KR20120021694A - 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스, 상기 모델 마우스를 이용한 집중력 장애 질병 예방 및 완화 효과 검증 방법, 및 비특이적 t?타입 칼슘 억제제를 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물 - Google Patents

주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스, 상기 모델 마우스를 이용한 집중력 장애 질병 예방 및 완화 효과 검증 방법, 및 비특이적 t?타입 칼슘 억제제를 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스 및 이를 이용한 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물의 스크리닝 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 코발트 선을 전두엽의 우측에 삽입한 동물 모델이 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스로써 유용하며, 상기 동물 모델에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 하나인 에토숙시미드를 투여함으로써, 집중력 장애의 특징인 낮은 주파수의 뇌파, 과잉행동, 및 인지기능의 저하가 관찰되는 결과를 통하여 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스를 이용하여 집중력 장애 치료제 스크리닝에 활용할 수 있으며, 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 함유하는 조성물을 집중력 장애 예방 및 치료에 유용하게 사용할 수 있음을 확인하였다.

Description

주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스, 상기 모델 마우스를 이용한 집중력 장애 질병 예방 및 완화 효과 검증 방법, 및 비특이적 T?타입 칼슘 억제제를 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물{Attention deficit hyperactivity disorder model animal, method for evaluating prevention and alleviation of attention deficit disease,and composition comprising nonspecific T?type calcium channel blocker for prevention and treatment of attention deficit disease}
본 발명은 코발트 선을 삽입하여 제작된 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스, 이를 이용한 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물의 스크리닝 방법, 및 집중력 장애 질병 치료방법에 관한 것이다.
주의력 결핍 과잉 행동장애(Attention Deficit and Hyperactivity Disorder, 이하 ADHD)는 학령기 전후의 아동에게서 흔히 나타나는 정신과적 질환으로, 부주의(Inattention), 과잉행동(Hyperactivity), 충동성(Impulsivity)이 주된 증상이다. 이와 같은 주의 집중 부족과 과잉활동은 아동의 학습장애를 비롯한 다양한 심리사회적 장애들을 동반하며, 청소년기의 비행이나 일탈행동, 성인기에는 약물 남용 및 범죄 등을 야기시키는 원인이 될 수 있다고 보고되었다(Y. B. Lee, J. S. Shin, Korean journal of family social work, 2000; G. D. Kewley, British Medical Journal, 1998; L. B. Silver, Attention-deficit hyperactivity disorder, Washington, DC.: American Psychiatry Press, Inc. 1992).
주의력 결핍 과잉 행동장애의 원인에는 유전적 요인(R. A. Barkley. Attention deficit hyperactivity disorder: A handbook of diagnosis and treatment. New York: Guilford Press. 1990), 납 수치와 인스턴트식품의 식품첨가물에 대한 반작용으로 보는 생화학적 요인(G. David, J. Neal, Abnormal Psychology. John Wilry & Sons. 1976), 뇌에 전달하는 자극을 적절히 선택하는데 문제가 있다고 보는 견해(이효신, 정서학습장애연구. 16), 환경적 요인 즉 부모와 자녀와의 관계나 부모의 사회적 지위, 임신 중 산모의 흡연과 알콜 남용 등이 있다. 그러나, 사회심리적인 요인보다 신경생물학적 요인이 중요하다고 여겨지고 있으며 이에 따라 주의력 결핍 과잉 행동장애 치료를 위한 치료제 및 생물학적 요인에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
신경해부학적으로는 전두엽의 이상, 신경생화학적으로는 중추신경계의 신경전달물질의 이상이 연구되었으며, 신경생물학적으로는 전전두엽 피질(prefrontal cortex), 시상(thalamus), 도파민 중피질 돌기(dopaminergic mesocortical projection)의 기능에 이상에 관하여 연구되었다. 특히, 생물학적 요인으로 단일한 신경계의 발달 이상보다는, 고위 인지기능을 담당하는 여러 뇌 영역의 상호연관성의 이상으로 초래되는 비 균일한 질환군일 가능성이 제시되고 있다(Y. Frank, S. G. Pavlakis, Pediatric Neurology., 2001; 김붕년, 이동수, 조수철. 신경정신의학., 2000). 최근까지의 주의력 결핍 과잉 행동장애 환아를 대상으로 한 구조적, 기능적 뇌 영상연구에 따르면, 대체로 ADHD의 병태생리가 전두-선조회로(fronto-striatal tract)의 기능장애와 연관되어 있으며, 메틸페니데이트(Methylphenidate, MPH)에 의한 약물 효과는 이 영역에서의 도파민계의 기능변화와 연관되어 있다고 알려져 있다(M. H. Teicher, C. M. Anderson et al., Nat. Med., 2000; J. B. Schweitzer, D. O. Lee et al., Neuropsychopharmacology, 2003; E. Y. Oh, I. Hwang et al., J. Korean Soc. Biol. Ther. Psychiatri., 2003). 그러나, 주의력 결핍 과잉 행동장애가 발생되는 정확한 원인은 밝혀지지 않았으며, 상기의 원인들이 복합적으로 작용하여 발생한다고 추정한다(H. Mang, H. Chung, The Journal of Elementary Education., 2005).
주의력 결핍 과잉 행동장애의 증상은 도파민성 신경 외에도 전두엽의 신경회로를 조절하는 노르아드레날린성 신경의 조절과 연관이 있다. ADHD의 행동이 노르아드레날린성 신경과 도파민성 신경의 조절간에 불균형으로 초래된다는 연구도 보고된 바 있다. 포괄적으로는 Glutamatergic neurons와 GABA(g-aminobutyric acid)성 신경을 지배하는 카테콜라민류가 시냅스 후부에 미치는 영향력이 감소에 따른 것으로 추정된다(T. Sagvolden, T. Xu. Behav. Brain Funct. 4, 2008; E. B. Johansen, P. R. Killeen et al., Behav. Brain Funct. 3, 2007).
주의력 결핍 과잉 행동장애의 치료제로 가장 흔히 쓰이는 약물은 중추신경 흥분제로서, 국내에서는 메틸페니데이트(Methylphenidate)를 성분으로 하는 리탈린(Ritalin), 메틸펜(Methylphen) 등이 사용되고 있다. 이러한 약물은 부주의, 과잉행동 및 충동성 완화에 단기적인 효과를 나타내는 것으로 알려져 있으나, 장기적인 효과는 검증되지 못하였다(S. Kim, D. Ahn, Y. Lee, J. Korean Neuropsychiatr. Assoc. 4, pp683-699, 1998).
