• The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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• 제9권6호
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• pp.363-369
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• 2005

It is imperative to analyse brain injuries directly in real time, so as to find effective therapeutic compounds to protect brain injuries by stress. We established a system which could elucidate the real time $Ca^{2+}$ dynamics in an organotypic cultured hippocampal slice by the insults of artificial stress hormone, dexamethasone. The real time $Ca^{2+}$ dynamics could continuously be detected in cornus ammonis 3 (CA3) of the organotypic hippocampus for 8 hours under confocal microscopy. When dexamethasone concentration was increased, the $Ca^{2+}$ was also increased in a dose dependent manner at $1{\sim}100{\mu}M$ concentrations. Moreover, when the organotypic cultured hippocampal slice was treated with a glutamate receptor antagonist together with dexamethasone, the real time $Ca^{2+}$ dynamics were decreased. Furthermore, we confirmed by PI uptake study that glutamate receptor antagonist reduced the hippocampal tissue damage caused by dexamethasone treatment. Therefore, our new calcium ion dynamics system in organotypic cultured hippocampal slice after dexamethasone treatment could provide real time analysis method for investigation of brain injuries by stress.

• Journal of Korean Neurosurgical Society
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• 제29권8호
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• pp.1008-1018
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• 2000

Objective : Glutamate induced excitotoxicity is one of the leading causes of cell death under pathologic condition. However, there is controversy whether excitotoxicity may also participate in the neuronal death under low intensity insult such as simple hypoxia or hypoglycemia. To investigate the role of NMDA receptor in low intensity insult, we chose anoxia as the method of injury and used organotypically cultured hippocampal slice as the material of experiment. Materials & Methods : The hippocampal slices cultured for 2-3 weeks were exposed to 60 minutes of complete oxygen deprivation(anoxia). Neuronal death was assessed with Sytox stain. Corrected optical density of fluorescence in gray scale, used as cellular death indicator, was obtained from pictures taken at 24 and 48 hours following the insult. The well-known in vivo phenomenon of regional difference in susceptibility of hippocampal sub-fields to ischemic insult was reproduced in HOSC(hippocampal organotypic slice culture) by complete oxygen deprivation injury. Results : $CA_1$ was the most vulnerable to complete oxygen deprivation in hippocampus while $CA_3$ was resistant. Oxygen deprivation for 10 and 20 minutes with glucose(6.5g/l) present was insufficient to induce neuronal death in the cultured hippocampal slice. However, after 30 minutes exposure under anoxic condition, neuronal death was able to be detected in the center of $CA_1$ area. The intensity and area of fluorescence indicating cell death correlated with the duration of oxygen deprivation. NMDA receptor and non-NMDA receptor blocking with MK-801(30 & $60{\mu}M$) and CNQX($100{\mu}M$) did not provide cellular protection to HOSC against damage induced by oxygen deprivation, but increased intracellular calcium buffering capacity with BAPTA-AM($10{\mu}M$) was effective in preventing neuronal death (p=0.01, Student's t-test). Cycloheximide($1{\mu}g/ml$, $10{\mu}g/ml$) provided no protection to HOSC against insult of complete oxygen deprivation for 60 minutes and combined therapy of MK-801(30 & $60{\mu}M$) and cycloheximide(1 & $10{\mu}g/ml$) was also ineffective in preventing neuronal death. Conclusion : The results of this study show that the another mechanism not associated with glutamate receptor(NMDA & non NMDA) may play major role in cell death mechanisms induced by complete oxygen deprivation and increased intracellular calcium during anoxia may participate in the neuronal death mechanism of oxygen deprivation. Further investigation of the calcium entry channel activated during oxygen deprivation is necessary to understand the neuronal death of anoxia.

• 한국응용약물학회:학술대회논문집
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• 한국응용약물학회 2004년도 Annual Meeting of the Korean Society ofApplied Pharmacology
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• pp.124-128
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• 2004

