성이 필요하고 이를 기반으로 신경정신질환에 의한 신경전달물질들의 변동을 확인하여 바이오마커로 정립하고, 치료 약물에 의한 조직에서의 신경전달물질의 변동성을 확인함으로서 약물의 효과를 판정하는 개념증명(proof of concept)이 가능할 수 있다.

6.1 실험 동물의 준비

뇌에 존재하는 800억 개의 신경(neuron)과 1000조 개에 달하는 시냅스(synapse)에 의하여 신경 기능이 조절되며 이는 시냅스로 유리되는 신경전달물질들과 신경조절물질들에 의하여 조절되는데 사람 뇌에서 진행되는 이 과정과 기전을 규명하려면 다른 포유류 동물에서는 불가능하고 가장 유사한 영장류 뇌에서 신경전달물질과 대사체들의 유리 조절을 확인하는 실험이 필수적이다. 영장류는 현존하는 모든 동물들 중에서 유전, 해부생리, 내분비, 골격, 행동패턴 등 많은 분야에서 인간과 가장 유사한 동물 무리로서 분류학상 우리 인간과 같은 영장목에 속하며 영장류는 260종으로 유인원, 구세계원숭이, 신세계원숭이, 원시원숭이로 구분되며, 구세계원숭이 중에서도 붉은 털원숭이와 게잡이원숭이가 실험에 가장 많이 사용될 수 있다. 유럽의 경우 영국, 프랑스, 독립, 네덜란드, 이탈리아 등 EU전역에 8개의 국가에 의해서 관리되고 있는 영장류 연구 시설이 존재함. 특히 미국은 8개의 영장류 센터를 보유하고 있으며, 센터당 평균 2,000마리 이상의 영장류 보존 중이며, 일본은 쯔쿠바 영장류센터와 교토영장류센터가 영장류 연구를 주도하고 있으며, 중 국은 연구용 영장류 자원을 전 세계에서 가장 많이 수출하고 있는 최대 수출국으로 전 세계에서 가장 많은 영장류 생산시설을 보유하고 영장류 연구에 집중하고 있으며 국내의 경우 정읍의 국가영장류센터에 현재 약 500두 수용 중으로 3,000두까지 확장할 예정이다. 이외에도 안전성평가연구소, 대구와 오송 첨단의료복합단지의 실험 동물센터, 서울대학교 병원에서 영장류 사육 중이고 오리엔트바이오에서 캄보디아에 영장류 대량 사육시설 구축하고 있다.

본 실시예에서는 다양한 원숭이들 중 게잡이 원숭이를 이용하여 다음과 같이 실험하였다.

게잡이 원숭이(Cynomolgus monkey) 총 10 수(수컷 10수, 3-4 kg)는 입수 후 약 1 개월 간 검역을 실시하였고, 동물실에서 시험 개시 전에 1개월 이상 순화기간을 거쳤다. 실험군은 결과에 영향을 미치는 증상이 관찰되지 않은 건강한 개체를 선발하였다. 시험기간 동안 스테인리스 사육상자(510Wⅹ800Lⅹ764H mm)에 개체 별로 사육하였다. 사육환경은 온도 20-29℃, 습도 30-70%, 조명 12시간 낮/밤 주기, 조도 300-700 Lux의 조건 하에서 사육하였다. 사료는 1일 약 120 g을 오전, 오후로 나누어 제한 급여 시켰고, 음수는 자유급여 하였다. 모든 동물들은 안전성평가연구소 IACUC (Institutional Animal Care and Use Committee) 심의를 준수하여 관리하였다.

6.2 신체로부터 뇌 분리(separation of monkey brain)

본 발명에서 뇌 분리 및 뇌 조직 수집은 하기 단계에 따라 실시하였다.

1) 원숭이용 고정 cage에 원숭이를 앉힌 후 4% isoflurane으로 호흡전신마취를 유도한다.

2) 마취가 유도된 원숭이를 수술용 table에 옮기고 2% 이소플루란(isoflurane)으로 호흡을 유지하며 혈압 및 심박수, 호흡등이 정상 범위로 유지되는지 확인한다.