주의력 결핍 과잉 행동장애와 같은 집중력 장애 질병에는 정신분열증(schixophrenia), 전두엽 간질(Frontal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)이 있다. 이들의 공통적인 특징으로 행동 과잉 증상(hyperactivity)과 전두엽에서 증가된 낮은 진동수의 신경 진동(oscillation)이 있다(Callicott et al., 2000; Manoach et al., 2000, Barry et al., 2003; Wienbruch et al., 2003; Verkhliutov et al., 2006; Yoon et al., 2008; Kumari et al., 2009).
에토숙시미드(ethosuximide)는 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제로써, 간질(epilepsy) 치료제로써 사용되었다. 그 외에도, "T?타입 칼슘채널을 억제하여 불안 장애를 치료하는 방법(한국 등록특허 10-09582910000)"에서 에토숙시미드가 포함되는 조성물을 불안장애 치료에 사용한 바가 알려져 있으나, 집중력 장애 질병의 치료제로써 사용된 바는 알려진 바 없다. 상기 발명에 기재된 불안장애는 전두엽(frontal lobe)과 편도체(amygdala)를 중심으로 형성되는 공포에 대한 기억형성에 문제가 생기는 증상으로, 이러한 기능의 이상은 공포장애(phobic disorder), 범불안장애(generalized anxiety disorder), 강박장애(obsessive compulsive disorder), 외상 후 스트레스 장애(post-traumatic stress disorder), 신체형 장애(somatoform disorder), 해리성 장애(dissociative disorder) 및 인위성 장애(factitious disorder) 등에서 많이 발견된다. 불안장애는 감정(emotion)과 기억(memory)을 담당하는 뇌의 구조적인 문제점에 의하여 발생하므로, 주의력 결핍 과잉 행동 장애와 차이가 있다. 상기 발명은 감정과 기억을 생성하는 메커니즘을 이해하고 새로운 치료제를 개발하는데 도움이 되는 발명이다.
그러나, 본 발명은 주의력 결핍 과잉 행동 장애에 대한 이해에 바탕을 두고 있다. 본 발명자가 발견한 것은 기억과 감정의 생성이 아닌, 집중력(attention)의 생성과정을 이해하는데 바탕을 두고 있다. 집중력의 생성 과정은 많은 연구자들의 노력에도 불구하고, 아직 밝혀진 것이 거의 없는 실정이다. 집중력(attention deficit)장애는 주의력 결핍 과잉 행동 장애(Attention deficit hyperactivity disorder, ADHD)뿐 아니라, 정신분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Frontal lobe epilepsy), 자폐증(autism) 등에서도 대표적으로 관찰되는 증상이다. 그리고 이러한 집중력 장애는 사람이 사회적으로 적응하는데 큰 장애물로 작용하고 있는 실정이다. 또한, 과잉 행동 장애 증상에서 보이는 주의력 결핍 과잉 행동 (hyperactivity)와 상동증(stereotypic)이 역시 정신분열증에서도 보고되고 있으며, 전두엽에서만 관찰되는 낮은 진동수의 뇌파 또한 두 질병에서 모두 발견되고 있다. 또한, 임상 사례 보고서에서 환자에서 상기 두 질병의 양상이 같이 보고되는 경우가 많이 있다. 이러한 결과들을 바탕으로 과잉행동장애에서 보이는 집중력장애와 정신분열증에서 보이는 집중력장애는 공통된 기작을 가지고 있을 수도 있다고 예상할 수 있다.
이에, 본 발명자들은 코발트 선을 뇌에 삽입한 동물 모델을 제작하여, 상기 동물 모델의 전두엽에서 주의력 결핍 장애에서 관찰되는 낮은 주파수의 전기적 흥분, 행동 장애, 및 인지기능의 저하를 관찰하였으며, 아울러 상기 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 하나인 에토숙시미드를 투여함으로써, 전두엽에서 발생되는 스파이크(spike) 형태의 뇌파가 감소되는 결과를 통하여, 본 발명의 코발트 선이 삽입된 동물 모델은 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스로서 유용하며, 이를 이용하여 집중력 장애 치료제를 스크리닝할 수 있으며, 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 포함하는 조성물을 집중력 장애 치료용 조성물로써 사용할 수 있음을 밝힘으로써, 본 발명을 완성하였다.
한국 등록특허 10-09582910000
Barry RJ, Johnstone SJ, Clarke AR(A review of electrophysiology in attention-deficit/hyperactivity disorder: II. Event-related potentials. Clin Neurophysiol 114:184-198.2003). Callicott J, Bertolino A, Mattay V, Langheim F, Duyn J, Coppola R, Goldberg T, Weinberger D(Physiological dysfunction of the dorsolateral prefrontal cortex in schizophrenia revisited. Cerebral Cortex 10:1078-1092.2000). Huguenard JR(Block of T -Type Ca(2+) Channels Is an Important Action of Succinimide Antiabsence Drugs. Epilepsy Curr 2:49-52.2002). Kumari V, Peters ER, Fannon D, Antonova E, Premkumar P, Anilkumar AP, Williams SC, Kuipers E(Dorsolateral prefrontal cortex activity predicts responsiveness to cognitive-behavioral therapy in schizophrenia. Biol Psychiatry 66:594-602.2009). Manoach D, Gollub R, Benson E, Searl M, Goff D, Halpern E, Saper C, Rauch S(Schizophrenic subjects show aberrant fMRI activation of dorsolateral prefrontal cortex and basal ganglia during working memory performance. Biological Psychiatry 48:99-109.2000). Verkhliutov VM, Shchuchkin Iu V, Ushakov VL, Strelets VB, Pirogov Iu A([Estimation of localization and dipole moment of alpha- and theta-rhythm sources by cluster analysis in healthy subjects and schizophrenics]. Zh Vyssh Nerv Deiat Im I P Pavlova 56:47-55.2006). Wienbruch C, Moratti S, Elbert T, Vogel U, Fehr T, Kissler J, Schiller A, Rockstroh B(Source distribution of neuromagnetic slow wave activity in schizophrenic and depressive patients. Clin Neurophysiol 114:2052-2060.2003). Yoon JH, Minzenberg MJ, Ursu S, Walters R, Wendelken C, Ragland JD, Carter CS(Association of Dorsolateral Prefrontal Cortex Dysfunction With Disrupted Coordinated Brain Activity in Schizophrenia: Relationship With Impaired Cognition, Behavioral Disorganization, and Global Function. Am J Psychiatry 165:1006-1014.2008).