We have assessed amyloid ${\beta}-peptide$ $(A{\beta})-induced$ neurotoxicity in primary neurons and organotypic hippocampal slice cultures (OHC) in rat. Exposing cultured hippocampal and cerebellar granule neurons to $A{\beta}$ resulted in a decrease of MTT reduction, and in destruction of neuronal integrity. Treatment of these neurons with tunicamycin, an inhibitor of N-glycosylation in the endoplasmic reticulum (ER), also decreased MTT reduction in these neurons. S-allyl-L-cysteine (SAC), an active organosulfur compound in aged garlic extract, protected hippocampal but not cerebellar granule neurons against $A{\beta}$- or tunicamycin-induced toxicity. In the hippocampal neurons, protein expressions of casapse-12 and GRP 78 were significantly increased after $A{\beta}_{25-35}$ or tunicamycin treatment. The increase in the expression of caspase-12 was suppressed by simultaneously adding $1{\mu}M$ SAC in these neurons. In contrast, in the cerebellar granule neurons, the expression of caspase-12 was extremely lower than that in the hippocampal neurons, and an increase in the expression by $A{\beta}_{25-35}$ or tunicamycin was not detected. In OHC, ibotenic acid (IBO), a NMDA receptor agonist, induced concentration-dependent neuronal death. When $A{\beta}$ was combined with IBO, there was more intense cell death than with IBO alone. SAC protected neurons in the CA3 area and the dentate gyrus (DG) from the cell death induced by IBO in combination with $A{\beta}$, although there was no change in the CA1 area. Although protein expression of casapse-12 in the CA3 area and the DG was significantly increased after the simultaneous treatment of AI3 and IBO, no increase in the expression was observed in the CA1 area. These results suggest that SAC could protect against the neuronal cell death induced by the activation of caspase-12 in primary cultures and OHC. It is also suggested that multiple mechanisms may be involved in neuronal death induced by AI3 and AI3 in combination with IBO.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제49권5호
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• pp.558-564
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• 2006

목 적 : 경뇌 전자기 자극법은 변조 자기장을 이용하여 뇌세포에 대한 직접적인 영향을 주지 않으면서 중추 신경계를 자극할 수 있는 비침습적인 방법이다. 이전의 연구들은 대부분 생체 동물을 대상으로 수행되어져 왔으며 배양 조직에서의 연구는 별로 이루어진 바 없다. 이에 본 연구에서는 배양된 해마 절편에서 다른 주파수의 전자기 자극이 신경원에 미치는 영향과 약물에 의한 세포 손상 후 전자기 자극의 세포보호효과 여부에 대해 알아보고자 하였다. 방 법 : 생후 8일된 실험쥐의 대뇌를 적출하여 dissection microscope 하에서 양쪽 해마 부위를 분리하고 tissue chopper를 이용하여 $450{\mu}M$ 두께로 절편을 만든 후 Stoppini가 고안한 방법대로 배양을 시행하였다. 각각 5개의 건강한 해마 절편이 포함된 inserts를 선택하고, 전자기 자극군에 대해 0.67 Hz와 50 Hz의 주파수로 각각 배양 5일부터 3일 간격으로 6차례 전자기 자극을 가하였다. 또한, 배양 제 14일에 inserts 2개에 $100{\mu}M$ NMDA에 노출시키고 3일 후부터 3일 간격으로 insert 1개에 전자기 자극을 3차례 시행하였고 다른 1개의 insert와 대조군에는 자극을 가하지 않았다. 결 과 : 전자기 자극 후 신경원의 활성도를 알아보기 위해 NeuN 단백 발현을 western blotting을 이용하여 측정한 후 ${\beta}$-actin 단백 발현과의 비를 얻어 각 군에서 비교 분석하였다. 대조군($1.01{\pm}0.27$)에 비해 전자기 자극군에서 NeuN의 발현이 증가되어 있었으며, 특히 저주파 자극군($1.12{\pm}0.14$)에서보다 고주파 자극군($1.27{\pm}0.17$)에서 현저하였고 고주파 자극군에서는 대조군에 비해 통계적으로 유의한 증가를 보였다(P<0.05). 또한, NMDA 노출 후 실험군(전자기 자극군 : $1.15{\pm}0.27$, 전자기 비자극군 : $0.92{\pm}0.09$)에서 대조군($1.26{\pm}0.04$)에 비해 NeuN 발현이 감소되었으나 전자기 비자극군에서 더 많이 감소한 것을 알 수 있었다. 결 론 : 배양된 해마조직의 신경세포에 대한 전자기 자극은 저주파 자극군에 비해 고주파 자극군에서 대조군보다 통계적으로 유의한 수준의 NeuN 발현의 증가를 관찰할 수 있었고, NMDA 노출 후 전자기 자극을 가한 군에서 대조군보다 NeuN 발현 감소가 관찰되기는 하였으나 고주파 자극군에서는 통계적으로 유의하지 않은 정도였던 것으로 보아 전자기 자극이 신경원 활성을 증가시켜 신경세포의 발생 및 증식을 유도하며 세포 손상에 대한 신경보호효과도 보인다는 것을 알 수 있었다. 따라서 전자기 자극은 여러 신경 질환에 있어서 치료적 역할을 할 수 있는 가능성이 있다고 사료된다.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제52권5호
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• pp.588-593
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• 2009