3) 외과 수술용 dissector로 두개골을 전두엽(frontal cortex)부터 후두엽(occipital cortex)까지 타원형으로 절개한다.

4) Dura 막을 제거한 후 뇌척수액(cerebrospinal fluid)를 채취하고 두개골로부터 뇌를 분리한다.

5) 분리된 뇌는 즉시 -70°C 냉동기에 보관한다.

6) 냉동된 뇌를 얼음 위에서 자연히 해동되도록 하여 0°C 정도에 도달하였을 때 원숭이 뇌 아랫부분이 안정되게 고정되고 2 mm 간격으로 일정하게 홈이 파여 있는 뇌 매트리스(brain matrix) 위에 올려 놓고 면도칼을 동시에 홈에 맞추어 넣으면서 절단하여 2 mm 두께의 절편을 만든다.

7) 절편으로 분리된 뇌 조직을 얼음 위에서 0~4°C 정도를 유지하면서 지름 1.37~2.0 mm의 조직 분리용 펀치를 사용하여 일정한 간격으로 분리하여 eppendorf tube에 넣는다.

8) 분리된 뇌 조직의 무게를 분석용 저울로 측정하여 절편으로 분리된 뇌 조직을 얼음 위에서 0~4°C 정도를 유지하면서 지름 1.37~2.0 mm의 조직 분리용 펀치를 사용하여 일정한 간격으로 분리하여 eppendorf tube 에 넣는다.

9) 뇌 조직 (약 20 mg)을 10배의 acetonitrile (약 200 μL)와 5 μL의 internal standards (250 ng/mL)를 추가하여 완전히 균질화(homogenizing)한 후 냉장 원심분리기에서 12,000 rpm으로 10분간 원심 분리한 다음 상등액(supernatant)을 분리하여 샘플 주사용 vials에 넣어 질량분석기(LC-MS/MS)에 주사하여 신경전달물질들과 대사체들을 분석한다.

6.3 시료 투여

벤라팍신(Venlafaxine hydrochloride)은 생리식염수(0.9% NaCl)에적정 농도로 용해하여 제조하였다. 벤라팍신(Venlafaxine hydrochloride)은 세로토닌-노르에피네프린 재흡수 억제제로 항우울제로써 사용되는 약제이다. 또한 도네페질(Donepezil hydrochloride)도 생리식염수에 용해하여 제조하였다. 도네페질(Donepezil hydrochloride)은 알츠하이머병 치료제로 사용되는 약제이다.

6.4 분석 방법 (LC-MS/MS)

일반적인 HPLC와 전기화학적 검출기(electrochemical detector) 등의 분석방법으로 측정이 어려웠던 신경전달물질들의 분석이 질량분석기(LCMS/MS)를 사용하여 훨씬 높은 감도로 동시에 정량 분석이 가능하여졌다. 또한, 확립된 방법은 monoamine과 아미노산계 신경전달물질들 뿐 아니라 그 대사체들의 동시 분석도 가능하므로 신경정신질환에서 작용하는 신경경전달물질 대사률의 영향 평가도 가능할 수 있다.