본 발명의 목적은 코발트 선(cobalt wire)을 뇌에 이식한 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스를 이용한 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 포함하는 집중력 장애 예방 및 치료용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 코발트 선(cobalt wire)을 뇌에 이식한 주의력 결핍 과잉 행동 모델을 제공한다.
또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법을 제공한다:
1) 피검 화합물 또는 조성물을 본 발명에 따른 주의력 결핍 행동 모델 마우스에 투여하는 단계;보
2) 단계 1)의 투여된 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 측정하는 단계; 및
3) 단계 2)의 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 피검 화합물 또는 조성물을 투여하지 않은 대조군과 비교하여, 뇌파의 스파이크(spike) 수가 감소된 피검 화합물 또는 조성물을 선별하는 단계.
아울러, 본 발명의 목적은 하기의 단계를 포함하는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법을 제공한다:
1) 피검 화합물 또는 조성물을 본 발명에 따른 주의력 결핍 행동 모델 마우스에 투여하는 단계;
2) 단계 1)의 투여된 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 행동장애 또는 인지기능을 측정하는 단계; 및
3) 단계 2)의 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 피검 화합물 또는 조성물을 투여하지 않은 대조군과 비교하여, 행동장애 또는 인지기능이 감소된 피검 화합물 또는 조성물을 선별하는 단계.
또한, 본 발명은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 건강식품을 제공한다.
아울러, 본 발명은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제를 제공한다.
본 발명의 코발트 선을 삽입한 동물 마우스은 집중력 장애의 특징인 낮은 주파수의 증가된 전기 흥분, 과잉행동, 및 인지기능의 저하가 관찰되므로, 이를 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스로써 유용하게 사용할 수 있으며, 상기 증상을 공통적으로 보이는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝에 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 주의력 과잉 행동 모델 마우스 모델에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 하나인 에토숙시미드를 투여함으로써, 뇌파에서 관찰되는 스파이크(spike) 수가 감소하므로, 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 포함하는 조성물을 집중력 장애 질병 치료용으로 유용하게 사용할 수 있다.
도 1은 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델을 제작 및 실험 수행기간을 나타낸 그림이다:
도 1의 A는 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 제작 및 행동을 측정하기 위하여 코발트 선과 EEG 전극봉을 삽입한 위치를 나타낸 그림이다;
Cobalt-wire: 코발트 선 삽입 위치(구체적으로 위치를 기재하여 주시기 바랍니다.)
FR:오른쪽 전두엽;
FL:왼쪽 전두엽;
TR:오른쪽 측두엽;
TL:왼쪽 측두엽;
도 1의 B는 코발트 선(Cobalt wire)을 삽입한 이후, EEG 변화 및 행동 분석을 수행한 기간을 나타낸 그림이다
도 2는 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델에서 EEG 기록을 나타낸 그림이다:
control: 무삽입 대조군;
cobalt_theta: 코발트 선을 삽입한 쥐에서 관찰되는 4 ~ 7 Hz의 진동수의 뇌파;
cobalt_spike: 코발트 선을 삽입한 쥐에서 관찰되는 1~ 4 Hz의 진동수의 스파이크 형태의 뇌파;
FR:오른쪽 전두엽; 및
FL:왼쪽 전두엽.
도 3은 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 행동 변화 및 인지기능 변화를 측정한 결과이다:
도 3의 A는 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 행동성 정량을 위한 개방장(openfield) 검사 결과를 나타낸 그래프이다;
○ cotrol: 무삽입 대조군;
■ cobalt≤6d: 코발트 선 삽입 6일 이하의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델;
◆ cobalt≤14d: 코발트 선 삽입 14일 이하의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델;
▲ cobalt≥28d: 코발트 선 삽입 28일 이상의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델;
도 3의 B는 개방장 검사에서 관찰되는 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 행동성을 비디오를 통하여 관찰한 결과이다;
Con: 무삽입 대조군
Co: 코발트 선을 삽입 28일 이상의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델;
도 3의 C는 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 공포 학습 기억 검사(conditioned fear learning test) 결과를 나타낸 그래프이다;
□ cotrol: 무삽입 대조군;
■ cobalt: 코발트 선을 삽입 28일 이상의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델;
context: 공포가 생성된 장소를 기억하고 있는지를 테스트한 군; 및
cue: 공포와 연결된 소리를 기억하고 있는지를 테스트한 군.
도 4는 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델 마우스에 에토숙시미드(ethosuximide)를 주입한 후 발생되는 스파이크 형태의 뇌파 수를 관찰한 그래프이다:
**: P<0.01;
○ Saline: 식염수를 투여한 대조군; 및
● Etho: 에토숙시미드를 투여한 실험군.
도 5는 구리선, 알루미늄선, 및 코발트 선을 삽입한 동물 모델 마우스의 스파이크 형태를 관찰한 그래프이다:
도 5의 A는 구리선을 삽입한 동물 모델 마우스의 스파이크 형태를 관찰한 그래프이다;
F: 오른쪽 전두엽;
MD: 시상핵(mediodorsal thalamus, MD);
T: 왼쪽 측두엽;
도 5의 B는 알루미늄 선을 삽입한 동물 모델 마우스의 스파이크 형태를 관찰한 그래프이다;
F: 오른쪽 전두엽;
MD: 시상핵(mediodorsal thalamus, MD);
T: 왼쪽 측두엽;
도 5의 C는 구리선, 알루미늄 선, 및 코발트 선을 삽입한 동물 모델과 무삽입 동물 모델에서 관찰되는 스파이크 수를 나타낸 그래프이다;
Cu: 구리를 삽입한 군;
Al: 알루미늄을 삽입한 군; 및
Co: 코발트 선을 삽입한 군.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기의 단계에 의해서 제작된 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스를 제공한다:
1) 코발트 선(cobalt wire)을 마우스의 뇌의 오른쪽 전두엽 측면에 이식하는 단계;
2) 코발트 선을 이식한 후, 상기 마우스의 뇌를 봉합시키는 단계; 및
3) 집중력 장애 질병을 나타내는 마우스를 선별하는 단계를 포함하는 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스.
본 발명의 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스는 상기의 단계에 의해서 제작되는 것이 바람직하나, 상기의 단계에 한정되지 않는다.