목 적 : 산소-포도당 박탈(oxygen-glucose deprivation, OGD)에 노출된 신생 흰쥐 해마 절편에서 성장호르몬이 신경 세포 보호 효과가 있는지를 연구하고자 하였다. 방 법 : 배양된 생후 7일된 신생 흰쥐의 해마 절편을 OGD에 60분간 노출 시켰다. 이후 각기 다른 세 용량의 성장 호르몬(5, 50, $500{\mu}M$)을 배양액에 투여하고 OGD 노출 후 12 와 24시간에 해마 절편의 상대적 propidium iodide (PI) uptake와 배양액의 상대적 lactate dehydrogenase (LDH) 활성도를 측정하여 성장 호르몬 처치군과 성장 호르몬 처치하지 않은 대조군 사이에 비교하였다. 신경 세포의 세포 사멸에 대한 성장호르몬의 효과를 관찰하고자 caspase-3의 면역 형광 염색과 TUNEL 염색을 시행하였다. 결 과 : 1) 각기 다른 세 용량의 성장호르몬을 처치한 해마 절편의 CA1과 DG에서 상대적 PI uptake는 처치하지 않은 대조군에 비해 OGD 노출 후 12시간과 24시간에 의미 있는 차이를 보이지 않았다(P>0.05). 2) 상대적 LDH 활성도는 OGD 노출 후 12시간에만 성장 호르몬을 투여한 군의 배양액에서 대조군에 비해 통계적으로 의미 있게 감소하였다(P<0.05). 3) 성장 호르몬($50{\mu}M$)으로 처치한 해마 절편의 CA1과 DG에서 caspase-3 발현과 TUNEL 양성의 발현은 OGD 노출 후 12와 24시간에 대조군과 차이를 보이지 않았다. 결 론 : OGD에 노출된 해마 절편에서 성장호르몬 처치는 확실한 신경세포 보호 효과를 보이지 않았으나 OGD 노출 후 12시간에 배양액으로 LDH 유출을 감소시킬 수 있었다.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제58권4호
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• pp.142-147
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• 2015

Purpose: The aim of this study was to investigate the potential effects of mild hypoxia in the mature and immature brain. Methods: We prepared organotypic slice cultures of the hippocampus and used hippocampal tissue cultures at 7 and 14 days in vitro (DIV) to represent the immature and mature brain, respectively. Tissue cultures were exposed to 10% oxygen for 60 minutes. Twenty-four hours after this hypoxic insult, propidium iodide fluorescence images were obtained, and the damaged areas in the cornu ammonis 1 (CA1), CA3, and dentate gyrus (DG) were measured using image analysis. Results: In the 7-DIV group compared to control tissue, hypoxia-exposed tissue showed decreased damage in two regions (CA1: $5.59%{\pm}2.99%$ vs. $4.80%{\pm}1.37%$, P=0.900; DG: $33.88%{\pm}12.53%$ vs. $15.98%{\pm}2.37%$, P=0.166), but this decrease was not statistically significant. In the 14-DIV group, hypoxia-exposed tissue showed decreased damage compared to control tissues; this decrease was not significant in the CA3 ($24.51%{\pm}6.05%$ vs. $18.31%{\pm}3.28%$, P=0.373) or DG ($15.72%{\pm}3.47%$ vs. $9.91%{\pm}2.11%$, P=0.134), but was significant in the CA1 ($50.91%{\pm}5.90%$ vs. $32.30%{\pm}3.34%$, P=0.004). Conclusion: Although only CA1 tissues cultured for 14 DIV showed significantly less damage after exposure to hypoxia, the other tissues examined in this study showed a tendency towards less damage after hypoxic exposure. Therefore, mild hypoxia might play a protective role in the brain.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제45권12호
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• pp.1551-1558
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• 2002