본 발명에서 사용한 LC는 Waters 社의 ACQUITY UPLC I-Class PLUS System과 MS/MS는 AB SCIEX 社의 Triple Quadrupole 6500+ System으로 구성된 것을 사용하였으며, MS의 이온화 방식은 전자분무이온화 (ESI, electrospray ionization)방법을 사용하여 positive와 negative 이온을 동시에 분석하였다. 이온의 분리 방식으로는 삼중 사중극자 질량 분리관이 부착된 LC-MS/MS를 이용한 역상 액체크로마토그래피에 의하여 분석하였다. 분리조건으로는 1분에 B를 5%의 조성으 로 2분까지 40%로, 2.5분에 B를 90%로 기울기 조성을 변경하여 4.5분까지 90%를 기 울기 조성을 유지하였다. 분리조건으로는 ACQUITY UPLC HSS T3 (2.1 x 100 mm, 1.8 μm, Waters) 컬럼을 사용하였으며, 이동상은 HPLC Water에 0.1% Formic acid와 5 mM Ammonium formate를 포함한 수용액(A)과 Methanol과 Acetonitrile를 1:1로 혼합한 용액에 5 mM Ammonium formate를 포함한 수용액(B)를 사용하여 초기 시작 0분을 기준으로 B를 0.5%의 조성으로 시작하여 0.5분까지 유지하고, 1분에 B를 5%의 조성으로 2분까지 40%로, 2.5분에 B를 90%로 기울기 조성을 변경하여 4.5분까지 90%를 기울기 조성을 유지하였다. 4.6분에 B를 0.5% 조성으로 7.5분까지 흘려주어 초기 조성 비율로 안정화를 진행하였다. 유속은 0.3 mL/min으로 설정하여 사용하였다. 컬럼 온도는 25℃를 유지하며, 시료는 각 10 ㎕씩 주입하였다. 상기 조건은 하기표(LC 분석 조건)과 동일하게 사용하였다.

Instrument	Waters ACQUITY UPLC I-Class PLUS System
Column	Waters ACQUITY UPLC HSS T3(2.1 x 100 mm, 1.8 μm)
Mobile phase (A)	Water(0.1% Formic acid, 5 mM Ammonium formate)
Mobile phase (B)	MeOH:Acetonitrile=1:1(5 mM Ammonium formate)
Gradient	Time (min)	A %	B %
	0.0	99.5	0.5
	0.5	99.5	0.5
	1.0	95.0	5.0
	2.0	60.0	40.0
	2.5	10.0	90.0
	4.5	10.0	90.0
	4.6	99.5	0.5
	7.5	99.5	0.5
Column Temp	25℃
Injection volume	10 ㎕
Flow rate	0.3 mL/min

상기 조건은 하기 표 2(MS/MS 분석조건)와 동일하게 사용하였다. Mass spectrometer는 ESI로 분석을 하였으며, drying gas는 질소를 사용하였다. 다성분동시분석법인 MRM (Multiple Reaction Monitoring) 하에서 작동하였다. Positive ion과 negative ion spray voltage는 모두 4500 V로 고정하였다. Curtain gas(CUR), Collision gas(CAD), Ion source gas 1(GS1), Ion source gas2(GS2)는 각각 30, medium, 50, 60으로 유지하였으며, ion transfer tube temperaturesms 550℃로 고정하였다. 상기 조건은 하기 표 4(MS/MS 분석조건)와 동일하였다.

Instrument	AB SCIEX Triple Quadrupole 6500+
Ion Source Type	ESI
Positive Ion Spray Voltage (V)	4500
Negative lon Spray Voltage (V)	-4500
Curtain gas (CUR)	30
Collision gas(CAD)	Medium
Ion source gas 1(GS1)	50
Ion source gas 2(GS2)	60
Ion Transfer Tube Temp (℃)	550

뇌신경전달물질분석결과 크로마토그램은 도면 55 내지 도 58에 나타낸 바와 같다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

미세투석 프로브 300 뇌 절편 800
펀치 1000 인간의 뇌 지도 1100
대상 동물의 뇌 지도 1101

Claims (17)