상기 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스 제작은 스테레오텍식(stereotaxic) 에 마우스(10 ~ 20주 사이의 C57BL/6J ) 의 머리를 고정한 후, 코발트 선(Alfa Aesar)을 스테레오텍식(stereotaxic)의 부품인 홀더(holder)를 이용하여 삽입하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스 제작에 있어서, 단계 1)의 코발트 선은 코발트 선은 1.3mm (깊이), 0.5mm (직경)인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 또한, 단계 1)의 코발트 선은 오른쪽 전두엽 측면에 1.0 내지 1.5 mm 깊이로 삽입되는 것이 바람직하나, 1.3 mm 깊이로 삽입되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델을 제작하였다(도 1 참조). 코발트 선(cobalt wire)을 뇌에 삽입하여 제작된 동물 모델에서 간질이 유발된다 것이 알려져 있으나(Chang et al., Epilepsy Research, 2004), 이를 주의력 결핍 과잉 행동 장애 동물 모델로써 이용한 바는 알려지지 않았다. 이에, 본 발명자들은 코발트 선을 삽입한 마우스를 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물로써 사용할 수 있는지를 확인하기 위하여, 집중력 장애 질병에서 관찰되는 특징적인 뇌파, 행동, 및 인지 기능을 관찰하였다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 코발트 선을 우측 전두엽에 삽입한 마우스의 뇌전도(EEG)를 분석하였다. 상기 동물 모델 마우스의 좌, 우측 전두엽 및 측두엽에 삽입한 EEG 전극봉을 통하여 뇌파를 관찰한 결과, 코발트 선이 삽입된 우측 전두엽에서만 낮은 진동수의 뇌파가 증가하였으며, 보다 구체적으로 4 ~ 7 Hz의 세타(theta oscillation)파가 먼저 시작된 후, 1 ~ 4 Hz의 스파이크 형태가 관찰되었다. 이러한 뇌파는 코발트 선이 삽입되지 않은 좌측 전두엽에서는 관찰되지 않았다(도 2 참조).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 코발트 선을 삽입한 마우스에 행동, 및 인지기능 변화를 관찰하였다. 코발트 선을 삽입한 후, 6일, 14일, 및 28일이 경과한 시점에서 개방장 검사(open-field test)를 통해서 행동을 모니터링한 결과, 대조군에 비하여 코발트 선을 삽입한 마우스에서 활동성이 현저하게 증가한 것을 관찰할 수 있었다(도 3의 A 참조). 이러한 경향성은 코발트 선을 삽입한 기간이 길어질수록 증가하였으며, 보다 구체적으로 상기 활동성을 주의력 결핍 과잉 장애 동물 모델의 자취를 그리는 실험을 통해 분석한 결과, 코발트 선을 삽입한 마우스의 움직임에서 반복적으로 한쪽 방향으로 도는 행동인 상동증(stereotypy)이 관찰되는 것을 확인할 수 있었다(도 3의 B 참조). 상기 상동증은 주의력 결핍 과잉 행동 장애나 정신분열증에서 대표적으로 관찰된다고 보고되고 있다(Jones, Comprehensive Psychiatry, 1965; Davids et al., Brain Research Reviews, 2003). 또한, 주의력 결핍 과잉 행동장애 질병에서 많이 관찰되는 기억력 감퇴가 코발트 선을 삽입한 마우스에서도 나타나는지 확인하기 위하여, 공포 학습 기억 검사(conditioned fear learning test)를 수행한 결과, 대조군에 비하여 코발트 선이 삽입된 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델은 현저히 기억력이 감소되는 것을 관찰할 수 있었다(도 3의 C 참조). 따라서, 본 발명의 코발트 선을 삽입한 마우스에서 집중력 장애 질병의 특징인 낮은 진동수의 뇌파, 상동증, 및 인지기능의 저하가 관찰되므로, 코발트 선을 삽입한 마우스를 주의력 결핍 과잉 행동장애 모델 마우스로써 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물에서 관찰되는 행동장애의 증상을 완화시키기 위하여, T-타입 칼슘 채널의 억제제로 사용되는 에토숙시미드(ethosuximide)를 처리한 결과, 대조군인 식염수를 처리한 군에 비하여, 전두엽에서 관찰되는 스파이크(spike) 수가 현저히 감소함을 알 수 있었다(도 4 참조). 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제에는 상기 에토숙시미드 이외에도 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과 Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 +Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)가 있으며, 이러한 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 본 발명의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물에 투입하였을 때, 행동장애 증상을 완화시킬수 있을 것이다.
아울러, 본 발명의 구체적인 실시예에 사용된 대조군 무삽입 마우스를, 대조군으로써 유용한지를 확인하기 위하여, 본 발명자들은 코발트 선 이외의 구리 선 및 알루미늄 선을 코발트 선 대신 마우스의 오른쪽 전두엽에 삽입하였다. 그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 코발트 선을 삽입한 마우스의 EEG에서 관찰되는 스파이크 형태의 뇌파가 관찰되지 않았으며, 이러한 결과는 아무것도 삽입하지 않은 무삽입 대조군과 유사한 결과를 보였다. 즉, 무삽입 대조군을 코발트 선을 삽입한 마우스에 대한 대조군으로 유용하게 사용할 수 있으며, 본 발명에 따른 동물 모델에서 관찰되는 스파이크 형태의 뇌파는 삽입되는 코발트 선에 의해서 발생하는 것임을 확인할 수 있었다(도 5 참조).
따라서, 코발트 선을 삽입한 동물 마우스에서, 집중력 장애 질병의 특징인 낮은 주파수의 뇌파, 행동장애, 및 인지 기능의 저하가 관찰되므로, 이를 주의력 결핍 과잉 행동장애 모델 마우스로써 유용하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법을 제공한다.
1) 피검 화합물 또는 조성물을 본 발명에 따른 주의력 결핍 행동 모델 마우스에 투여하는 단계;
2) 단계 1)의 투여된 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 측정하는 단계; 및
3) 단계 2)의 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 피검 화합물 또는 조성물을 투여하지 않은 대조군과 비교하여, 뇌파의 스파이크(spike) 수가 감소된 피검 화합물 또는 조성물을 선별하는 단계.
상기 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법은 상기의 단계를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 코발트 선을 삽입한 동물 마우스는 집중력 장애의 특징인 낮은 주파수의 뇌파, 행동장애, 및 인지기능의 저하가 관찰되므로, 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스 마우스로써 유용하므로, 이를 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법에 활용할 수 있다.
또한, 본 발명은 하기의 단계를 포함하는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법을 제공한다:
1) 피검 화합물 또는 조성물을 본 발명에 따른 주의력 결핍 행동 모델 마우스에 투여하는 단계;
2) 단계 1)의 투여된 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 행동장애 또는 인지기능을 측정하는 단계; 및
3) 단계 2)의 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 피검 화합물 또는 조성물을 투여하지 않은 대조군과 비교하여, 행동장애 또는 인지기능이 감소된 피검 화합물 또는 조성물을 선별하는 단계.
