WO2021091363A1 - 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템 - Google Patents

해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2021091363A1
WO2021091363A1 PCT/KR2020/095123 KR2020095123W WO2021091363A1 WO 2021091363 A1 WO2021091363 A1 WO 2021091363A1 KR 2020095123 W KR2020095123 W KR 2020095123W WO 2021091363 A1 WO2021091363 A1 WO 2021091363A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hippocampal tissue
light
photobiomodulation
growth factor
brain
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/095123
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이종하
Original Assignee
계명대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 계명대학교 산학협력단 filed Critical 계명대학교 산학협력단
Publication of WO2021091363A1 publication Critical patent/WO2021091363A1/ko
Priority to US17/737,955 priority Critical patent/US20220257974A1/en

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0622—Optical stimulation for exciting neural tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0618—Psychological treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M21/00—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis
    • A61M2021/0005—Other devices or methods to cause a change in the state of consciousness; Devices for producing or ending sleep by mechanical, optical, or acoustical means, e.g. for hypnosis by the use of a particular sense, or stimulus
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2205/00—General characteristics of the apparatus
    • A61M2205/05—General characteristics of the apparatus combined with other kinds of therapy
    • A61M2205/051—General characteristics of the apparatus combined with other kinds of therapy with radiation therapy
    • A61M2205/052—General characteristics of the apparatus combined with other kinds of therapy with radiation therapy infrared
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/065—Light sources therefor
    • A61N2005/0651—Diodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
    • A61N2005/0659—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used infrared
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
    • A61N2005/0662—Visible light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0658—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used
    • A61N2005/0662—Visible light
    • A61N2005/0663—Coloured light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light

