Imaging of Herpes Simplex Virus Type 1 Thymidine Kinase Gene Expression with Radiolabeled 5-(2-iodovinyl)-2'-deoxyuridine (IVDU) in liver by Hydrodynamic-based Procedure

Purpose: Hydrodynamic-based procedure is a simple and effective gene delivery method to lead a high gene expression in liver tissue. Non-invasive imaging reporter gene system has been used widely with herpes simplex virus type 1 thymidine kinase (HSV1-tk) and its various substrates. In the present study, we investigated to image the expression of HSV1-tk gene with 5-(2-iodovinyD-2'-deoxyuridine (IVDU) in mouse liver by the hydrodynamicbased procedure. Materials and Methods: HSV1-tk or enhanced green fluorescence protein (EGFP) encoded plasmid DNA was transferred into the mouse liver by hydrodynaminc injection. At 24 h post-injection, RT-PCR, biodistribution, fluorescence imaging, nuclear imaging and digital wholebody autoradiography (DWBA) were performed to confirm transferred gene expression. Results: In RT-PCR assay using mRNA from the mouse liver, specific bands of HSV1-tk and EGFP gene were observed in HSV1-tk and EGFP expressing plasmid injected mouse, respectively. Higher uptake of radiolabeled IVDU was exhibited in liver of HSV1-tk gene transferred mouse by biodistribution study. In fluorescence imaging, the liver showed specific fluorescence signal in EGFP gene transferred mouse. Gamma-camera image and DWBA results showed that radiolabeled IVDU was accumulated in the liver of HSV1-tk gene transferred mouse. Conclusion: In this study, hydrodynamic-based procedure was effective in liver-specific gene delivery and it could be quantified with molecular imaging methods. Therefore, co-expression of HSV1-tk reporter gene and target gene by hydrodynamic-based procedure is expected to be a useful method for the evaluation of the target gene expression level with radiolabeled IVDU.

Hydrodynamic-based Procedure를 이용한 간에서의 HSV1-tk 발현 확인을 위한 방사표지 5-(2-iodovinyl)-2'-deoxyuridine (IVDU)의 영상연구

목적: Hydrodynamic-based procedure는 손쉽고 간편한 비바이러스성 유전자 전달 방법으로 특히 간특이적으로 발현하는 특징을 가진다. 단순 헤르페스 바이러스 제 1 형 티미딘 키나제(herpes simplex virus type 1 thymidine kinase, HSV1-tk)와 다양한 기질을 이용한 비침습적 HSV1-tk 유전자 영상시스템이 널리 연구되어왔다. 본 연구에서는 HSV1-tk 유전자를 hydrodynamic-based procedure를 이용하여 전달한 후, HSV1-tk의 보고 기질로 알려진 5-(2-iodovinyl)-2'-deoxyuridine (IVDU)을 이용하여 간 특이적인 HSV1-tk 유전자 발현 영상을 획득하고자 하였다. 대상 및 방법: HSV1-tk 유전자와 녹색형광유전자를 가진 각 플라스미드 벡터를 마우스에 hyodynaminc injection을 통해 전달하고, 24 시간 뒤 유전자의 발현을 확인하기 위해 RT-PCR, 생체형광영상, 핵의학영상, 전신자가방사영상 그리고 생체분포를 시행하였다. 결과: 각 플라스미드 벡터를 전달한 간으로부터 추출한 전체 RNA를 이용하여 RT-PCR을 수행한 결과, 각각 HSV1-tk유전자와 녹색형광단백 유전자의 특이적인 밴드를 관찰할 수 있었다. 생체 분포 결과, pHSV1-tk 벡터를 전달한 마우스의 간에서 특이적인 [$^{123}I$]IVDU의 섭취를 보였다. 생체형광영상에서는pEGFP-N1 벡터를 전달한 마우스의 간에서는 유의한 형광신호를 나타내었다. 전신자가방사영상과 감마카메라 영상에서 pHSV1-tk 벡터를 전달한 마우스의 간에서 방사표지 IVDU가 국소적으로 집적되는 것을 확인하였다. 결론: 본 연구에서 hydrodynamic-based procedure는 간특이적으로 플라스미드 DNA를 전달하는데 효과적이며 전달된 유전자의 발현을 분자영상학적인 방법으로 확인하였다. 따라서 Hydrodynamic injection을 통해 HSV1-tk유전자와 목적 유전자의 공동발현은 방사표지 IVDU에 의해 목적 유전자의 발현을 정량평가하는데 유용할 것으로 기대된다.