상기 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법은 상기의 단계를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법에 있어서, 행동장애는 개방장 검사, 수중 미로 실험(Water maze), 새로운 물건 검사(Noble object test), 새로운 인식 검사(Noble recognition test)로 구성된 군으로부터 선택되는 방법을 통해서 행동장애를 측정하는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다. 또한, 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법에 있어서, 인지기능은 공포 학습 기능 기억 검사, 전-펄스 억제 검사(pre-pulse inhibition test), 증가된 펄스 메이즈(고가식 십자미로실험)(elevated plus maze)로 구성된 군으로부터 선택되는 방법을 통해서 인지기능을 측정하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 주의력 결핍 장애에서 보이는 행동 및 인지 장애는 계획, 임펄스 조절(impulse control), 목적 관리, 행동의 자율 조정(self-correction of behavior), 집중력 조절(attention control), 및 워킹 메모리(working memory)과 같은 관리 기능에 문제가 있는 경우를 일컫는다.
또한, 본 발명은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물을 제공한다.
상기 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), 에토숙시마이드(ethosuximide), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과 Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 +Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 에토숙시마이드(ethosuximide)인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예를 통하여, 코발트 선을 삽입한 동물 마우스를 주의력 결핍 과잉 행동장애 모델 마우스로써 유용하게 사용할 수 있으며, 상기 동물 모델에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 하나인 에토숙시미드를 투여함으로써 집중력 장애 질병의 증상이 감소하므로, 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 포함하는 조성물을 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물로서 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 치료학적으로 유효한 양은 여러 요소, 예를 들면 투여방법, 목적부위, 환자의 상태 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 인체에 사용 시 투여량은 안전성 및 효율성을 함께 고려하여 적정량으로 결정되어야 한다. 동물실험을 통해 결정한 유효량으로부터 인간에 사용되는 양을 추정하는 것도 가능하다. 유효한 양의 결정시 고려할 이러한 사항은, 예를 들면 Hardman and Limbird, eds., Goodman and Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics, 10th ed.(2001), Pergamon Press; 및 E.W. Martin ed., Remington's Pharmaceutical Sciences, 18th ed.(1990), Mack Publishing Co.에 기술되어있다.
본 발명의 조성물은 또한 생물학적 제제에 통상적으로 사용되는 담체, 희석제, 부형제 또는 둘 이상의 이들의 조합을 포함할 수 있다. 약제학적으로 허용 가능한 담체는 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 생체내 전달에 적합한 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, Merck Index, 13th ed., Merck & Co. Inc. 에 기재된 화합물, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로스 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 이용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한, 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주이용 제형, 환약, 캡슐, 과립 또는 정제로 제제화할 수 있다. 더 나아가 당 분야의 적정한 방법으로 또는 Remington's Pharmaceutical Science(Mack Publishing Company, Easton PA, 18th, 1990)에 개시되어 있는 방법을 이용하여 각 질환에 따라 또는 성분에 따라 바람직하게 제제화할 수 있다.
본 발명의 조성물에 추가로 동일 또는 유사한 기능을 나타내는 유효성분을 1종 이상 함유할 수 있다. 본 발명의 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여 상기 단백질을 0.0001 내지 10 중량%로, 바람직하게는 0.001 내지 1 중량%를 포함한다.
조성물은 목적하는 방법에 따라 비경구 투여(예를 들어 정맥 내, 피하, 복강 내 또는 국소에 적용)하거나 경구 투여할 수 있으나, 비경구 투여하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
비경구 투여를 위한 제제로는 각각 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 멸균된 수용액, 액제, 비수성용제, 현탁제, 에멀젼, 시럽, 좌제, 에어로졸 등의 외용제 및 멸균 주사제제의 형태로 제형화하여 사용될 수 있으며, 바람직하게는 크림, 젤, 패취, 분무제, 연고제, 경고제, 로션제, 리니멘트제, 파스타제 또는 카타플라스마제의 피부 외용 약학적 조성물을 제조하여 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 국소 투여의 조성물은 임상적 처방에 따라 무수형 또는 수성형일 수 있다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
경구투여를 위한 고형제제에는 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 연질캅셀제, 환 등이 포함된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제, 에어로졸 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.
투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도 등에 따라 그 범위가 다양하다. 본 발명에 따른 조성물의 일일 투여량은 0.0001 ㎎ ~ 300 ㎎이며, 바람직하게는 0.001 ㎎ ~ 200 ㎎이며, 하루 일 회 내지 수회에 나누어 투여하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 건강식품을 제공한다.
상기 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 건강식품에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), 에토숙시마이드(ethosuximide), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과 Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 +Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 에토숙시마이드(ethosuximide)인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예를 통하여, 코발트 선을 삽입한 동물 마우스를 주의력 결핍 과잉 행동장애 모델 마우스로써 유용하게 사용할 수 있으며, 상기 동물 모델에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 한 종류인 에토숙시미드를 투여함으로써 집중력 장애 질병의 증상이 감소하므로,비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 포함하는 조성물을 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물로서 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 식품학적으로 허용된 담체와 혼합하여 식품 조성물로서 제공될 수 있다.
본 발명의 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 식품 또는 음료 첨가물로 사용할 경우, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용되고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 혼합양은 그의 사용목적(예방, 건강 또는 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에, 장기간 복용이 가능하다.
상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 물질을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 초콜릿류, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알코올 음료 및 비타민 복합제 등이 있다.
음료수로 제형화할 경우에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제 이외에 첨가되는 액체 성분으로는 이제 한정되지는 않으나, 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드(예, 포도당, 과당 등), 디사카라이드(예, 말토오스, 수크로오스 등) 및 폴리사카라이드(예, 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당), 및 자일리톨, 소르비톨, 에리스리톨 등의 당 알코올이다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖ 당 일반적으로 약 1 내지 20 g, 바람직하게는 약 5 내지 12 g이다. 상술한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제[타우마린, 스테비아 추출물(예, 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등)] 및 합성 향미제(예, 사카린, 아스파르탐 등)를 사용할 수 있다.
다른 양태로서, 본 발명의 식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 증진제 (치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 또한 본 발명의 식품 조성물은 과일 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있으며, 이러한 첨가제의 비율은 조성물 전체 중량당 0.001 내지 50 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
아울러, 본 발명은 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제를 제공한다.