Definitions

  • the present invention relates to a photobiomodulation method and system for inducing brain-derived nerve growth factor activity, and more specifically, to a photobiomodulation method and system for inducing brain-derived nerve growth factor activity in hippocampal tissue.
  • the input step of memorizing new information or knowledge and inputting it into the brain is a storage step of storing the information or knowledge input to the brain in the brain, and the third is a recall step of rethinking the stored information or knowledge, It is said that if any one of the above three steps is abnormal, a phenomenon in which information or knowledge cannot be accurately memorized, that is, memory deterioration occurs.
  • memory loss that is, memory loss
  • memory loss decreases memory due to necrosis of brain cells due to various causes such as oxidative damage in nerve cells of the brain tissue.
  • Brain-derived neurotrophic factor BDNF
  • Treatment methods for improving memory or preventing memory loss include surgical treatment, drug treatment, or taking functional substances, but surgical treatment is difficult to treat with surgery after a disease such as dementia has already occurred. It is difficult to apply to patients, and drug treatment may cause side effects, so caution is required.
  • PBMT photobiomodulation
  • Korean Patent Registration No. 10-2029010 name of the invention: spatial perception ability and memory anti-aging system through hippocampal stimulation, announcement date: July 31, 2019
  • Korean Patent Registration No. 10-2029010 name of the invention: spatial perception ability and memory anti-aging system through hippocampal stimulation, announcement date: July 31, 2019
  • the present invention has been proposed to solve the above problems of the previously proposed methods, and a photobiomodulation (PBMT or PBM) method that is a treatment method using infrared or near-infrared (wavelength 600 to 1100 nm) light
  • PBMT or PBM photobiomodulation
  • Photobiomodulation method and system for inducing brain-derived nerve growth factor activity in hippocampal tissue which can delay the death of cells and help proliferation of dividing cells, and induce natural treatment without risk of side effects to diseases or lesions. Its purpose is to provide.
  • the present invention reduces the rate at which hippocampal cells are damaged by inhibiting oxidative stress in the hippocampal tissue when irradiating light with a wavelength of 660 nm, particularly by using a photobiomodulation method that irradiates the hippocampal tissue with light with a wavelength of 660 nm. It can increase the expression of antioxidant enzymes in the hippocampal tissue, and in particular, the brain-derived nerve growth factor is activated in the hippocampus tissue, improving the memory function and cognitive function of the hippocampus, and treating brain-related diseases such as depression and dementia.
  • Another object of the present invention is to provide a photobiomodulation method and system for inducing brain-derived nerve growth factor activity in hippocampal tissues, having excellent efficacy on the hippocampus.
  • PBMT or PBM Photobiomodulation (PBMT or PBM) method for inducing brain-derived neurotrophic factor (BDNF) activity in hippocampal tissue according to the features of the present invention for achieving the above object
  • the hippocampal tissue Preferably, the hippocampal tissue,
  • HT-22 cells may be included.
  • the light irradiated to the hippocampal tissue Preferably, the light irradiated to the hippocampal tissue,
  • a low-power LED (Light-Emitting Diode) light source can be used.
  • the light irradiated to the hippocampal tissue More preferably, the light irradiated to the hippocampal tissue,
  • Light having an infrared or near infrared wavelength (600 nm to 110 nm) can be used.
  • the light irradiated to the hippocampal tissue Even more preferably, the light irradiated to the hippocampal tissue,
  • Light with a wavelength of 660 nm can be used.
  • oxidative stress in the hippocampal tissue may be suppressed to reduce hippocampal cell damage.
  • the expression of antioxidant enzymes may increase in the hippocampal tissue.
  • brain-derived neurotrophic factor may be activated in the hippocampal tissue.
  • brain-derived nerve growth factor When irradiated with the light, brain-derived nerve growth factor is activated in the hippocampal tissue, so that memory and cognitive functions of the hippocampus can be improved.
  • a photobiomodulation (PBMT or PBM) system for inducing brain-derived neurotrophic factor (BDNF) activity in hippocampal tissue according to the features of the present invention for achieving the above object,
  • It is characterized in that it comprises a control unit for adjusting the output mode (light wavelength, light irradiation intensity, and light irradiation time) of the light irradiated from the light source unit.
  • the hippocampal tissue Preferably, the hippocampal tissue,
  • HT-22 cells may be included.
  • the light source unit Preferably, the light source unit, the light source unit, and
  • a low-power LED (Light-Emitting Diode) light source can be used.
  • the light source unit More preferably, the light source unit,
  • the light source unit Even more preferably, the light source unit,
  • Light with a wavelength of 660 nm can be irradiated.
  • oxidative stress in the hippocampal tissue may be suppressed, thereby reducing hippocampal cell damage.
  • the expression of antioxidant enzymes in the hippocampal tissue may increase.
  • brain-derived neurotrophic factor may be activated in the hippocampal tissue.
  • the brain-derived nerve growth factor When the light source is irradiated with light, the brain-derived nerve growth factor is activated in the hippocampal tissue, so that memory and cognitive functions of the hippocampus can be improved.
  • photobiomodulation a treatment method using infrared or near-infrared (wavelength 600 to 1100 nm) light.
  • PBMT or PBM infrared or near-infrared
  • the photobiomodulation method and system for inducing brain-derived nerve growth factor activity in the hippocampal tissue proposed in the present invention, in particular, by using the photobiomodulation method for irradiating the hippocampal tissue with light having a wavelength of 660 nm, 660 When irradiated with light with a wavelength of nm, oxidative stress in the hippocampal tissue can be suppressed and the rate at which hippocampal cells are damaged can be reduced, and the expression of antioxidant enzymes can be increased in the hippocampal tissue. As a result, memory and cognitive functions of the hippocampus are improved, and can have excellent efficacy in the treatment of brain-related diseases such as depression and dementia.
  • Figure 1 is a view showing the principle of the brain-derived nerve growth factor works in the nervous system.
  • Figure 2 is a state confirmed by using a phase contrast microscope the apoptosis inhibitory effect by LED 660nm during the apoptosis process due to oxidative stress of H 2 O 2 using the hippocampal cell line HT-22 cells (*p ⁇ 0.05 and ** p ⁇ 0.01 vs control).
  • Figure 3 is a graph showing the cell survival rate through MTT analysis of the inhibitory effect of apoptosis by LED 660nm during the apoptosis process due to oxidative stress of H 2 O 2 using hippocampal cell line HT-22 cells (*p ⁇ 0.05 and **p ⁇ 0.01 vs control).
  • Figure 4 shows that when HT-22 cells were irradiated with LED 660nm, it was confirmed through PCR that BDNF was expressed (*p ⁇ 0.05 and **p ⁇ 0.01 vs control).
  • FIG. 5 is a graph showing the BDNF RNA expression ratio when HT-22 cells are irradiated with LED 660 nm (*p ⁇ 0.05 and **p ⁇ 0.01 vs control).
  • FIG. 7 is a graph showing the ratio of expression of p-ERK, p-CREB, and BDNF proteins (*p ⁇ 0.05 and **p ⁇ 0.01 vs. Control).
  • FIG. 9 is a graph showing the expression ratio of positive cells of p-ERK, p-CREB, and BDNF as a result of applying oxidative stress of H 2 O 2 (100M) to organoid slice cultures of mouse hippocampal tissue (**p ⁇ 0.01 vs control).
  • FIG. 10 is a result of RT-PCT analysis after applying oxidative stress of H 2 O 2 (100M) to organoid slice cultures of rat hippocampal tissue, and expression of antioxidant enzymes mGRX, SOD1, and mGR increases with increasing BDNF expression.
  • a graph showing that (*p ⁇ 0.05 and **p ⁇ 0.01 vs control).
  • FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a photobiomodulation system for inducing brain-derived nerve growth factor activity in accordance with an embodiment of the present invention as a functional block.
  • the hippocampus is located inside the temporal lobe and occupies a part of the arc in the middle of the circumferential system (limbic system). Fiber can be exported. In humans, the size of one hippocampus is usually about 3 ⁇ 3.5cm3, the diameter is about 1cm, and the length is about 5cm, and it forms a part of an arc in the middle of the limbic system. It can be divided into body and tail.
  • the hippocampus acts as an important efferent nerve fiber that transmits signals to other parts of the brain, is involved in learning and memory, can regulate emotional behavior and some movements, and can play a role in regulating the functions of the hypothalamus.
  • Brain-derived neurotrophic factor which is involved in learning and memory, is expressed in the hippocampus, and the brain-derived neurotrophic factor acts on specific neurons in the central and peripheral nervous systems to help existing neurons survive and It can promote the growth and differentiation of neurons and synapses.
  • 1 is a diagram showing the principle that the brain-derived nerve growth factor works in the nervous system. As shown in FIG. 1, brain-derived nerve growth factor is a protein that helps stimulate and regulate neurogenesis, and BDNF itself is important for long-term memory. Studies have shown that when exposed to stress, corticosterone reduces the expression of BDNF in rats, and sustained exposure can lead to atrophy of the hippocampus, and in depressed humans, atrophy of the hippocampus and other limbic systems. It is known to occur.
  • BDNF is known to have various effects on the nervous system.
  • PTSD mice induced post-traumatic stress disorder
  • the expression of BDNF and motor ability are improved, and the genetic model of cognitive deficits Increased expression of BDNF may result in improved social and cognitive function.
  • the expression of BDNF decreases, and administration of BDNF to the hippocampus may increase cognitive function.
  • BDNF is a substance acting on the nervous system and shows excellent efficacy in the treatment of related diseases.
  • BDNF in hippocampal tissue using a photobiomodulation (PBMT or PBM) method Memory can be enhanced through expression.
  • the photobiomodulation (PBMT or PBM) method also known as photobiomodulation, is a method of irradiating a relatively low-intensity laser of 1 to 500 mW in the wavelength range of 600 to 1,100 nm. It is based on the principle that photons and trigger signaling pathways can be absorbed in response to. Photobiomodulation is known to have an effect on nerve regeneration, as well as promoting wound healing, pain relief, anti-inflammatory and anti-edema effects, and is widely medically applied, such as being used in various traumatic and degenerative diseases. In the case of the present invention, by using a photobiomodulation method in which light of a specific wavelength is irradiated to the hippocampal tissue, various effects such as improvement of memory and cognitive function can be induced.