1. 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능 평가 방법으로,
   상기 방법은 뇌 지도를 참고하여 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 평가 지표로 이용하고 다음을 포함함:
   상기 뇌 지도에서 상기 약물이 증가 또는 감소시키는 제1 신경전달물질의 농도가 미리 정해진 수준 이상인 것으로 표시된, 뇌 지도 상에서의 부위에 대응되는 인간을 제외한 동물의 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및
   상기 인간을 제외한 동물에 상기 약물을 주입하고 상기 약물을 주입 전 및 주입 후에, 상기 제1 부위에서의 상기 제1 신경전달물질의 농도 변화를 각각 확인하는 단계;
   이 때, 상기 뇌 지도는,
   인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 인간을 제외한 동물의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 인간을 제외한 동물의 뇌의 복수의 부위를 서로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계; 및 상기 제2 농도 분포를 이용하여 작성되고,
   상기 제1 농도 분포에서 상기 제1 신경전달물질의 양이 미리 정해진 수준 이상인 경우에 해당하는 부위를 제2 부위로 결정하고, 상기 제2 부위에 대응되는, 상기 제2 농도 분포 상의 부위를 제1 부위로 결정함.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 인간의 뇌의 복수의 부위는 Superior frontal gyrus, Middle frontal gyrus, Inferior frontal gyrus, Superior temporal gyrus, Middle temporal gyrus, Inferior temporal gyrus, Superior parietal lobule, Inferior parietal lobule, Orbital gyrus, Medial occipito-temporal gyrus, Lateral occipito-temporal gyrus, Calcarine sulcus, Parahippocampal gyrus, Medial prefrontal cortex, Insula, External capsule, Internal capsule, Corpus callosum, Claustrum, Anterior Cingulate gyrus, Posterior Cingulate gyrus, Rectus gyrus, Cerebellar cortex, White mater of cerebellum, Caudate Nucleus, Lentiform Nucleus, Putamen, Globus Pallidus, Nucleus Accumbens, Amygdala, Thalamus, Hypothalamus, Hippocampus, Dentate gyrus, Substantia nigra_Compacta, Substantia nigra_Reticulata, Red nucleus, Ventral tegmental area, Dentate Nuclei of cerebellum 및 Raphe of midbrain 중 적어도 2 이상을 포함하는
   방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 인간을 제외한 동물은 영장류일 수 있고,
   상기 영장류의 뇌의 복수의 부위는 Cerebellar Cortex-White Mater, Cerebellar Cortex-Gray Mater, Frontal Cortex, Occipital Cortex, Temporal Cortex, Parietal Cortex, Orbital Cortex, Visual Cortex, Superior Colliculus, Lateral Geniculate Body, Medial Geniculate Body, VTA, Substantia Nigra, Hippocampus, Posterior Cingulate Cortex, Auditory Cortex, Somatosensory Cortex, Motor Cortex, Insula, Hypothalamus, Thalamus, Perirhinal Cortex, Entorhinal Cortex, Periamygdaloid cortex, Nucleus Accumbens, Putamen, Caudate Nucelus, Anterior Cingulate Cortex 및 Medial PFc 중 적어도 2 이상을 포함하는
   방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질은 tyramine, tryptamine, octopamine, 2-phenylalanine, GABA, glutamate, aspartic acid, glutamine, serotonin, 5-HIAA, norepinephrine, MHPG-sulfate, epinephrine, acetylcholine, choline, dopamine, DOPAC, HVA, 3-MT, substance P, beta-endorphine, Met-enkephalin, Leu-enkephalin, dynorphin A, agmatine, spermine, spermidine, putrescine 중 적어도 2 이상을 포함하는
   방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 제1 부위에서 상기 제1 신경전달물질과 상이한 제2 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방법은,
   상기 미세투석 대상 영역으로 선정한 상기 인간을 제외한 동물의 제1 부위와 상이한 제3 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및
   상기 제3 부위에서 제2 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;
   를 더 포함하고,
   이 때, 상기 제2 신경전달물질은 상기 약물이 증가 또는 감소시키는 상기 제1 신경전달물질과 상이한 것이고,
   상기 제3 부위는 제1 농도분포 및 제2 농도분포를 이용하여 작성된 상기 뇌 지도를 참고하여 다음과 같이 결정됨:
   상기 제1 농도 분포에서 상기 제2 신경전달물질의 양이 미리 정해진 수준 이상인 경우에 해당하는 부위를 제4 부위로 결정하고, 상기 제4 부위에 대응되는, 제2 농도분포 상의 부위를 제3 부위로 결정함.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 상관 관계는 상기 인간의 뇌의 복수의 부위가 상기 인간을 제외한 동물의 뇌의 복수의 부위와 해부학적으로 동일한 부위의 신경전달물질 농도의 분포를 기초로 획득되는
   방법.
   
8. 제 3항에 있어서,
   상기 영장류는 원숭이인
   방법.
   