상기 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), 에토숙시마이드(ethosuximide), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과 Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 +Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 에토숙시마이드(ethosuximide)인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예를 통하여, 코발트 선을 삽입한 동물 마우스를 주의력 결핍 과잉 행동장애 모델 마우스에 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 하나인 에토숙시미드를 투여함으로써 집중력 장애 질병의 증상이 감소하므로, 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 포함하는 조성물을 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제로서 유용하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 사료 조성물은 발효사료, 배합사료, 펠렛형태 및 사일레지 등의 형태로 제조될 수 있으며, 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 본 발명의 사료에 첨가되는 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제의 유효량은 성물 전체 중량당 0.001 내지 50 중량부의 범위에서 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예, 실험예 및 제조예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예, 실험예 및 제조예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예, 실험예 및 제조예에 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 1> 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 제작
10 ~ 20 주령되는 C57BL/6J 마우스(바이오모델시스템파크)를 한국과학기술연구원(Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST)의 실험동물운영위원회 규정에 따라 마우스를 사육 및 취급하였다. 마우스는 물과 사료에 자유롭게 접근할 수 있는 상태로 유지되었으며, 명암 주기는 12시간이었다.
저산소증을 일으킨다고 보고된 코발트 선을 오른쪽 전두엽에 삽입하여, 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델을 제작하였다.
주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스 제작은 스테레오텍식(stereotaxic) 에 마우스(10 ~ 20주 사이의 B6 마우스)의 머리를 고정한 후, 코발트 선(Alfa Aesar)을 스테레오텍식(stereotaxic)의 부품인 홀더(holder)를 이용하여 삽입한다. 코발트 선은 코발트 선은 1.3mm (깊이)0.5mm (직경)(Alfa Aesar)를 오른쪽 전두엽 측면에 1.3 mm 깊이로 삽입하였다. EEG 전극봉을 코발트 선과 같이 넣어 수술할 경우 덴탈 시멘트(dental sement)를 이용하여 봉합하였다. EEG 전극봉을 넣지 않고 행동실험을 위한 수술일 경우, 수술용 실을 이용하여 봉합하였다.
< 실험예 1> 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 뇌파 관찰
본 발명자들은 상기 <실시예 1>의 코발트 선을 오른쪽 전두엽에 삽입하여 제작한 동물 모델이 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델로써 이용할 수 있는지 확인하기 위하여, 과잉 행동장애 질병의 특징적인 뇌파를 관찰하였다.
상기 동물 모델의 뇌파(electroencephalogram, EEG) 측정을 위해 좌, 우측 전두엽과 좌, 우측 측두엽에 EEG 전극을 삽입한 후, 30일 동안 뇌파를 관찰하였다. 코발트 선을 삽입함과 동시에 EEG 전극을 삽입하였다. 코발트 선과 같이 스테레오텍식(stereotaxic) 기계를 이용하여 좌표를 계산하여 위치를 잡고 EEG 전극을 삽입하였다. 코발튼 선 및 EEG 전근을 삽입한 후,3~4일의 회복기를 보낸 후 비디오레코딩과 동시에 EEG 레코딩을 수행 하였다.
코발트 선 및 EEG 전극봉을 삽입한 후, 4일의 회복기를 보낸 C57BL/6J 마우스 10 마리를 EEG 챔버(EEG chamber, 정사각형 바닥의 박스)에 자유롭게 돌아다닐 수 있도록 넣은 뒤, EEG 신호를 Grass model 7H polygraph(Grass Technologies, USA)을 이용하여 증폭한 뒤, DIGIDATA 1320A(Molecular Devices, USA)를 통하여 500 Hz의 샘플링 속도(sampling rate)에서 디지털화하였다. 그 뒤, pClamp9.2 software(Molecular Devices, USA)를 이용하여 데이터를 얻었다.
그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델에서 코발트 선이 삽입된 우측 전두엽에서만 낮은 진동수의 뇌파가 증가하였으며, 1 ~ 7 Hz의 세타파(theta oscillation)가 시작된 후, 1 ~ 4 Hz의 스파이크(spike) 형태의 뇌파가 관찰되었다. 이러한 스파이크 형태의 뇌파는 코발트 선이 삽입되지 않은 좌측 전두엽에서는 관찰되지 않았다(도 2).
< 실험예 2> 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 행동 변화, 및 인지기능 변화 측정
본 발명자들은 상기 <실시예 1>의 코발트 선을 오른쪽 전두엽에 삽입하여 제작한 동물 모델이 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델로써 이용할 수 있는지 확인하기 위하여, 과잉 행동장애 질병의 특징적인 행동을 확인하고자하였다.
코발트 선을 삽입한 시간에 따라서, 6일(n=5), 14일(n=5), 및 28일(n=9) 이하로 나누어, 코발트 선을 삽입하지 않은 대조군 마우스(n=9)와 행동을 비교하였다. 마우스는 개방장 검사 키트(아크릴로 만들어진 사각형 바닥의 상자, 40×40× 50 cm의 가운데에 조심스럽게 넣은 뒤, 상기 키트 안에서 1시간 및 1/2 주기 동안 이동한 거리를 디지털 비디오 기록에 의해서 5분 간격으로 모니터링하였다. 개방장 검사는 18시에서 22시 사이에 수행되었으며, 비디오 영상을 분석하기 위하여, EthoVision(Noduls, USA)을 이용하였다.
개방장 검사(open-field test,40×40× 50 cm)를 이용해 행동 증상을 정량한 결과, 도 3의 A에 나타난 바와 같이, 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델은 코발트 선을 삽입한 시간이 길어질수록, 이동하는 거리가 많아졌으며, 이러한 경향성은 코발트 선을 삽입하지 않은 대조군에 비하여, 현저하게 증가한 것을 관찰할 수 있었다(도 3의 A).
또한, 코발트 선 삽입 후 28일이 경과한 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 자취를 EthoVision(Noduls, USA)를 이용하여 분석한 결과, 코발트 선을 삽입한 마우스의 움직임에서 반복적으로 한쪽 방향으로 도는 상동증(stereotype)이 관찰되었다(도 3의 B).
< 실험예 3> 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 인지기능 변화 측정
본 발명자들은 상기 <실시예 1>의 코발트 선을 오른쪽 전두엽에 삽입하여 제작한 동물 모델이 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델로써 이용할 수 있는지 확인하기 위하여, 과잉 행동장애 질병에서 관찰되는 인지기능의 저하가, 본 발명의 동물 모델에서 관찰되는지 확인하고자 공포 학습 기억 검사를 수행하였다.