  • Photobiomodulation PBMT or PBM
  • BDNF brain-derived neurotrophic factor
  • the hippocampal tissue to which light is irradiated may include HT-22 cells among cells of the hippocampal tissue, and the light irradiated to the hippocampal tissue may use a low-power LED (Light-Emitting Diode) light source.
  • the light irradiated to the hippocampal tissue may use infrared or near-infrared light emitted from the LED light source using a low-power LED (Light-Emitting Diode) light source, preferably 660 Light with a wavelength of nm can be used.
  • the photobiomodulation method for inducing brain-derived nerve growth factor activity in hippocampal tissue can reduce damage to hippocampal cells by inhibiting oxidative stress in hippocampal tissue when irradiated with light, and It can increase the expression of antioxidant enzymes in tissues.
  • brain-derived nerve growth factor BDNF
  • BDNF brain-derived nerve growth factor
  • the effect of PBMT on the oxidative stress of the hippocampus was evaluated, as well as the antioxidant effect, the expression effect of BDNF, and the expression effect of the antioxidant enzyme, as well as cAMP response element binding (CREB) and cells.
  • the effect of activating the extracellular signal-regulated kinase (ERK) signaling pathway was evaluated using a hippocampal cell line (HT).
  • HT hippocampal cell line
  • CREB phosphorylated-cAMP response element binding
  • p-CREB phosphorylated-cAMP response element binding protein
  • Ser133 phosphorylated-cAMP response element binding protein
  • CREB CREB
  • 48H2 CREB
  • ERK 1/2 Tr202/Tyr204
  • MK1 ERK 1/2
  • BDNF BDNF
  • LED-based device prototype equipment was used as the light source.
  • the experimental group was irradiated with a wavelength of 660 nm with a power density of 20 mW/cm 2 (LED4D067, Torlabs Inc., Newton, New Jersey, USA).
  • the total energy density delivered was 3J/cm2. All parameters of the laser device were selected from [Table 1].
  • HT-22 cells (5 ⁇ 105/ml) were plated on 96-well plates and 100L Incubated in DMEM medium for 24 hours. Various concentrations of H 2 O 2 were added to the cells, and the cells were cultured for 24 hours with 660 nm LED irradiation. Subsequently, 10 L of MTT solution (5 mg/ml MTT in PBS) was added to each well, followed by incubation at 37 for 2 hours. Absorbance was measured at 450 nm and 564 nm with a Victor multi label counter (Wallac, Turku, Finland).
  • an organoid hippocampal slice culture (OHC) was prepared. Seven-week-old C57BL/6 mice were sacrificed through hair loss and the skull was opened longitudinally along the midline. The hippocampus was dissected and cut into 400 m sections using a McIlwain tissue cutter (Ted Pella, Inc., Redding, CA, USA). Hippocampal slices were transferred to a dish containing the dissection medium and carefully separated using a dissecting microscope with a pair of sterile spatulas. Only intact shaped sections were transferred to 0.4m MilliCell cell culture inserts (Millipore, Billerica, MA, USA) and deposited on 6-well plates.
  • OOC organoid hippocampal slice culture
  • RT-PCR Reverse transcription-polymerase chain reaction
  • qPCR quantitative PCR
  • RNA samples were prepared from ⁇ 100 mg of hippocampal tissue, which was dissolved in 1 ml TRIzol reagent and homogenized. All RNA was quantified with a spectrophotometer at 260 nm using NanoDrop 2000 (TermoFisher, CA, USA), and RNA quality was confirmed by 1% agarose gel electrophoresis and ethidium-bromide staining. RNA samples were stored at 80 until use.
  • cDNA was amplified with the following primers: BDNF, forward 5'-GAC AAG GCA ACT TGG CCT AC-3' and reverse 5'-CCT GTC ACA CAC GCT CAG CTC-3'; And Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH), forward 5'-ACA TTG TTG CCA TCA ACG AC-3' and reverse 5'-ACG CCA GTA GAC TCC ACG AC-3'.
  • the amplified product was detected using a 1% agarose gel by Gel Doc XR System (Bio-Rad, Hercules, CA, USA). Band density was determined by Image Lab software (version 5.0; Bio-Rad).
  • the template cDNA was mixed with Taq, dNTP (Qiagen), and SYBR Green Master Mix containing forward and reverse primers.
  • Primers used were BDNF, forward 5'-CGA CAT CAC TGG CTG ACA CT-3' and reverse 5'-CAA GTC CGC GTC CTT ATG GT-3'; Glutathione peroxidase (GPx), forward 5'-TCA CCA ACG TGG CCT CGC AAT G-3' and reverse 5'-CCT TGA TTT CTT GAT TAC TTC CTG GCT CCT G-3'; Superoxide dismutase 1 (SOD1), forward 5'-GGG TTC CAC GTC CAT CAG TAT-3' and reverse 5'-GCG GCT CCC AGC ATT TC-3'; Glutathione reductase (GR), forward 5'-TGC GTG AAT GTT GGA TGT GTA CCC-3' and reverse 5'-CCG GCA TTC TCC AGT
  • Protein expression levels were assessed by Western blot analysis. Cells were lysed and centrifuged at 16,000 g. Then, the supernatant was electrophoresed on 12% SDS-PAGE and transferred to a nitrocellulose membrane. After blocking for 1 hour with 5% skim milk in Tween (0.05%)/PBS, the membrane was detected with a primary antibody and a horseradish peroxidase (HRP)-conjugated antibody. Immunoreactive bands were visualized using West Femto Chemi-luminescent substrate (Thermo). Protein levels were normalized to -actin expression using ChemiDOC XRS+ (Bio-Rad, Hercules, CA, USA).
  • the hippocampus was fixed with 10% paraformaldehyde in 0.1M PBS (pH 7.4), and mounted on paraffin as described above. Tissue sections were stained with hematoxylin-eosin (H&E) to evaluate general tissue morphology and immunohistochemistry. Paraffin blocks were cut into 4-6 m sections and mounted on glass slides. After treatment with xylene and deparaffining the sections with serial dilution of ethanol, staining with H&E, cells that migrated to the hippocampus were immunostained for p-ERK, p-CREB, and BDNF to label cells. All slides were incubated in methanol 0.3% H 2 O 2 overnight at room temperature to quench endogenous peroxidase activity.
  • H&E hematoxylin-eosin
  • Immunostaining was performed overnight at 4 using the primary antibody diluted 1:200-1000 with 1% bovine serum albumin (BSA) in PBS. The slides were then incubated with HRP-conjugated secondary antibody diluted 1:500 in 5% BSA in PBS for 1 hour at 37. Slides were also stained with 1% Schif reagent and Mayers hematoxylin for 5 minutes at room temperature. The proportion of tissue immunostaining positive cells is compared to the expression rate of the control result by the third replicate.
  • BSA bovine serum albumin
  • LED light of 660nm suppresses cell death by reducing oxidative stress.
  • the hippocampal HT-22 cell line was used to evaluate the effect of H 2 O 2 -induced oxidative stress on cell survival and apoptosis inhibition effect by 660 nm LED (FIG. 2).
  • cell viability was 72.7, 57.3 and 20.7%, respectively.
  • treatment with 660 nm LED increased cell viability to 88.4, 66.2 and 22.0%, respectively.
  • the percent increase in cell viability was 15.7, 8.9, and 1.3%, respectively (FIG. 3).
  • the results show that the 660nm LED suppresses oxidative stress caused by H 2 O 2 , which increases the survival rate of cells exposed to oxidative stress.
  • LED light at 660 nm increases BDNF expression in hippocampal cells through activation of the ERK and CREB signaling pathways.
  • BDNF BDNF-specific kinase
  • HT-22 cells were irradiated with a 660 nm LED, the expression of BDNF increased approximately 2 times. Although H 2 O 2 treatment reduced BDNF expression, LED irradiation in the presence of H 2 O 2 could still increase BDNF expression by about 2.1 times. 1 mM melatonin was used as a positive control (FIGS. 4 and 5 ).
  • ERK and CREB activation was investigated by assessing their phosphorylation levels. It was found that the phosphorylation of ERK and CREB increased when irradiated with 660 nm LED light.
  • the H 2 O 2 treatment increased the levels of p-ERK and p-CREB, and further increased when irradiated with LEDs, especially at 660 nm (FIGS. 6 and 7). These results suggest that the ERK and CREB signaling pathways can mediate increased BDNF expression in HT-22 cells after 660 nm LED irradiation.
  • LED light of 660 nm increases the expression of BDNF in the rat hippocampus.
  • BDNF upregulation by LED irradiation was confirmed in the rat hippocampus by immunohistochemistry.
  • the number of BDNF-expressing cells was 2.5 times and 2.8 times higher in the case of LED treatment and H 2 O 2 treatment in organotypic slice cultures of rat hippocampal tissue, respectively (FIGS. 8 and 9 ).
  • the number of p-ERK and p-CREB positive cells was higher than that without LED irradiation.
  • p-ERK-positive cells increased about 2 times and 3.8 times, respectively, in the presence or absence of H 2 O 2
  • p-CREB increased about 1.6 times and 3.3 times, respectively, under the same conditions.
  • LED light of 660 nm promotes the activity of antioxidant enzymes in the hippocampus.
  • BDNF antioxidant enzyme glutathione peroxidase
  • SOD1 superoxide dismutase 1
  • GR glutathione reductase
  • LED irradiation also increased SOD1 and GR levels about 3-fold and 2.4-fold in control slices, and about 1.6-fold in H 2 O 2 treated slices; In the latter case, the LED did not affect the GR level.
  • the 660nm LED induces the expression of the antioxidant enzymes GPx, SOD1 and GR as well as the expression of BDNF in the hippocampus.
  • the 660nm LED increased the expression of SOD1 according to the induction of oxidative stress by H 2 O 2.
  • PBMT Photobiomodulation
  • PBM Photobiomodulation
  • HT-22 apoptosis due to oxidative stress and increased BDNF expression through activation of ERK and CREB signaling pathways.
  • PBMT increased the expression of BDNF in organoid slices of hippocampal tissue, increased the levels of phosphorylated ERK and CREB reduced by oxidative stress, and increased the expression of the antioxidant enzyme peroxide dismutase.
  • PBMT inhibits hippocampal damage induced by oxidative stress and increases the expression of BDNF, which can be used as an alternative to treat various related disorders that cause nerve damage. That is, activation of neuronal cells and redox homeostasis may be a remarkable mechanism of photobiomodulation using light having a wavelength of 660 nm.
  • the photobiomodulation system 10 for inducing brain-derived nerve growth factor activity in the hippocampal tissue includes a light source unit 100 for irradiating light to the hippocampal tissue, and It may be implemented by including a control unit 200 that adjusts the output mode (light wavelength, light irradiation intensity, and light irradiation time) of light irradiated from the light source unit 100.
  • photo which is a treatment method using infrared or near-infrared (wavelength 600 to 1100 nm) light
  • PBMT or PBM biomodulation
  • the photobiomodulation method and system for inducing brain-derived nerve growth factor activity in the hippocampal tissue proposed in the present invention, in particular, by using the photobiomodulation method for irradiating the hippocampal tissue with light having a wavelength of 660 nm, 660 When irradiated with light with a wavelength of nm, oxidative stress in the hippocampal tissue can be suppressed and the rate at which hippocampal cells are damaged can be reduced, and the expression of antioxidant enzymes can be increased in the hippocampal tissue. As a result, memory and cognitive functions of the hippocampus are improved, and can have excellent efficacy in the treatment of brain-related diseases such as depression and dementia.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Developmental Disabilities (AREA)
  • Hospice & Palliative Care (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Neurosurgery (AREA)
  • Social Psychology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

