• Applied Microscopy
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• 제51권
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• pp.4.1-4.12
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• 2021

Fluorescence in situ hybridization (FISH) is a technique to visualize specific DNA/RNA sequences within the cell nuclei and provide the presence, location and structural integrity of genes on chromosomes. A confocal Whole Slide Imaging (WSI) scanner technology has superior depth resolution compared to wide-field fluorescence imaging. Confocal WSI has the ability to perform serial optical sections with specimen imaging, which is critical for 3D tissue reconstruction for volumetric spatial analysis. The standard clinical manual scoring for FISH is labor-intensive, time-consuming and subjective. Application of multi-gene FISH analysis alongside 3D imaging, significantly increase the level of complexity required for an accurate 3D analysis. Therefore, the purpose of this study is to establish automated 3D FISH scoring for z-stack images from confocal WSI scanner. The algorithm and the application we developed, SHIMARIS PAFQ, successfully employs 3D calculations for clear individual cell nuclei segmentation, gene signals detection and distribution of break-apart probes signal patterns, including standard break-apart, and variant patterns due to truncation, and deletion, etc. The analysis was accurate and precise when compared with ground truth clinical manual counting and scoring reported in ten lymphoma and solid tumors cases. The algorithm and the application we developed, SHIMARIS PAFQ, is objective and more efficient than the conventional procedure. It enables the automated counting of more nuclei, precisely detecting additional abnormal signal variations in nuclei patterns and analyzes gigabyte multi-layer stacking imaging data of tissue samples from patients. Currently, we are developing a deep learning algorithm for automated tumor area detection to be integrated with SHIMARIS PAFQ.

• Advances in nano research
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• 제4권2호
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• pp.145-156
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• 2016

Dendrimers are one of the most appropriate nanocaries for imaging moieties in imaging applications.The purpose of this study was the evalution of cytotoxicity and inducing apoptosis of dendrimers. This study was conducted in order to investigate the metastasis suppression effect of dendrimer in human breast MCF-7 cell line and finding the nanoparticle protein corona in biological enviromental. Dendrimer cytotoxicity effect was assessed by MTT assay. The mRNA experession level of KAI1 as a metastasis suppressor gene, Bax as Pro- apoptotic gene, Bcl-2 as an anti-apoptotic gene and GAPDH as a housekepping gene were determined by real-time PCR assays.concentration-dependent nanoparticle cytotoxicity effect was proofed at range of 1-2 mg/mL in 24 hours, significant upregulation of mRNA expression of Bax, was observed whereas expression of anti-apoptotic Bcl-2 was down-regulated, also expression of metastasis suppressor gene KAI1 was up-regulated. So far a few studies confirmed apoptosis enhancement effect of dendrimers in MCF-7 cell line via bax/bcl-2 pathways. dendrimer nanoparticles was able to act as metastase inhibitor via upregulation of KAI1 gene.

• Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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• 제42권3호
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• pp.235-245
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• 2008