공포 학습 기억 검사(fear conditioning test)를 수행하기 위하여, 첫째날 특정 소리를 주면서 전기자극을 반복적으로 줘서 마우스가 공포를 기억하게 만들었다. 그리고 둘째 날 두 가지의 테스트를 수행하였는데, 첫번째는 첫째날 전기자극을 받았던 그 공간에 대한 기억을 하고 있나(context)에 대한 것을 확인하였으며, 두 번째는 전기자극을 받을 때 나오던 소리를 기억하고 있나(cue)를 테스트하였다. 기억 여부를 확인하기 위하여 마우스의 움직이지 않는 시간(freezing time)을 측정하였다. 마우스는 공포를 느끼는 경우 움직임이 나타나지 않기 때문에, 만일 쥐가 만약 기억을 하고 있을 경우 움직이지 않는 시간(freezing time)이 길 것이고, 그렇지 않은 경우 움직이지 않는 시간(freezing time)이 줄어들게 된다. 이러한 시간을 측정하여 코발트 선을 넣은 마우스의 인지기능을 검사하고자 하였다.
그 결과, 도 3의 C에 나타난 바와 같이, 코발트 선이 삽입된 동물 모델에서 인지기능이 저하된 것을 관찰할 수 있었다. 즉, 코발트 선을 넣은 마우스의 경우, 공간(context)과 소리(cue) 검사 모두에서 움직이지 않는 시간(freezing time)이 현저히 낮아진 것을 볼 수 있는데, 이것은 코발트 선을 넣은 마우스는 전기자극의 아픔을 제대로 기억하지 못하고 있다는 것을 알려준다.
< 실험예 4> 에토숙시미드에 의한 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 뇌파 변화 관찰
상기 <실험예 1>에서 관찰된 바와 같이, 본 발명의 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델은 전두엽에서 특징적으로 낮은 진동수의 전기적 신호가 증가하였다. 이러한 전기적 흥분을 완화시키기 위하여, 불특정 T-타입 칼슘 채널의 억제제(Huguenard, 2002)로 알려진 에토숙시미드를 과잉 행동장애 마우스 모델에 처리하였다.
에토숙시미드(Sigma-aldrich, USA)를 150 ㎎/㎏의 농도로 코발트 선을 삽입한 7 ~ 9일 경과한 주의력 결핍 과잉 행동장애 동물 모델의 복강에 투여한 후, 1시간 동안 뇌파의 변화를 관찰했다. 자유롭게 움직일 수 있는 정육면체의 뇌파 검사실 안에서 약물 처리 전 30분부터 뇌파를 기록하기 시작했다. 에토숙시미드 투여 전후의 뇌파에서 관찰되는 스파이크(spike) 수를 비교한 결과, 에토숙시미드를 처리하였을 경우, 식염수(saline)를 투여한 대조군에 비해 전두엽에서 관찰되는 스파이크(spike) 수가 현저히 감소하였다. 이로써, 에토숙시미드는 전두엽의 과잉된 전기적 신호를 완화함으로써 과잉 행동장애(hyperactivity)의 증상을 완화시킬 수 있음을 의미한다(도 4).
< 실험예 5> 코발트 선 이외의 물질삽입에 의한 뇌파변화 관찰
코발트 선 이외의 다른 금속물질에 의한 뇌파변화를 확인하기 위하여, 본 발명자들은 구리선과 알루미늄 선을 상기 코발트 선을 삽입한 방식을 이용하였다.
스테레오텍식(stereotaxic)에 마우스(10 ~ 20주 사이의 B6 마우스)의 머리를 고정한 후, 코발트 선(Alfa Aesar), 구리선, 및 알루미늄 선을 각각을 스테레오텍식(stereotaxic)의 부품인 홀더(holder)를 이용하여 삽입한다. 코발트 선은 1.3mm (깊이)0.5mm (직경)의 코발트 선(Alfa Aesar)을 오른쪽 전두엽 측면에 1.3 mm 깊이로 삽입하였다. 또한, 구리선 및 알루미늄선을 동일한 위치인 오른쪽 전두엽 측면에 1.3 mm 깊이로 삽입하였다. 0.5mm(직경), 1.3mm(깊이)의 구리선 및 알루미늄선(Alfa Aesar)삽입한 후, EEG 전극봉을 같이 넣어 수술한 뒤, 덴탈 시멘트(dental sement)를 이용하여 봉합하였다.
그 결과, 도 5에 나타난 바와 같이 구리선 및 알루미늄 선을 삽입한 군에서는 코발트 선에서 관찰되는 스파이크 형태의 뇌파가 관찰되지 않았으며, 이러한 경향성은 마우스 전두엽에 아무것도 삽입하지 않은 무삽입 대조군과 유사하였다(도 5). 따라서, 본 발명의 무삽입 동물 모델 마우스를 대조군으로써 사용할 수 있음을 확인할 수 있었다.
하기에 본 발명의 조성물을 위한 제조예를 제시한다.
< 제조예 1> 약학적 제제의 제조
<1-1> 산제의 제조
에토숙시미드 2 g
유당 1 g
상기의 성분을 혼합하고 기밀포에 충진하여 산제를 제조하였다.
<1-2> 정제의 제조
에토숙시미드 100 ㎎
옥수수전분 100 ㎎
유 당 100 ㎎
스테아린산 마그네슘 2 ㎎
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조하였다.
<1-3> 캡슐제의 제조
에토숙시미드 100 ㎎
옥수수전분 100 ㎎
유 당 100 ㎎
스테아린산 마그네슘 2 ㎎
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 캡슐제의 제조방법에 따라서 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조하였다.
<1-4> 환의 제조
에토숙시미드 1 g
유당 1.5 g
글리세린 1 g
자일리톨 0.5 g
상기의 성분을 혼합한 후, 통상의 방법에 따라 1 환 당 4 g이 되도록 제조하였다.
<1-5> 과립의 제조
에토숙시미드 150 ㎎
대두 추출물 50 ㎎
포도당 200 ㎎
전분 600 ㎎
상기의 성분을 혼합한 후, 30% 에탄올 100 ㎎을 첨가하여 60℃에서 건조하여 과립을 형성한 후 포에 충진하였다.
<제조예 2> 식품의 제조
<2-1> 과자 및 분식의 제조
본 발명의 실시예<1-1> 추출물 0.5~5.0 중량부를 밀가루에 첨가하고, 이 혼합물을 이용하여 빵, 케이크, 쿠키, 크래커 및 면류를 제조하여 건강 증진용 식품을 제조하였다.