본 발명에서 제안하고 있는 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 따르면, 적외선 또는 근적외선(파장 600 내지 1100㎚) 광을 사용하는 치료 방법인 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법을 이용함으로써, 생물체의 특정 분자가 특정 파장 대역의 빛에 대한 반응으로서 광자 및 트리거 신호전달 경로를 흡수할 수 있다는 원리를 이용하여, 저출력 레이저 빛을 생물체에 조사한다는 간단하면서도 용이한 방법을 통해, 세포의 사멸을 지연시키고 분열 세포의 증식을 도울 수 있으며, 질환이나 병변에 부작용 등의 위험성 없이도 자연적인 치료를 유도할 수 있다.

Description

해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템
본 발명은 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 관한 것이다.
현대인은 사회환경이 급변하고 다변화되어감에 따라 많은 정보를 받아들여 신속하게 적응하는 두뇌활동이 요구되는데, 인간은 나이가 들어가면서 노화 과정이 진행됨에 따라, 뇌세포의 손상으로 인한 인지기능 및 기억력 손상이 필연적으로 진행된다. 중년기 이후에는 중추신경의 기능 저하로 인한 기억력 감퇴, 건망증, 불안감증대 등의 현상이 나타나고, 노인층에서는 치매와 같은 퇴행성 질환에 의한 기억력이 저하되며, 그 정도가 심해지면 사회생활 자체를 불가능하게 할 뿐만 아니라, 가족이나 주변 사람들에 미치는 영향을 고려하면 엄청난 사회적 비용이 요구되는 질환이다.
일반적으로, 기억은 세 가지 단계로 수행된다고 보고되어 있다. 우선, 새로운 정보 또는 지식을 외워서 뇌에 입력하는 입력단계, 두 번째는 상기 뇌에 입력된 정보 또는 지식을 뇌에 저장하는 저장단계, 세 번째는 상기 저장된 정보 또는 지식을 다시 생각하는 회상단계이며, 상기 세 단계 중에 어느 하나라도 이상이 생기면 정보 또는 지식을 정확하게 기억할 수 없게 되는 현상 즉, 기억력 저하가 일어난다고 한다.
일반적으로 기억력의 저하 즉, 기억력 감퇴는 뇌 조직의 신경세포에서 산화적 손상 등의 다양한 원인으로 인하여 뇌세포가 괴사하여 기억력이 감퇴한다고 보고되고 있는데, 특히 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 발현의 감소로 인하여 기억력 및 인지기능이 저하되고 관련 뇌 질환이 발생할 수 있다. 기억력 증진 또는 기억력 저하 예방을 위한 치료 방법으로는, 수술적 치료, 약물치료 또는 기능성 물질 복용 등이 있는데, 수술적 치료는 치매 등과 같이 질병이 이미 발병된 이후에는 수술로 치료하기 어려운바, 다양한 환자에게 적용되기 어렵고, 약물치료는 부작용이 발생할 수 있어 주의가 요구된다. 따라서, 뇌 조직 특히 해마 조직을 자극하여 기억력 증진 및 기억력 저하 예방을 위한 치료 방법으로서, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성을 유도할 수 있는 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법 개발의 필요성이 대두된다.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 한국등록특허 제10-2029010호(발명의 명칭: 해마 자극을 통한 공간지각능력 및 기억 노화 방지 시스템, 공고일자: 2019년 07월 31일) 등이 개시된 바 있다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 적외선 또는 근적외선(파장 600 내지 1100㎚) 광을 사용하는 치료 방법인 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법을 이용함으로써, 생물체의 특정 분자가 특정 파장 대역의 빛에 대한 반응으로서 광자 및 트리거 신호전달 경로를 흡수할 수 있다는 원리를 이용하여, 저출력 레이저 빛을 생물체에 조사한다는 간단하면서도 용이한 방법을 통해, 세포의 사멸을 지연시키고 분열 세포의 증식을 도울 수 있으며, 질환이나 병변에 부작용 등의 위험성 없이도 자연적인 치료를 유도할 수 있는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 특히 해마 조직에 660㎚ 파장의 광을 조사하는 포토바이오모듈레이션 방법을 이용함으로써, 660㎚ 파장의 광 조사 시, 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포가 손상되는 속도를 감소시킬 수 있고, 해마 조직에서 항산화 효소 발현을 증가시킬 수 있으며, 특히 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억기능이나 인지기능이 향상되고, 우울증이나 치매 등의 뇌 관련 질환의 치료에 탁월한 효능을 가진, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법은,
해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법으로서,
해마 조직에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 그 구현상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 해마 조직은,
해마 조직의 세포 중 HT-22 cell를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 해마 조직에 조사되는 광은,
저출력 LED(Light-Emitting Diode) 광원을 이용할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 해마 조직에 조사되는 광은,
적외선 또는 근적외선 파장(600㎚ 내지 110㎚)의 광을 이용할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 해마 조직에 조사되는 광은,
660㎚ 파장의 광을 이용할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포 손상이 감소할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 항산화 효소 발현이 증가할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)가 활성화될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억 및 인지기능이 향상될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 해마의 장기적인 기억 및 인지기능이 향상될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 시스템은,
해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템으로서,
해마 조직에 광을 조사하는 광원부; 및
상기 광원부에서 조사되는 광의 출력모드(광 파장, 광 조사 강도, 및 광 조사 시간)를 조절하는 제어부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 해마 조직은,
해마 조직의 세포 중 HT-22 cell를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광원부는,
저출력 LED(Light-Emitting Diode) 광원을 이용할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 광원부는,
적외선 또는 근적외선 파장(600㎚ 내지 110㎚)의 광을 조사할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는, 상기 광원부는,
660㎚ 파장의 광을 조사할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광원부에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포 손상이 감소할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광원부에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 항산화 효소 발현이 증가할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광원부에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)가 활성화될 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 광원부에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억 및 인지기능이 향상할 수 있다.
더욱 더 바람직하게는,
상기 해마의 장기적인 기억 및 인지기능이 향상될 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 따르면, 적외선 또는 근적외선(파장 600 내지 1100㎚) 광을 사용하는 치료 방법인 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법을 이용함으로써, 생물체의 특정 분자가 특정 파장 대역의 빛에 대한 반응으로서 광자 및 트리거 신호전달 경로를 흡수할 수 있다는 원리를 이용하여, 저출력 레이저 빛을 생물체에 조사한다는 간단하면서도 용이한 방법을 통해, 세포의 사멸을 지연시키고 분열 세포의 증식을 도울 수 있으며, 질환이나 병변에 부작용 등의 위험성 없이도 자연적인 치료를 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 따르면, 특히 해마 조직에 660㎚ 파장의 광을 조사하는 포토바이오모듈레이션 방법을 이용함으로써, 660㎚ 파장의 광 조사 시, 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포가 손상되는 속도를 감소시킬 수 있고, 해마 조직에서 항산화 효소 발현을 증가시킬 수 있으며, 특히 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억기능이나 인지기능이 향상되고, 우울증이나 치매 등의 뇌 관련 질환의 치료에 탁월한 효능을 가질 수 있다.