목적: 간암은 치명적인 질환으로 유전자 치료가 기존 치료의 대체적 치료로 기대되고 있으며, 이러한 치료법의 발달과 함께 유전자의 발현을 평가할 수 있는 보고 유전자 시스템의 필요하다. 그 중 HSV1-tk 유전자는 보고 유전자로서 필요한 조건을 두루 만족시키고 있을 뿐만 아니라 별도의 치료유전자를 따로 이입할 필요가 없다는 장점을 가지고 있어 가장 많이 사용되는 방법이다. 이 연구는 간암의 유전자 치료를 위해 간암 동물 모델에서 유전자로 HSV1-tk를 사용하고 보고 기질로 방사성 요오드 표지 2'-fluoro-2'-deoxy-1-${\beta}$-D-arabinofuranosyl-5-iodouracil (FIAU)를 사용하여 소동물 양전자 방출영상(positron emission tomography, PET)을 얻어 비침습적 생체 유전자 발현 영상의 가능성을 확인하고 자 하였다. 대상 및 방법: HSV1-tk 보고 유전자 이입 간암세포주인 MCA-tk와 MCA 세포주를 이용하여 in vitro 상에서의 [$^{125}I$]FIAU의 섭취실험과 섭취량과 발현량의 상관성평가를 위해 세포수 백분율에 따른 섭취실험을 실시하였다. 피하 간암 동물모델을 이용하여 [$^{125}I$]FIAU의 생체분포를 평가하였으며 [$^{125}I$]FIAU를 이용하여 소동물 PET을 통한 생체영상을 분석하였다. 결과: HSV1-tk 유전자가 이입된 MCA-tk 세포에서는 특이적인 동위원소의 집적이 발생하였으며 대조군인 MCA에서는 거의 집적이 이루어지지 않았다. 섭취 후 480 분에서 두 세포주의 섭취비는 15 배로 나타났다. MCA-tk 세포주의 백분율이 증가함에 따라 [$^{125}I$]FIAU의 섭취량도 직선적 상관관계($R^2=0.9644$)에 따라 증가하여 기질의 섭취량이 유전자 발현량을 잘 반영하고 있음이 확인되었다. 피하 종양 동물모델의 생체분포 결과 [$^{125}I$]FIAU는 초기에 신장으로 빠르게 배출되며 1 시간 이후 생체내 deiodinase에 의하여 분해되어 위와 갑상선의 섭취가 증가된 값을 보였다. MCA-tk 종양 대 혈액 비와 MCA-tk 종양 대 근육 비는 투여 후 24 시간 사이에 최대 641의 값을 나타내었다. 또한 HSV1-tk 유전자가 발현하지 않은 MCA종양에 비하여 MCA-tk 종양은 192.7 배 높은 섭취를 보여 [$^{125}I$]FIAU의 섭취는 HSV1-tk 유전자 발현에 특이적임을 확인하였다. MCA-tk 종양 대 간의 집적의 경우에도 초기 1시간에 13.8 배, 4 시간에 66.8 배, 24 시간에 혈액 비와 비슷한 정도의 588.3배 이상의 대조도를 보여 주었다. [$^{124}I$]FIAU를 보고 기질로 사용한 소동물 PET 생체영상에서 대조군인 MCA 종양과 보고 유전자가 이입된 MCA-tk 종양에의 집적이 차이가 매우 큰 대조도를 보여주었으며 생체분포 결과와 일치하는 양상을 나타내었다. 결론: $^{125}I$-FIAU가 세포 섭취율 시험과 생체 분포에서 MCA-tk 종양에 높은 집적을 나타내었고 $^{124}I$-FIAU를 이용한 소동물 PET 영상에서 MCA-tk 종양이 표적장기인 간이나 MCA 종양에 비하여 매우 높은 대조도를 나타냈다. 향후, 간암의 유전자 치료에서 FIAU은 HSV1-tk를 보고 유전자로 사용할 때 적절한 기질로서 비침습적으로 핵의학 영상을 이용한 유전자 발현의 평가를 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제24권9호
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• pp.1291-1299
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• 2014

Recently, multifunctional nanomaterials have been developed as nanotherapeutic agents for cellular imaging and targeted cancer treatment because of their ease of synthesis and low cytotoxicity. In this study, we developed a multifunctional, two-component nanorod consisting of gold (Au) and nickel (Ni) blocks that enables dual-fluorescence imaging and the targeted delivery of small interfering RNA (siRNA) to improve cancer treatment. Fluorescein isothiocyanate-labeled luteinizing hormone-releasing hormone (LHRH) peptides were attached to the surface of a Ni block via a histidine-tagged LHRH interaction to specifically bind to a breast cancer cell line, MCF-7. The Au block was modified with TAMRA-labeled thiolated siRNA in order to knock down the vascular endothelial growth factor protein to inhibit cancer growth. These two-component nanorods actively targeted and internalized into MCF-7 cells to induce apoptosis through RNA interference. This study demonstrates the feasibility of using two-component nanorods as a potential theranostic in breast cancer treatment, with capabilities in dual imaging and targeted gene delivery.

• Molecules and Cells
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• 제39권12호
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• pp.841-846
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• 2016

Local protein synthesis mediates precise spatio-temporal regulation of gene expression for neuronal functions such as long-term plasticity, axon guidance and regeneration. To reveal the underlying mechanisms of local translation, it is crucial to understand mRNA transport, localization and translation in live neurons. Among various techniques for mRNA analysis, fluorescence microscopy has been widely used as the most direct method to study localization of mRNA. Live-cell imaging of single RNA molecules is particularly advantageous to dissect the highly heterogeneous and dynamic nature of messenger ribonucleoprotein (mRNP) complexes in neurons. Here, we review recent advances in the study of mRNA localization and translation in live neurons using novel techniques for single-RNA imaging.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
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• 제16권1호
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• pp.47-54
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• 2012