9. 뇌 지도를 이용하여 특정한 신경전달물질을 증가 또는 감소시키는 약물의 효능 평가 방법으로,
   상기 방법은 뇌 내의 특정한 부위에서 상기 특정한 신경전달물질의 농도의 변화를 평가 지표로 이용하고, 이 때, 상기 뇌 내의 특정한 부위는 (a) 임의의 질병을 가진 인간과 (b) 상기 임의의 질병을 가지지 않는 인간에서, 상기 특정 신경전달물질의 농도 분포가 차이를 나타내는 인간의 뇌 내의 부위이며,
   이 때, 상기 뇌 지도는,
   인간의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제1 농도 분포 -와 인간을 제외한 동물의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 상기 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제2 농도 분포 -를 획득하고, 상기 획득된 제1 농도 분포 및 상기 획득된 제2 농도 분포에서 확인된 개별 신경전달물질의 농도 분포의 유사성을 기초로, 상기 인간의 뇌의 복수의 부위 및 상기 인간을 제외한 동물의 뇌의 복수의 부위를 서로 대응시킨 적어도 11개 이상의 상관 관계 데이터를 포함하는 제1 상관 관계; 및 상기 제2 농도 분포를 포함하는 뇌 지도이며,
   상기 평가방법은 다음을 포함함:
   상기 뇌 지도에서, 상기 뇌 내의 특정한 부위인 제2 부위에 대응되는, 인간을 제외한 동물의 제1 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및
   상기 인간을 제외한 동물에 상기 약물을 주입 전 및 주입 후에 상기 제1 부위에서의 제1 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;
   이 때, 상기 제2 부위는,
   (a)의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제3 농도 분포 - 와 상기 (b)의 뇌의 복수의 부위에서 획득한 샘플에 대해 질량분석을 수행하여 획득한 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질 농도 분포 - 이하 제4 농도 분포 - 를 획득한 후, 상기 제3 농도 분포와 상기 제4 농도 분포를 비교하여,
   상기 복수의 신경전달물질 중 가장 큰 차이가 나는 제1 신경전달물질로 결정하고, 상기 제1 신경전달물질이 분포하는 부위를 상기 제2 부위로 결정하고,
   상기 제1 부위는,
   상기 제2 부위에 대응되는, 제2 농도 분포 상의 부위를 제1 부위로 결정함.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 인간의 뇌의 복수의 부위는 Superior frontal gyrus, Middle frontal gyrus, Inferior frontal gyrus, Superior temporal gyrus, Middle temporal gyrus, Inferior temporal gyrus, Superior parietal lobule, Inferior parietal lobule, Orbital gyrus, Medial occipito-temporal gyrus, Lateral occipito-temporal gyrus, Calcarine sulcus, Parahippocampal gyrus, Medial prefrontal cortex, Insula, External capsule, Internal capsule, Corpus callosum, Claustrum, Anterior Cingulate gyrus, Posterior Cingulate gyrus, Rectus gyrus, Cerebellar cortex, White mater of cerebellum, Caudate Nucleus, Lentiform Nucleus, Putamen, Globus Pallidus, Nucleus Accumbens, Amygdala, Thalamus, Hypothalamus, Hippocampus, Dentate gyrus, Substantia nigra_Compacta, Substantia nigra_Reticulata, Red nucleus, Ventral tegmental area, Dentate Nuclei of cerebellum 및 Raphe of midbrain 중 적어도 2 이상을 포함하는
    방법.
    
11. 제 9항에 있어서,
    상기 인간을 제외한 동물은 영장류일 수 있고,
    상기 영장류의 뇌의 복수의 부위는 Cerebellar Cortex-White Mater, Cerebellar Cortex-Gray Mater, Frontal Cortex, Occipital Cortex, Temporal Cortex, Parietal Cortex, Orbital Cortex, Visual Cortex, Superior Colliculus, Lateral Geniculate Body, Medial Geniculate Body, VTA, Substantia Nigra, Hippocampus, Posterior Cingulate Cortex, Auditory Cortex, Somatosensory Cortex, Motor Cortex, Insula, Hypothalamus, Thalamus, Perirhinal Cortex, Entorhinal Cortex, Periamygdaloid cortex, Nucleus Accumbens, Putamen, Caudate Nucelus, Anterior Cingulate Cortex 및 Medial PFc 중 적어도 2 이상을 포함하는
    방법.
    