<2-2> 유제품의 제조
본 발명의 실시예<1-1> 추출물 5~10 중량부를 우유에 첨가하고, 상기 우유를 이용하여 버터 및 아이스크림과 같은 다양한 유제품을 제조하였다.
<2-3> 선식의 제조
현미, 보리, 찹쌀, 율무를 공지의 방법으로 알파화시켜 건조시킨 것을 배전한 후 분쇄기로 입도 60 메쉬의 분말로 제조하였다.
검정콩, 검정깨, 들깨도 공지의 방법으로 쪄서 건조시킨 것을 배전한 후 분쇄기로 입도 60 메쉬의 분말로 제조하였다.
본 발명의 본 발명의 실시예<1-1> 추출물을 진공 농축기에서 감압 농축하고, 분무, 열풍건조기로 건조하여 얻은 건조물을 분쇄기로 입도 60 메쉬로 분쇄하여 건조분말을 얻었다.
상기에서 제조한 곡물류, 종실류 및 본 발명의 실시예<1-1> 추출물의 건조분말을 다음의 비율로 배합하여 제조하였다.
곡물류(현미 30 중량부, 율무 15 중량부, 보리 20 중량부),
종실류(들깨 7 중량부, 검정콩 8 중량부, 검정깨 7 중량부),
본 발명의 실시예<1-1> 추출물의 건조분말(3 중량부),
영지(0.5 중량부), 및
지황(0.5 중량부)
< 제조예 3> 음료의 제조
본 발명의 실시예<1-1> 추출물 1000 ㎎
구연산 1000 ㎎
올리고당 100 g
매실농축액 2 g
타우린 1 g
정제수를 가하여 전체 900 ㎖
통상의 건강음료 제조방법에 따라 상기의 성분을 혼합한 다음, 약 1시간 동안 85℃에서 교반 가열한 후, 만들어진 용액을 여과하여 멸균된 2 ℓ용기에 취득하여 밀봉 멸균한 뒤 냉장 보관한 다음 본 발명의 건강식품 제조에 사용한다.
상기 조성비는 비교적 기호 음료에 적합한 성분을 바람직한 실시예로 혼합 조성하였지만, 수요계층, 수요국가, 사용 용도 등 지역적, 민족적 기호도에 따라서 그 배합비를 임의로 변형 실시하여도 무방하다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 코발트 선을 이용하여 제작한 ADHD 모델 동물은 집중력 장애의 특징인 행동과잉증상(hyperactivity) 및 전두엽의 비정상적인 전기적 흥분(prefrontal hyper-excitability)을 보이며, 이러한 증상은 에토숙시미드(ethosuximide)의 투여에 의하여 감소되므로, 에토숙시미드를 과잉행동 증상을 공통적으로 보이는 집중력 장애 증상의 예방 및 치료용 조성물로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (20)

1) 코발트 선(cobalt wire)을 마우스의 뇌의 오른쪽 전두엽 측면에 이식하는 단계;
2) 코발트 선을 이식한 후, 상기 마우스의 뇌를 봉합시키는 단계; 및
3) 집중력 장애 질병을 나타내는 마우스를 선별하는 단계를 포함하는 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스.
제 1항에 있어서, 코발트 선은 직경이 0.5 mm이며, 깊이가 1.3 mm인 것을 특징으로 하는 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스.
제 1항에 있어서, 단계 1)의 코발트 선은 오른쪽 전두엽 측면에 1.0 내지 1.5 mm 깊이로 삽입되는 것을 특징으로 하는 주의력 결핍 과잉 행동 모델 마우스.
1) 피검 화합물 또는 조성물을 제 1항의 주의력 결핍 행동 모델 마우스에 투여하는 단계;
2) 단계 1)의 투여된 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 측정하는 단계; 및
3) 단계 2)의 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 피검 화합물 또는 조성물을 투여하지 않은 대조군과 비교하여, 뇌파의 스파이크(spike) 수가 감소된 피검 화합물 또는 조성물을 선별하는 단계를 포함하는, 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법.
제 4항에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법.
1) 피검 화합물 또는 조성물을 제 1항의 주의력 결핍 행동 모델 마우스에 투여하는 단계;
2) 단계 1)의 투여된 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 행동장애 또는 인지기능을 측정하는 단계; 및
3) 단계 2)의 주의력 결핍 행동 모델 마우스의 뇌파를 피검 화합물 또는 조성물을 투여하지 않은 대조군과 비교하여, 행동장애 또는 인지기능이 감소된 피검 화합물 또는 조성물을 선별하는 단계를 포함하는, 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법.
제 6항에 있어서, 행동장애는 상동증인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 치료 스크리닝 방법.
제 6항에 있어서, 인지기능은 공포 학습 기능 기억 검사를 통하여 측정되는 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 치료제 스크리닝 방법.
비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물.
제 9항에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물.
제 9항에 있어서, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), 에토숙시마이드(ethosuximide), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과, Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 + 및 Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물.
제 9항에 있어서, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 에토숙시마이드(ethosuximide)인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물.
비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 건강식품.
제 13항에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 건강식품.
제 13항에 있어서, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), 에토숙시마이드(ethosuximide), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과 Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 +Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 건강식품.
제 13항에 있어서, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 에토숙시마이드(ethosuximide)인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 치료용 조성물.
비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제를 유효성분으로 함유하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제.
제 17항에 있어서, 집중력 장애 질병은 주의력 결핍 과잉 행동장애(attention deficit hyperactivity disorder), 정신 분열증(schizophrenia), 전두엽 간질(Forntal lobe epilepsy), 및 자폐증(autism)으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제.
제 17항에 있어서, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 미베프라딜(mibefradil), 테트라메쓰린(tetramethrin), 에토숙시마이드(ethosuximide), SUN-N8075, 에포니디핀(efonidipine)과 Y3 +, La3 +, Ce3 +, Nd3 +,Gd3 +,Ho3 +,Er3 +Yb3 + 로 구성되는 군으로부터 선택되는 3가 금속 이온, Ni2 +, U-92032(7-[[4-[bis(4-fluorophenyl)methyl]-1-piperazinyl]methyl]-2-[(2-hydroxyethyl)amino]4-(1-methylethyl)-2,4,6-cycloheptatrien-1-one), 펜플루리돌(penfluridol), 플루스피릴렌(fluspirilene) 및 발프로에이트(valproate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제.
제 17항에 있어서, 상기 비특이적 T-타입 칼슘 채널 억제제는 에토숙시마이드(ethosuximide)인 것을 특징으로 하는 집중력 장애 질병 예방 및 개선용 사료 첨가제.
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