도 1은 신경계에서 뇌유래신경성장인자가 작용하는 원리를 도시한 도면.
도 2는 해마 세포주 HT-22 cell을 이용하여 H 2O 2의 산화스트레스에 의한 세포사멸 과정 중 LED 660㎚에 의한 세포사멸 억제효능을 위상차 현미경을 사용하여 확인한 모습(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 3은 해마 세포주 HT-22 cell을 이용하여 H 2O 2의 산화스트레스에 의한 세포사멸 과정 중 LED 660㎚에 의한 세포사멸 억제효능을 MTT 분석을 통해 세포 생존 비율로 나타낸 그래프(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 4는 HT-22 세포에 LED 660㎚를 조사한 경우, BDNF가 발현됨을 PCR을 통해 확인한 모습(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 5는 HT-22 세포에 LED 660㎚를 조사한 경우, BDNF RNA 발현 비율을 도시한 그래프(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 6은 BDNF 발현에 대한 신호전달 과정을 알아보기 위해 LED 660㎚를 조사한 결과, p-ERK와 p-CREB의 활성이 증가함을 웨스턴 블롯 분석을 통해 확인한 모습(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 7은 BDNF 발현에 대한 신호전달 과정을 알아보기 위해 LED 660㎚를 조사한 결과, p-ERK, p-CREB, 및 BDNF 단백질 발현 비율을 도시한 그래프(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 8은 쥐 해마 조직의 기관형 슬라이스 배양물에 H 2O 2(100M)의 산화스트레스를 가한 뒤 semi vivo로 확인한 결과, 해마 조직에 LED 660㎚를 조사한 경우, BDNF positive 세포의 수가 증가하는 것을 확인한 모습(**p<0.01 vs 대조군, 스케일 바 = 100m).
도 9는 쥐 해마 조직의 기관형 슬라이스 배양물에 H 2O 2(100M)의 산화스트레스를 가한 결과, p-ERK, p-CREB, 및 BDNF positive 세포 발현 비율을 도시한 그래프(**p<0.01 vs 대조군).
도 10은 쥐 해마 조직의 기관형 슬라이스 배양물에 H 2O 2(100M)의 산화스트레스를 가한 뒤 RT-PCT 분석 결과, BDNF 발현 증가에 따라 항산화 효소 mGRX, SOD1, 및 mGR의 발현이 증가하는 것을 도시한 그래프(*p<0.05 and **p<0.01 vs 대조군).
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템의 구성을 기능블록으로 도시한 도면.
<부호의 설명>
10: 뇌유래신경성장인자(BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템
100: 광원부
200: 제어부
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결 되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 간접적으로 연결 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
해마는 관자엽의 안쪽에 위치하면서 둘레계통(변연계)에서 한가운데 원호의 일부분을 차지하는데, 학습, 기억 및 새로운 것의 인식 등의 역할을 하며 속후각겉질을 통하여 주된 들섬유를 받아들이고, 뇌활을 통하여 날섬유를 내보낼 수 있다. 사람에서는 한쪽 해마의 크기는 보통 3~3.5㎤ 정도이고 지름은 1㎝ 정도에 길이는 5㎝ 정도이며, 변연계에서 한가운데 원호의 일부분을 형성하고, 시상면에서 보면 해마는 곤봉 모양의 구조로 머리, 몸통, 꼬리로 나눌 수 있다. 해마는 뇌의 다른 부위로 신호를 전달하는 중요한 원심성 신경섬유 역할을 하는데, 학습과 기억에 관여하며 감정 행동 및 일부 운동을 조절할 수 있고, 시상하부의 기능을 조절하는 역할을 할 수 있다.
해마에서는 학습 및 기억 등에 관여하는 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)가 발현되는데, 뇌유래신경성장인자는 중추 신경계와 말초신경계의 특정 뉴런에 작용하여 기존 뉴런의 생존을 돕고 새로운 뉴런과 시냅스의 성장과 분화를 촉진할 수 있다. 도 1은 신경계에서 뇌유래신경성장인자가 작용하는 원리를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 뇌유래신경성장인자는 신경 발생을 자극하고 조절하는 데 도움이 되는 단백질로서, BDNF 자체는 장기 기억에 중요하다. 연구에 따르면, 스트레스에 노출된 경우, 코르티코스테론이 쥐의 BDNF 발현을 감소시키는 것으로 알려져 있으며, 노출이 지속되면 해마가 위축될 수 있고, 우울증을 앓고 있는 인간의 경우, 해마 및 다른 변연계의 위축이 발생하는 것으로 알려져 있다.
BDNF는 신경계에 다양한 효능을 가지는 것으로 알려져 있는데, Post-traumatic stress disorder(PTSD)를 유도한 쥐에서 항우울제 fluoxetine을 처리한 결과 BDNF의 발현과 운동 능력이 향상되는 것을 확인할 수 있으며, genetic model of cognitive deficits에서 BDNF 발현의 증가는 사회성과 인지기능을 향상시키는 결과를 가져올 수 있다. 또한, amyloid-1-42(A1-42)에 의해 유도된 알츠하이머 쥐 모델에서는 BDNF의 발현이 감소하며, 해마로의 BDNF 투여는 인지기능을 증가시킬 수 있다. 따라서, BDNF는 신경계에 작용하는 물질로서, 관련 질환의 치료에 탁월한 효능을 보이는 것을 알 수 있는바, 본 발명의 경우, 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법을 이용하여 해마 조직에서의 BDNF 발현을 통해 기억력을 증진할 수 있다.
포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법이란, 광생체조절이라고도 하는데, 600~1,100㎚ 범위 파장대의 1~500㎽의 상대적으로 낮은 저강도 레이저를 조사하는 방법으로써, 살아있는 시스템의 특정 분자가 빛에 대한 반응으로 광자 및 트리거 신호전달 경로를 흡수할 수 있다는 원리에 기반을 두고 있다. 포토바이오모듈레이션은 상처 치유 촉진, 통증 완화, 항염증 및 항부종 효과와 더불어 신경 재생에 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 각종 외상성 및 퇴행성 질환에 활용되는 등 광범위하게 의학적으로 적용되고 있다. 본 발명의 경우, 해마 조직에 특정 파장의 빛을 조사하는 포토바이오모듈레이션 방법을 이용하여, 기억 및 인지기능 향상 등의 다양한 효과를 유도할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법은, 해마 조직에 광을 조사하는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.
광이 조사되는 해마 조직은, 해마 조직의 세포 중 HT-22 cell를 포함할 수 있으며, 해마 조직에 조사되는 광은, 저출력 LED(Light-Emitting Diode) 광원을 이용할 수 있다. 또한, 해마 조직에 조사되는 광은, 저출력 LED(Light-Emitting Diode) 광원을 이용하여, LED 광원에서 방사되는 적외선 또는 근적외선 파장(600㎚ 내지 110㎚)의 광을 이용할 수 있는데, 바람직하게는 660㎚ 파장의 광을 이용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법은, 광 조사 시, 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포가 손상되는 것을 감소시킬 수 있고, 해마 조직에서 항산화 효소 발현을 증가시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 해마 조직에 광을 조사한 경우, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(BDNF)가 활성화되어 해마의 기억 및 인지기능이 향상될 수 있으며, 특히 장기적인 기억 및 인지기능을 향상시킬 수 있다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이하 실시예의 경우, 해마의 산화스트레스에 대한 PBMT의 효과를 평가한 것으로써, 항산화 효과, BDNF의 발현 효과, 및 항산화 효소의 발현 효과뿐만 아니라 cAMP 반응 요소 결합(cAMP response element binding, CREB)과 세포외 신호 조절 키나제(extracellular signal-regulated kinase, ERK) 신호전달 경로 활성화 효과를 해마 세포주(HT)를 사용하여 평가하였다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시할 뿐이며 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
<실시예>
재료 및 방법
항체 및 화학 물질
인산화된-cAMP 반응 요소 결합(CREB) 단백질(p-CREB; Ser133) 및 CREB(48H2)에 대한 항체는 Cell Signaling Technology, Inc. (Beverly, MA, USA)에서 획득하였다; p-세포외 신호 조절 키나제(ERK) 1/2 (Tr202/Tyr204), ERK 1/2 (MK1) 및 BDNF(N-20)는 Santa Cruz Biotechnology(Santa Cruz, CA, USA)로부터 구입하였다. monoclonal anti--actin 항체, methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide(MTT) 및 멜라토닌은 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에 의해 제공되었다.
광 조건
실험에서 광원으로 LED 기반 장치 프로토타입 장비를 사용했다. 실험 그룹은 20㎽/㎠의 전력 밀도(LED4D067, Torlabs Inc., Newton, New Jersey, 미국)로 660㎚ 파장으로 조사되었다. 전달 된 총 에너지 밀도는 3J/㎠였다. 레이저 장치의 모든 파라미터는 [표 1]에서 선택되었다.