목 적 : 중증 측두엽간질환자와 kainic acid(KA)로 처리한 측두엽간질 동물모델에서 해마 치아이랑의 사이신경세포가 소실된다. 측두엽간질 마우스모델인 마우스해마의 기관형 배양에 의한 KA 간질모델에서 parvalbumin(PV)항체를 이용한 면역조직화학법으로 치아이랑에 분포하는 PV 면역반응성 사이신경세포를 감별염색하여 세포체 및 그 가지돌기의 형태학적 변화를 관찰함으로써 측두엽간질의 병태생리의 일단을 규명하고자 한다. 방 법 : 실험적 간질 모델은 C57/BL6 마우스의 해마박편을 이용한 기관형 배양에서 $10{\mu}M$ KA 투여로 유발시켰으며, PV 항체를 이용한 광학현미경적 면역조직화학법으로 치아이랑에 분포하는 PV 면역반응성 사이신경세포를 감별염색하여 형태학적 차이를 관찰하였고, 또한 이들 세포의 세포수를 계측하고 KA처리 후 배양하면서 시간경과(8, 24, 48, 72시간)에 따라 PV 면역반응성 사이신경세포의 형태학적 변화를 관찰하였다. 결 과: KA 처리를 하지 않고 배양된 해마조직박편(대조군)의 치아이랑에서 PV 면역반응성 세포는 가지돌기 나무가 잘 발달되어 있고 사이신경세포로서 이들은 주로 과립층과 이층 밑의 다형층에 산재하였다. $10{\mu}M$ KA에 1시간 정도 노출되었을 때 PV 면역반응성 사이신경세포의 돌기에는 염주상이 형성되었고 가지돌기는 가늘어져 있었다. PV 면역반응성 사이신경세포는 KA 처리 후 배양액에서 KA를 제거한 뒤 시간이 경과함에 따라 형태학적 회복을 보여주었다. KA 제거 후 8시간 회복군에서 세포돌기의 염주상은 볼 수 없었으며 가지돌기는 가늘어져 있었다. KA 제거 후 24, 48, 72시간 회복군에서도 염주상은 거의 볼 수가 없었으며 가지돌기의 두께도 회복되었다. PV 면역반응성 사이신경세포의 수는 대조군에 비하여 KA 처리군과 KA 제거 후 8시간 회복군에서는 통계학적으로 유의한 세포수의 감소가 있었으나 KA 제거 후 24시간 회복군, KA 제거 후 48시간 회복군 및 KA 제거 후 72시간 회복군에서는 대조군과 차이가 없 었다. 결 론: 이러한 결과는 KA에 의하여 유발된 치아이랑 사이신경세포의 세포소실이 일시적이며 가역적인 현상임을 말해주는 것이다.

• Clinical and Experimental Pediatrics
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• 제51권10호
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• pp.1112-1117
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• 2008

목 적: 해마 절편 배양에서 산소-포도당 박탈(oxygen-glucose deprivation, OGD)에 의한 세포 사망과 신경 세포 사멸을 propidium iodide(PI) 섭취, Fluoro-Jade(FJ) 염색, TUNEL 염색, caspase-3 면역형광염색 방법으로 관찰하고자 하였다. 방 법: 생후 7일된 Sprague-Dawley 흰쥐의 해마를 MacIlwain chopper로 $350{\mu}m$ 두께의 절편으로 절단하였다. 해마 절편을 6-well plate의 insert 내의 반 유공(sem-porous) 막 위에서 membrane-interface technique으로 10일 동안 배양하였다. 배양된 해마 절편에 산소-포도당 박탈을 60분 동안 가한 후 재산소-재관류하에 기초 배양액에서 48시간 배양하였다. 재산소-재관류 동안 PI 섭취 형광 정도를 시간에 따라 형광 현미경으로 관찰하고 세포사망 백분율(percent cell death)을 측정하였다. 산소-포도당 박탈 직전과 24 시간 후에 해마 절편을 $15{\mu}m$ 두께로 냉동 절단 후 FJ 염색, TUNEL 염색, caspase-3 면역형광염색을 시행하여 세포 사망을 관찰하였다. 결과: OGD 후 PI 섭취 는 해마 절편의 CA1과 DG에 한정되어있었다. OGD 후 재산소-재관류 동안 6시간에서 48시간까지 PI 섭취 형광 강도는 시간이 증가함에 따라 증가하였다. 세포 사망 백분율은 CA1과 DG에서 모두 OGD 후 재산소-재관류 시간이 증가함에 따라 의미 있게 증가하였다(P<0.05). OGD 후 24시간에 세포 변성을 의미하는 많은 FJ 염색 양성 신경 세포 들이 CA1과 DG에서 관찰되었다. 고배율 confocal laser 현미경으로 관찰한 CA1에서의 신경 세포들 중 일부는 명확한 핵과 돌기를 가지고 있는 것을 보여 주었으며, 다른 신경 세포들은 핵의 분절화, 돌기의 손실 등을 보여 주었다. TUNEL 염색과 caspase-3 염색은 OGD 후 24시간에 CA1과 DA에서 TUNEL 양성 발현을 증가시키고 caspase-3 발현을 증가시켰다. 결 론: 해마 절편 배양에서 산소-포도당 박탈 에 의한 다수의 세포 사망을 관찰할 수 있었다. 사망한 세포 들은 주로 신경 세포의 caspase-3 활성화에 의해 매개된 사멸을 보였다.