Comparative Uptake of Tc-99m Sestamibi and Tc-99m Tetrofosmin in Cancer Cells and Tissue Expressing P-Glycoprotein or Multidrug Resistance Associated Protein

Purpose: $^{99m}Tc$-sestamibi(MIBI) and $^{99m}Tc$-tetrofosmin have been used as substrates for P-glycoprotein (Pgp) and multidrug resistance associated protein (MRP), which are closely associated with multidrug resistance of the tumors. To understand different handling of radiotracers in cancer cell lines expressing Pgp and MRP, we compared cellular uptakes of $^{99m}Tc$-MIBI and $^{99m}Tc$-tetrofosmin. The effects of cyclosporin A (CsA), well-known multidrug resistant reversing agent, on the uptake of both tracers were also compared. Materials and Methods: HCT15/CL02 human colorectal cancer cells for Pgp expressing cells, and human non-small cell lung cancer A549 cells for MRP expressing cells, were used for in vitro and in vivo studies. RT-PCR, western blot analysis and immunohistochemistry were used for detection of Pgp and MRP. MDR-reversal effect with CsA was evaluated at different drug concentrations after incubation with MIBI or tetrofosmin. Radioactivities of supernatant and pellet were measured with gamma well counter. Tumoral uptake of the tracers were measured from tumor bearing nude mice treated with or without CsA. Results: RT-PCR, western blot analysis of the cells and irnrnunochemical staining revealed selective expression of Pgp and MRP for HCY15/CL02 and A549 cells, respectively. There were no significant difference in cellular uptakes of both tracers in HCT15/CL02 cells, but MIBI uptake was slightly higher than that of tetrofosmin in A549 cells. Co-incubation with CsA resulted in a increase in cellular uptakes of MIBI and tetrofosmin. Uptake of MIBI or tetrofosmin in HCT15/CL02 cells was increased by 10- and 2.4-fold, and by 7.5 and 6.3-fold in A549 cells, respectively. Percentage increase of MIBI was higher than that of tetrofosmin with CsA for both cells (p<0.05). In vivo biodistribution study showed that MIBI (114% at 10 min, 257% at 60 min, 396% at 240 min) and tetrofosmin uptake (110% at 10 min, 205% at 60 min, 410% at 240 min) were progressively increased by the time, up to 240 min with CsA. But increases in tumoral uptake were not significantly different between MIBI and tetrofosmin for both tumors. Conclusion: MIBI seems to be a better tracer than tetrofosmin for evaluating MDR reversal effect of the modulators in vitro, but these differences were not evident in vivo tumoral uptake. Both MIBI and tetrofosmin seem to be suitable tracers for imaging Pgp- and MRP-mediated drug resistance in tumors.

P-Glycoprotein과 Multidrug Resistance Associated Protein을 발현하는 암세포와 종양에서 Tc-99m Sestamibi와 Tc-99m Tetrofosmin의 섭취율 비교

목적: 인체대장암 HCT15/CL02 암세포와 인체 비소세포 폐암 A549세포를 대상으로 Pgp와 MRP발현을 조사하고, 세포와 이종이식된 종양조직에서 $^{99m}Tc$-MIBI와 tetrofosmin의 섭취정도를 비교하여 이들 방사성의약품의 Pgp와 MRP 추적자로서의 성능을 알아보고자 하였다. 또한 다약제내성 극복제인 CsA 처리에 의한 두 방사성 의약품의 암세포 내섭취정도를 비교해 보았다. 재료 및 방법: Pgp의 발현은 RT-PCR과 면역조직화학 염색으로, MRP발현은 MRPrl항체에 대한 western blot analysis와 면역조직화학 염색으로 확인하였다. 세포 섭취는 $37^{\circ}C$에서 $1{\times}10^6$개/ml 농도에서 MIBI와 tetrofosmin을 30분과 60분 동안 반응시킨 후 상층액과 침전물로 분리하여 각각의 방사능을 감마계수기로 측정하여, 50 ${\mu}M$의 cyclosporin A (CsA)를 처리한 성적과 비교하였다. 체내실험은 HCT15/CL02세포와 A549세포를 이종이식 한 누드마우스를 4군으로 구분하여, MIBI와 tetrofosmin 만을 주사한 군과, CsA를 70 mg/kg으로 1시간전에 주사한 후 체내분포를 측정한 군으로 구분하였다. MIBI와 tetrofosmin은 각각 370 KBq을 정맥주사하고 10분, 60분, 240분 후에 동물들을 희생시켜 종양조직내의 두 방사성의약품의 장기섭취율(%ID/gm)로 계산하여 비교하였다. 결과: HCT15/CL02세포와 A549세포에서 MIBI와 tetrofosmin의 섭취는 배양시간이 지남에 따라 증가하였으며 그 섭취정도는 MIBI가 tetrofosmin보다 높았다. CsA 50 ${\mu}M$에 의한 MIBI와 tetrofosmin의 섭취정도를 각각의 60분 대조군과 비교하면 각각 763%와 629% 증가하여 MIBI의 섭취증가 정도가 tetrofosmin보다 높았다. 체내에서 두 방사성의약품의 섭취정도는 유사하였다. CsA 처리군의 섭취정도는 각각의 대조군에 비교하여 MIBI는 10분에 114%, 60분에 257%, 240분에 396%로 증가하였으며, tetrofosmin은 10분에 110%, 60분에 205%, 240분에 410%로 증가하였다. HCT15/ CL02 세포실험에서도 두 방사성약품의 섭취정도에 유의한 차이가 없었으나, CsA를 처리하였을 때 MIBI와 tetrofosmin의 섭취율은 기저치보다 모두 증가하였다. CsA에 의한 MIBI와 tetrofosmin의 섭취율은 기저치보다 각각 10배와 2.4배 증가하여, MIBI의 섭취율이 tetrofosmin보다 1.2배에서 4배정도 높았다. HCT15/CL02 종양조직내의 섭취는 CsA 처치시 증가하였으나 MIBI와 tetrofosmin 간에 유의한 차이는 없었다. 결론: Pgp와 MRP를 발현하여 다약제내성을 나타내는 암세포에서 MIBI와 tetrofosmin 섭취율은 유사하였으나, Pgp와 MRP를 억제하는 CsA에 의한 섭취증가정도는 MIBI가 더 높았다. 그러나 두 약제 섭취율 증가의 차이는 동물실험에서는 관찰되지 않았다. 이러한 결과로 보아 MIBI와 tetrofosmin은 Pgp와 MRP에 의한 다약제내성의 발현을 평가할 수 있는 방사성의약품으로 판단되며, 다약제내성 극복제의 시험관내 효능평가에는 MIBI가 tetrofosmin보다 더 우수할 것으로 사료되었다.