Figure PCTKR2020095123-appb-img-000001
MTT 분석
CCK-8 키트(Dojindo, Gaithersburg, MD) 및 MTT를 사용하여 세포사멸에 대한 보호를 다음과 같이 분석하였다: HT-22 세포(5×105/㎖)를 96-well 플레이트에 플레이팅하고, 100L의 DMEM 배지에서 24시간 동안 배양하였다. 다양한 농도의 H 2O 2를 세포에 첨가하고, 660㎚ LED 조사와 함께 세포를 24시간 동안 배양하였다. 이어서, 10L의 MTT 용액 (PBS 중 5㎎/㎖ MTT)을 각 well에 첨가한 후, 37에서 2시간 동안 배양하였다. 450㎚ 및 564㎚에서 Victor multi label counter(Wallac, Turku, Finland)로 흡광도를 측정하였다.
기관형 해마 슬라이스 배양물(organotypic hippocampal slice cultures) 준비
약간 변형된 방법을 사용하여 멸균 조건으로, 기관형 해마 슬라이스 배양액(OHC)을 제조하였다. 7주된 C57BL/6 쥐를 탈모를 통해 희생시키고 두개골을 중간선을 따라 종 방향으로 개방했다. 해마를 해부하고 McIlwain 조직 절단기(Ted Pella, Inc., Redding, CA, USA)를 사용하여 400m 단면으로 절단하였다. 해마 슬라이스를 해부 배지를 함유하는 접시로 옮기고 해부 현미경을 사용하여 한 쌍의 멸균 주걱으로 조심스럽게 분리하였다. 온전한 모양의 섹션만이 0.4m MilliCell 세포 배양 삽입물(Millipore, Billerica, MA, USA)로 옮겨져 6-well 플레이트에 증착되었다. 4 내지 6개의 슬라이스를 각각의 삽입물에 놓고, 50% MEM-Hank 배지, 25% 말 혈청, 25% HBSS, 5㎎/㎖ D-글루코스, 50mM HEPES, 2mM L-글루타민, 및 1% 항생제/항진균제(모두 GIBCO Life Technologies로부터 입수)로 구성된 1㎖의 혈청 기반 배지에 유지시켰다. 실험 동안 OHC를 5% CO 2에서 37로 유지하고 24시간 동안 660㎚의 파장으로 LED를 조사한 후 조직학 및 RNA 추출에 사용하였다.
역전사-중합 효소 연쇄 반응(RT-PCR) 및 정량적 PCR(qPCR)
~100㎎의 해마 조직으로부터 모든 RNA가 준비되었고, 이를 1㎖ TRIzol 시약에 용해시키고 균질화시켰다. 모든 RNA는 NanoDrop 2000(TermoFisher, CA, USA)을 사용하여 260㎚에서 분광 광도계로 정량하고, RNA 품질은 1% 아가 로스겔 전기영동 및 에티디움-브로마이드 염색으로 확인하였다. RNA 샘플은 사용될 때까지 80에서 저장되었다. cDNA는 다음의 프라이머로 증폭되었다: BDNF, 정방향 5'-GAC AAG GCA ACT TGG CCT AC-3' 및 역 5'-CCT GTC ACA CAC GCT CAG CTC-3'; 및 글리세르 알데히드 3-포스페이트 탈수소 효소(GAPDH), 정방향 5'-ACA TTG TTG CCA TCA ACG AC-3' 및 역 5'-ACG CCA GTA GAC TCC ACG AC-3'. Gel Doc XR System(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)에 의해 1% 아가로스겔을 사용하여 증폭된 생성물을 검출하였다. 밴드 밀도는 Image Lab 소프트웨어(5.0 버전; Bio-Rad). qPCR의 경우, 주형 cDNA를 Taq, dNTP(Qiagen), 및 정방향과 역방향 프라이머를 함유하는 SYBR Green Master Mix와 혼합했다. 사용된 프라이머는 BDNF, 순방향 5'-CGA CAT CAC TGG CTG ACA CT-3' 및 역 5'-CAA GTC CGC GTC CTT ATG GT-3'; 글루타티온 퍼옥시다제(GPx), 순방향 5'-TCA CCA ACG TGG CCT CGC AAT G-3' 및 역방향 5'-CCT TGA TTT CTT GAT TAC TTC CTG GCT CCT G-3'; 수퍼옥사이드 디스뮤타제 1(SOD1), 순방향 5'-GGG TTC CAC GTC CAT CAG TAT-3' 및 역방향 5'-GCG GCT CCC AGC ATT TC-3'; 글루타티온 환원 효소(GR), 순방향 5'-TGC GTG AAT GTT GGA TGT GTA CCC-3' 및 역방향 5'-CCG GCA TTC TCC AGT TCC TCG-3'; 및 b-GAPDH 전달 5'-TGG GGT GAG GCC GGT GCT GAG TAT-3', 역 5'-CAT TGG GGG 태그 GAA CAC GGA AGG-3'. 모든 실험은 3회 수행되었다. GAPDH 발현 수준에 대한 정규화 후, 유전자 발현 수준을 분석하였다. 실시간 정량적 PCR 및 2 -Cq 방법을 사용하여 상대 유전자 발현 데이터를 분석하였다.
웨스턴 블롯 분석(Western blot analysis)
웨스턴 블롯 분석으로 단백질 발현 수준을 평가하였다. 세포를 용해시키고 16,000g에서 원심 분리하였다. 이어서, 상청액을 12% SDS-PAGE에서 전기영동하고, 니트로셀룰로스 막으로 옮겼다. Tween(0.05%)/PBS 중 5% 탈지유로 1시간 동안 차단한 후, 막을 1차 항체 및 horseradish peroxidase(HRP)-접합된 항체로 검출하였다. 면역반응성 밴드는 West Femto Chemi-luminescent 기질(Thermo)을 사용하여 시각화하였다. 단백질 수준은 ChemiDOC XRS+(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)를 사용하여 -액틴 발현으로 표준화시켰다.
면역 조직 화학(Immunohistochemistry)
해마를 0.1M PBS(pH 7.4)에서 10% paraformaldehyde로 고정하고, 전술한 바와 같이 파라핀에 장착했다. 조직 섹션을 hematoxylin-eosin(H&E)으로 염색하여 일반적인 조직 형태를 평가하고 면역 조직 화학을 실시하였다. 파라핀 블록을 4~6m 섹션으로 절단하고 유리 슬라이드에 장착했다. xylene으로 처리하고 에탄올의 연속 희석으로 섹션을 탈파라핀 한 뒤, H&E로 염색한 다음, 해마로 이동한 세포를 표지하기 위해 p-ERK, p-CREB 및 BDNF에 대해 면역 염색하였다. 모든 슬라이드는 내인성 peroxidase 활성을 급랭시키기 위해, 실온에서 밤새 메탄올 0.3% H 2O 2에서 배양하였다. PBS 중의 1% 소 혈청 알부민(BSA)으로 1:200~1000으로 희석된 1차 항체를 사용하여 4에서 밤새 면역 염색을 수행하였다. 이어서, 37에서 1시간 동안 PBS 중 5% BSA에서 1:500으로 희석된 HRP-접합 이차 항체와 함께 슬라이드를 배양하였다. 슬라이드는 또한 1% Schif 시약으로 염색하고, 실온에서 5분 동안 Mayers hematoxylin으로 염색하였다. 조직 면역 염색 양성 세포의 비율은 세 번째 반복 실험에 의한 대조 결과의 발현 속도와 비교된다.
동물
총 7마리의 7주 된 건강한 C57BL/6 쥐(Hyochang Science, Korea)를 개별 케이지에 넣고 필요에 따라 음식과 물을 사용하여 12시간의 명암주기를 유지했다. 사용된 동물의 수를 최소화하고 동물의 고통을 제한하기 위해 노력했다. 5% 이소플란으로 동물을 마취시켰다(JW Pharm, Korea). 수술 과정 내내 마취를 유지했다. 모든 절차는 동물 관리 및 사용에 관한지도 원칙에 관한 동물 복지위원회의 지침 1996에 따라 수행되었다. 1996 계명대학교의 동물 보호 및 사용위원회(IACUC)의 승인 번호는 KM201743R2이다.
통계 분석
대조군 시료 및 실험군 시료로부터 나온 모든 데이터는 평균표준 편차 (SD)로 표현되었다. 통계적 유의성은, Microsoft Excel을 사용한 독립적인 방법으로 Students t-test에 의해 결정되었고, 통계적 유의성은 0.05로 설정되었다.
윤리 승인
모든 실험은 계명 대학교 윤리위원회의 승인을 받았다(승인 번호: KM-2017-43R2).
결과 분석
660㎚의 LED 광은 산화스트레스를 줄임으로써 세포사멸을 억제한다.
해마 HT-22 세포주는 세포 생존 및 660㎚ LED에 의한 세포사멸 억제 효과에 대한 H 2O 2-유도 산화스트레스의 효과를 평가하기 위해 사용되었다(도 2). 100, 300, 및 1000M H 2O 2로 HT-22 세포를 처리한 후, 세포 생존율은 각각 72.7, 57.3 및 20.7%였다. 대조적으로, 660㎚ LED를 사용한 처리는 세포 생존율이 각각 88.4, 66.2 및 22.0%로 증가하였다. 100, 300, 및 1000M에서 H 2O 2 존재 시, 세포 생존율 퍼센트 증가는 각각 15.7, 8.9, 및 1.3%였다(도 3). 결과는 660㎚ LED가 산화스트레스에 노출된 세포의 생존율을 증가시키는 H 2O 2에 의한 산화스트레스를 억제함을 보여 준다.
660㎚의 LED 광은 ERK 및 CREB 신호 경로의 활성화를 통해 해마 세포에서 BDNF 발현을 증가시킨다.
HT-22 세포에서 BDNF의 발현을 RT-PCR에 의해 평가하였다. 660㎚ LED로 HT-22 세포를 조사하면 BDNF 발현이 약 2배 증가했다. H 2O 2 처리가 BDNF 발현을 감소시켰지만, H 2O 2의 존재 하에서 LED 조사는 여전히 약 2.1배만큼 BDNF 발현을 증가시킬 수 있었다. 1mM의 멜라토닌을 양성 대조군으로 사용 하였다(도 4 및 도 5). BDNF 상향 조절로 이어지는 신호전달 경로를 조사하기 위해, 그들의 인산화 수준을 평가함으로써 ERK 및 CREB 활성화를 조사하였다. 660㎚ LED 광을 조사하면 ERK 및 CREB의 인산화가 증가함을 발견하였다. H 2O 2 처리는 p-ERK 및 p-CREB 수준을 증가시켰으며, 특히 660㎚에서 LED 조사 시 추가로 증가하였다(도 6 및 도 7). 이들 결과는 ERK 및 CREB 신호전달 경로가 660㎚ LED 조사 후 HT-22 세포에서 증가 된 BDNF 발현을 매개 할 수 있음을 시사한다.
660㎚의 LED 광은 쥐의 해마에서 BDNF의 발현을 증가시킨다.
