조직 특성 MR 조영제를 이용한 쥐의 간세포막의 물분자 교환 및 투과율의 MR 측정기법

MR Study of Wate Exchange and Cell Membrane Permeability in Rat Liver Cells Using a Tissue-Specific MR Contrast Agent

목적 : 간특정 MR 조영제를 이요하여 간세포의 세포막을 통한 물분자의 교환 및 세포막 투과율을 정확히 측정 할 수 있는 MR 기법을 개발하고자 하였다. 대상 및 방법 : 쥐의 간세포를 분리하여 낸 후 NMR 측정을 시도하엿다. 모든 실험은 0.02MHz부터 60 MHz까지 양성자의 Larmor 주파수를 변화시킬 수 있는 IBM형 field cycling relaxometer를 사용하여 시행하였으며 spin-echo 펄스열을 사용하여 T1 자기이완시간을 측정하였다. 전오도의 간특정 조영제인 Gd-EOB-DTPA를 함유하고 있는 간세포 샘플로부터 획득한 T1 데이터를 연속분포 분석법을 사용하여 분석하였으며 이때 이론적 모델로는 Two compartmental exchange 모델을 이용하였다. 결과 : 간세포내의 물분자의 평균 거주시간은 약 250 msec이며 간세포막의 투과율에 대한 최저치는 $(1.3{\pm}0.1){\;}{\times}{\;}10^{-3}cm/sec$ 이었다. 자기이완시간의 연속적인 분포도를 구할 수 있는 CONTIN 분석기법을 적용한 결과 확산적 물분자 교환이 일어남을 밝혔고 이러한 확산적 교환의 정도가 간세포의 경우 세포내 공간에서는 작지 않다는 사실을 규명 할 수 있었다. 결론 : 연속분포 분석기법을 적용하는 경우 Gd-EOB-DTPA는 간세포에서의 물분자의 교환정도 및 세포막의 물분자에 대한 투과율을 측정하는데 매우 유용한 방법임을 확인하였고 간세포에서의 물분자의 교환속도는 적혈구에서의 물분자 교환 속도에 비해 매우 느리다는 사실을 확인하였다. 따라서 조직 특정 조영제는 해당 조직 혹은 세포의 세포막 투과율과 같은 생리학적 정보를 알아낼 수 있는 기능적 조영제로서의 유용성을 입증할 수 있었다.

Purpose : A precise NMR technique for measuring the rate of water exchange and cell membrane permeability across the hepatocyte membrane using liver-specific MR contrast agent is described. Materials and Methods : The rat hepatocytes isolated by perfusion of the livers were used for the NMR measurements. All experiments were performed on an IBM field cycling relaxometer operating from 0.02MHz to 60 MHz proton Larmor frequency. spin-echo pulse sequence was empolyed to measure spin-lattice relaxation time, T1. The continuous distribution analysis of water proton T1 data from rat hepatocytes containing low concentrations of the liver specific contrast agent, Gd-EOB-DTPA, modeled by a general two compartment exchange model. Results : The mean residence time of water molecule inside the hepatocyte was approximately 250 msec. The lower limit for the permeability of the hepatocyte membrane was $(1.3{\pm}0.1){\;}{\times}{\;}10^{-3}cm/sec$. The CONTIN analysis, which seeks the natural distribution of relaxation times, reveals direct evidence of the effect of diffusive exchange. the diffusive water exchange is not small in the intracellular space in the case of hepatocytes. Conclusions : Gd-EOB-DTPA, when combined with continuous distribution analysis, provides a robust method to study water exchange and membrane permeability in hepatocytes. Water exchange in hepatocyte is much slower thatn that in red blood cells. Therefore, tissue-specific contrast agent may be used as a functional agent to give physiological information such as cell membrane permeability.