12. 제 9항에 있어서,
    상기 세로토닌, 도파민, 가바(GABA), 글루타메이트(glutamate) 및 이들의 대사체를 포함한 11종 이상의 복수의 신경전달물질은 tyramine, tryptamine, octopamine, 2-phenylalanine, GABA, glutamate, aspartic acid, glutamine, serotonin, 5-HIAA, norepinephrine, MHPG-sulfate, epinephrine, acetylcholine, choline, dopamine, DOPAC, HVA, 3-MT, substance P, beta-endorphine, Met-enkephalin, Leu-enkephalin, dynorphin A, agmatine, spermine, spermidine, putrescine 중 적어도 2 이상을 포함하는
    방법.
    
13. 제 9항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제1 부위에서 상기 제1 신경전달물질과 상이한 제2 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
14. 제 9항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 미세투석 대상 영역으로 선정한 상기 인간을 제외한 동물의 제1 부위와 상이한 제3 부위를 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 및
    상기 제3 부위에서 제2 신경전달물질의 농도 변화를 확인하는 단계;
    를 더 포함하고,
    이 때, 상기 제2 신경전달물질은 상기 제3 농도 분포와 상기 제4 농도 분포를 비교하여, 상기 복수의 신경전달물질 중 차이가 나는 신경전달물질 중 제1 신경전달물질과 상이한 것을 제2 신경전달물질로 결정하고,
    상기 제3 부위는 제1 농도분포 및 제2 농도분포를 이용하여 작성된 상기 뇌 지도를 참고하여 다음과 같이 결정됨:
    상기 제3 부위는 상기 제2 신경전달물질이 분포하는 부위를 제4 부위로 결정하여, 상기 제4 부위에 대응되는, 상기 제2 농도분포 상의 부위를 제3 부위로 결정함.
    
15. 제 9항에 있어서,
    상기 제1 상관 관계는 상기 인간의 뇌의 복수의 부위가 상기 인간을 제외한 동물의 뇌의 복수의 부위와 해부학적으로 동일한 부위의 신경전달물질 농도의 분포를 기초로 획득되는
    방법.
    
16. 제 11항에 있어서,
    상기 영장류는 원숭이인
    방법.
    
17. 제 1항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 미세투석 대상 영역으로 선정하는 단계; 후에
    상기 대상 영역으로부터 미세투석 샘플을 획득하기 위해, 미세투석 탐침(probe)을 고정하는 단계;를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하고,
    이 때, 상기 미세투석 탐침의 고정은 다음을 포함하는 방법으로 수행됨:
    상기 방법은,
    뇌의 표면 상의 습기를 제거함;
    상기 습기가 제거된 뇌의 표면에 메쉬(mesh)를 위치시키는 단계;
    상기 메쉬는 상기 뇌의 표면을 일정한 크기로 구획하는 와이어(wire) 및 상기 구획에 따라 생성되는 복수의 캐비티(cavity)를 포함하고,
    이 때, 상기 메쉬는 상기 미세투석 탐침이 고정되지 않고 탈락되는 것을 방지하기 위한 것이고,
    상기 인간을 제외한 동물의 뇌 내부로 상기 미세투석 탐침의 적어도 일부가 삽입되도록 상기 메쉬의 상기 복수의 캐비티 중 적어도 하나 이상에 미세투석 탐침을 삽입하는 단계; 및
    상기 인간을 제외한 동물의 뇌 표면에 상기 미세투석 탐침을 고정하기 위하여, 상기 미세투석 탐침이 삽입된 위치를 포함하는 소정의 범위에 접착제를 이용하여 상기 미세투석 탐침을 접착시키는 단계;
    를 포함함.

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