LED 조사에 의한 BDNF 상향 조절은 면역 조직 화학에 의해 쥐의 해마에서 확인되었다. BDNF-발현 세포의 수는 쥐 해마 조직의 기관형적 슬라이스 배양물(organotypic slice cultures)에서 LED 처리 및 H 2O 2 처리한 경우, 각각 2.5배 및 2.8배 더 높았다(도 8 및 도 9). 또한, p-ERK 및 p-CREB 양성 세포의 수는 LED 조사가 없는 것보다 더 높다는 것을 발견했다. LED 조사 시, p-ERK- 양성 세포는 H 2O 2의 존재 또는 부재 하에서 각각 약 2배 및 3.8배 증가했고, 동일한 조건에서 p-CREB는 각각 약 1.6배 및 3.3배 증가했다. 이러한 결과는 해마에서 LED에 의한 BDNF의 증가 된 수준이 ERK 및 CREB 신호전달 경로에 의해 매개 될 수 있음을 시사한다.
660㎚의 LED 광은 해마에서 항산화 효소의 활성을 촉진한다.
660㎚의 LED를 조사한 쥐 해마 조직의 기관형 슬라이스 배양물(organotypic slice cultures)에서 BDNF, 산화 방지제 효소 glutathione peroxidase(GPx), superoxide dismutase 1(SOD1), glutathione reductase(GR)의 mRNA 발현을 조사하였다(도 10). BDNF 발현은 LED 조사 시 대조군 및 H 2O 2 처리된 해마 슬라이스 둘 다에서 증가하였다. GPx 발현은 LED 조사에 의해 대략 2.7배 증가하였다. 그러나, H 2O 2-유도 산화스트레스 후에 발현이 감소하였다. LED 조사는 또한 대조군 슬라이스에서 SOD1 및 GR 수준을 약 3배 및 2.4배 증가시켰고, H 2O 2 처리된 슬라이스에서 SOD1 수준을 약 1.6배 증가시켰다; 후자의 경우 LED는 GR 레벨에 영향을 미치지 않았다. 이러한 결과는 660㎚의 LED가 해마에서의 BDNF 발현뿐만 아니라 항산화 효소 GPx, SOD1 및 GR의 발현을 유도함을 보여준다. 또한, 660㎚ LED는 H 2O 2에 의한 산화스트레스의 유도에 따라 SOD1의 발현을 증가시켰다.
논의
포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM)은 산화스트레스에 의한 HT-22 세포사멸을 억제하고, ERK 및 CREB 신호전달 경로 활성화를 통해 BDNF 발현을 증가시켰다. 또한, PBMT는 해마 조직의 기관형 슬라이스에서 BDNF 발현을 증가시켰으며, 산화스트레스에 의해 감소된 인산화 ERK 및 CREB의 수준을 증가시키고, 항산화 효소 과산화물 dismutase의 발현을 증가시켰다. 이들 데이터는 PBMT가 산화스트레스에 의해 유도된 해마 손상을 억제하고 BDNF의 발현을 증가시키는 것을 입증할 수 있으며, 이는 신경 손상을 야기하는 다양한 관련 장애를 치료하기 위한 대안으로써 사용될 수 있다. 즉, 뉴런 세포의 활성화 및 산화 환원 항상성은 660㎚ 파장의 광을 이용한 포토바이오모듈레이션의 주목할 만한 메커니즘 일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 시스템(10)의 구성을 기능블록으로 도시한 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10)은, 해마 조직에 광을 조사하는 광원부(100), 및 광원부(100)에서 조사되는 광의 출력모드(광 파장, 광 조사 강도, 및 광 조사 시간)를 조절하는 제어부(200)를 포함하여 구현될 수 있다.
각각의 장치들과 관련된 상세한 내용들은, 앞서 본 발명의 일실시예에 따른 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법과 관련하여 충분히 설명되었으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 따르면, 적외선 또는 근적외선(파장 600 내지 1100㎚) 광을 사용하는 치료 방법인 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법을 이용함으로써, 생물체의 특정 분자가 특정 파장 대역의 빛에 대한 반응으로서 광자 및 트리거 신호전달 경로를 흡수할 수 있다는 원리를 이용하여, 저출력 레이저 빛을 생물체에 조사한다는 간단하면서도 용이한 방법을 통해, 세포의 사멸을 지연시키고 분열 세포의 증식을 도울 수 있으며, 질환이나 병변에 부작용 등의 위험성 없이도 자연적인 치료를 유도할 수 있다.
또한, 본 발명에서 제안하고 있는 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템에 따르면, 특히 해마 조직에 660㎚ 파장의 광을 조사하는 포토바이오모듈레이션 방법을 이용함으로써, 660㎚ 파장의 광 조사 시, 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포가 손상되는 속도를 감소시킬 수 있고, 해마 조직에서 항산화 효소 발현을 증가시킬 수 있으며, 특히 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억기능이나 인지기능이 향상되고, 우울증이나 치매 등의 뇌 관련 질환의 치료에 탁월한 효능을 가질 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법으로서,
    해마 조직에 광을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 해마 조직은,
    해마 조직의 세포 중 HT-22 cell를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 해마 조직에 조사되는 광은,
    저출력 LED(Light-Emitting Diode) 광원을 이용하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 해마 조직에 조사되는 광은,
    적외선 또는 근적외선 파장(600㎚ 내지 110㎚)의 광을 이용하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 해마 조직에 조사되는 광은,
    660㎚ 파장의 광을 이용하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포 손상이 감소하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 항산화 효소 발현이 증가하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)가 활성화되는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억 및 인지기능이 향상되는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 해마의 장기적인 기억 및 인지기능이 향상되는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법.
  11. 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 시스템(10)으로서,
    해마 조직에 광을 조사하는 광원부(100); 및
    상기 광원부(100)에서 조사되는 광의 출력모드(광 파장, 광 조사 강도, 및 광 조사 시간)를 조절하는 제어부(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  12. 제11항에 있어서, 상기 해마 조직은,
    해마 조직의 세포 중 HT-22 cell를 포함하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  13. 제11항에 있어서, 상기 광원부(100)는,
    저출력 LED(Light-Emitting Diode) 광원을 이용하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  14. 제13항에 있어서, 상기 광원부(100)는,
    적외선 또는 근적외선 파장(600㎚ 내지 110㎚)의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  15. 제14항에 있어서, 상기 광원부(100)는,
    660㎚ 파장의 광을 조사하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광원부(100)에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 산화스트레스가 억제되어 해마 세포 손상이 감소하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  17. 제15항에 있어서,
    상기 광원부(100)에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 항산화 효소 발현이 증가하는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  18. 제15항에 있어서,
    상기 광원부(100)에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF)가 활성화되는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광원부(100)에서 광 조사 시, 상기 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자가 활성화되어, 해마의 기억 및 인지기능이 향상되는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
  20. 제19항에 있어서,
    상기 해마의 장기적인 기억 및 인지기능이 향상되는 것을 특징으로 하는, 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 시스템(10).
PCT/KR2020/095123 2019-11-06 2020-09-24 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템 WO2021091363A1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/737,955 US20220257974A1 (en) 2019-11-06 2022-05-05 Photobiomodulation method and system for inducing activity of brainderived nerve growth factor in hippocampal tissue

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2019-0140984 2019-11-06
KR1020190140984A KR102372895B1 (ko) 2019-11-06 2019-11-06 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자(Brain-derived neurotrophic factor, BDNF) 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션(Photobiomodulation, PBMT 또는 PBM) 방법 및 시스템

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/737,955 Continuation US20220257974A1 (en) 2019-11-06 2022-05-05 Photobiomodulation method and system for inducing activity of brainderived nerve growth factor in hippocampal tissue

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021091363A1 true WO2021091363A1 (ko) 2021-05-14

Family

ID=75848950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2020/095123 WO2021091363A1 (ko) 2019-11-06 2020-09-24 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220257974A1 (ko)
KR (1) KR102372895B1 (ko)
WO (1) WO2021091363A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023004784A1 (zh) 2021-07-30 2023-02-02 成都优洛生物科技有限公司 一种重组cho细胞、其构建方法、利用其的检测系统和方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240055980A (ko) 2022-10-20 2024-04-30 (주)오비이랩 인지 기능 개선을 위한 개인 맞춤형 광자극을 제공하는 방법, 장치 및 비일시성의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Developed AI-based Alzheimer's Light Source Therapy to Slow Down Alzheimer's Dementia", CLINIC JOURNAL, 1 September 2019 (2019-09-01), pages 1 - 3, XP055810490, Retrieved from the Internet <URL:http://www.clinicjournal.co.kr/mobile/article.html?no=10360>> [retrieved on 20210604] *
ANONYMOUS: "KEIMYUNG UNIVERSITY NEWS. Professor LEE, Jongha of Keimyung University, Developed AI-based Alzheimer's Light Source Therapy", 29 September 2019 (2019-09-29), pages 1 - 3, XP055810480, Retrieved from the Internet <URL:http://www.kmu.ac.kr/uni/kmupr/page.jsp?pageNo=91&pagePrvNxt=0&pageRef=200196&pageOrder= 0&cmd=2&parm_bod_uid=199442&srchEnable =1&srchSDate=&srchKeyword=&srchBgpUid=-1&mnu_uid=287&srchEDate=&srchColumn=&srchVoteType=-1&>> [retrieved on 20210604] *
ANONYMOUS: "Keimyung University, using light therapy to improve memory in the hippocampus " Laying the foundation for Alzheimer's treatment technology based on AI and photobiomodulation"", 1 September 2019 (2019-09-01), pages 1 - 2, XP055810484, Retrieved from the Internet <URL:http://www.ymdaily.co.kr/news/article.html?no=36864>> [retrieved on 20210604] *
HEO JIN-CHUL, PARK JI-AE, KIM DAE-KWANG, LEE JONG-HA: "Photobiomodulation (660 nm) therapy reduces oxidative stress and induces BDNF expression in the hippocampus", SCIENTIFIC REPORTS, vol. 9, no. 1, 1 December 2019 (2019-12-01), XP055810472, DOI: 10.1038/s41598-019-46490-4 *
TAEWOOK CHOI: "Keimyung University College of Medicine, AI-based Alzheimer's Light Source Therapy Development", 31 August 2019 (2019-08-31), pages 1 - 1, XP009527854, Retrieved from the Internet <URL:http://www.kukinews.com/newsView/kuk201909190035> *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023004784A1 (zh) 2021-07-30 2023-02-02 成都优洛生物科技有限公司 一种重组cho细胞、其构建方法、利用其的检测系统和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20220257974A1 (en) 2022-08-18
KR102372895B1 (ko) 2022-03-11
KR20210054835A (ko) 2021-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021091363A1 (ko) 해마 조직에서 뇌유래신경성장인자 활성 유도를 위한 포토바이오모듈레이션 방법 및 시스템
Birlea et al. Trends in regenerative medicine: repigmentation in vitiligo through melanocyte stem cell mobilization
Skobowiat et al. Melatonin and its derivatives counteract the ultraviolet B radiation‐induced damage in human and porcine skin ex vivo
Vass et al. Direct evidence of trigeminal innervation of the cochlear blood vessels
Sulaimon et al. The biology of melanocytes
Jiang et al. Monotropein alleviates H2O2‑induced inflammation, oxidative stress and apoptosis via NF‑κB/AP‑1 signaling
Forschner et al. Current state of vitiligo therapy–evidence‐based analysis of the literature
Yang et al. Activated astrocytes enhance the dopaminergic differentiation of stem cells and promote brain repair through bFGF
Fitzgerald et al. Near infrared light reduces oxidative stress and preserves function in CNS tissue vulnerable to secondary degeneration following partial transection of the optic nerve
Rao et al. Dynamic patterns of histone lysine methylation in the developing retina
Yamahara et al. Insulin-like growth factor 1: a novel treatment for the protection or regeneration of cochlear hair cells
Jeon et al. Protective activity of caffeic acid and sinapic acid against UVB‐induced photoaging in human fibroblasts
Lou et al. Wound-healing effects of 635-nm low-level laser therapy on primary human vocal fold epithelial cells: an in vitro study
Whitlon et al. Survival and morphology of auditory neurons in dissociated cultures of newborn mouse spiral ganglion
Atlasz et al. Effects of PACAP in UV-A radiation-induced retinal degeneration models in rats
Demel et al. Reduced spiral ganglion neuronal loss by adjunctive neurotrophin-3 in experimental pneumococcal meningitis
Gupta et al. Photoperiodic regulation of nuclear melatonin receptor RORα in lymphoid organs of a tropical rodent Funambulus pennanti: Role in seasonal oxidative stress
Rak et al. Neurotrophic effects of taurine on spiral ganglion neurons in vitro
Ermakov et al. Opposite effects of low intensity light of different wavelengths on the planarian regeneration rate
Jiang et al. Sodium salicylate reduced insulin resistance in the retina of a type 2 diabetic rat model
Barreiro et al. UCP3 overexpression neutralizes oxidative stress rather than nitrosative stress in mouse myotubes
Ji et al. Cellular mechanism of immobilization-induced muscle atrophy: A mini review
Meng et al. Combined rosiglitazone and forskolin have neuroprotective effects in SD rats after spinal cord injury
Basta et al. Near-infrared-light pre-treatment attenuates noise-induced hearing loss in mice
Xiao et al. Apobec1 promotes neurotoxicity-induced dedifferentiation of müller glial cells

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20885250

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20885250

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1