목적: 백서 중간엽 줄기세포에 페리틴 유전자를 형질 도입시켜 생물학적 특성의 변화 유무를 평가하고, 자기공명영상에서 신호강도의 차이를 확인해보고자 하였다. 대상과 방법: 백서 중간엽 줄기세포에 렌티바이러스를 이용하여 사람유래 재조합 페리틴과 녹색형광단백질 유전자의 과발현을 유도하였다. 페리틴 유전자가 발현된 백서 중간엽 줄기세포의 증식성과 생존능을 분석하기 위해 MTT 어세이를 수행하였으며, 유세포 분석을 수행하여 중간엽 줄기세포의 표면 마커 발현을 평가하고, 세포 내 철 함량을 측정하고 프러시안 블루 염색을 시행하여 철 축적능력을 분석하였다. 세포 팬텀을 이용하여 9.4 T 자기공영영상 기기를 이용하여 검출가능성을 평가하였다. 결과: 페리틴과 녹색형광 유전자는 백서 중간엽 줄기세포에서 안정적으로 발현되었다. 페리틴 유전자의 과발현으로 인해 백서 중간엽 줄기세포의 생물학적 특성 (증식능력, 생존능, 표면마커)은 영향을 받지 않았다. 페리틴을 발현하는 중간엽 줄기세포에서 철의 축적능력이 증가된 것이 확인되었고, T2 이완 시간은 유의하게 감소하였다. 결론: 줄기세포 치료 연구에서 자기공명 리포터 유전자 페리틴은 자기공명영상법을 이용하여 중간엽 줄기세포를 비침습적으로 가시화 할 수 있고 이를 이용하여 생체추적이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제9권12호
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• pp.1580-1587
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• 2006

The term molecular imaging can be broadly defined as the in vivo characterization and measurement of biologic processes at the cellular and molecular level. Optical imaging that has highly reproducibility and repetition used in molecular imaging research. In the bioluminescence imaging, animals carrying the luciferase gene are imaged with a cooled CCD(Charge-Coupled Device) camera to pick up the small number of photons transmitted through tissues. Molecular imaging analysis will allow us to observe the incipience and progression of the disease. But hardware device for molecular imaging and software for molecular image analysis were dependent on imports. In this paper, we suggest image processing methods and designed software for bioluminescence signal analysis. And we demonstrated high correlation(r=0.99) between our software's photon counts and commercial software's photon counts. ROI function and processing functions were accomplished without error. This study have the importance of the development software for bioluminescence image processing and analysis. And this study built the foundations for creative development of analysis methods. We expected this study lead the development of image technology.

• Nuclear Medicine and Molecular Imaging
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• 제41권5호
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• pp.343-349
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• 2007

방사성옥소는 갑상선암의 핵의학적 영상과 방사성치료에 널리 그리고 성공적으로 사용되어 왔다. 최근 세포의 옥소섭취를 담당하는 운반체로서 Na/I symporter (NIS)의 분자세포학적 특성이 규명되고 그 유전자가 클로닝되면서 앞으로는 갑상선암 이외의 각종 암에도 NIS 유전자를 외부에서 전달함으로써 방사성옥소 치료를 적용하는 새로운 암치료 기술이 가능할 것으로 기대되고 있다. 방사성옥소를 이용한 암치료의 성공을 위해서는 NIS를 통한 표적세포의 옥소 섭취를 극대화 시키는 것이 핵심이다. TSH는 갑상선 세포의 NIS 발현을 항진시키고 retinoic acid는 갑상선암과 유방암 세포의 NIS발현을 증가시키는 효과가 있다. 또 일반 암세포에는 NIS 유전자를 전달하여 발현 시킬 수 있다. 그러나 NIS 발현 만으로는 원하는 수준의 방사성옥소 섭취를 충분히 얻지 못할 수 있다. 이는 세포의 옥소 섭취가 NIS 단백질의 총량이 아니라 세포막에 위치한 NIS의 양에 의해 결정되기 때문이다. 즉, 옥소를 섭취하려는 전사된 NIS단백질이 세포막으로 이동하여 정상적으로 기능하게 하는 조절 기전이 중요하다. NIS의 세포막 이동 기전은 아직 밝혀져 있지 않으나 다른 운반체와 유사하게 단백질의 전사후 glycosylation이나 phosphorylation이 관여할 것으로 생각된다. 본 연구진은 NIS 유전자를 전달한 암세포에서epidermal growth factor를 통한 extracellular signal regulated kinase 신호경로의 활성화가 방사성옥소 섭취를 항진시킴을 관찰하여 NIS의 전사외 기능조절 기전을 조사하고 있다. 앞으로 NIS기능에 대한 조절기전이 보다 자세하게 밝혀지면 방사성옥소 치료기술과 NIS유전자 영상기술의 개선과 발전에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국가시화정보학회:학술대회논문집
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• 한국가시화정보학회 2003년도 추계학술대회 논문집
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• pp.81-82
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• 2003

We have developed the method for the conjugation of biotinylated DNA to streptavidin-coated QDs. QD-DNA conjugates and a high-sensitive fluorescence imaging technique are adopted to visualize gene transport across the membrane of the live cell in real time. Endocytotic cellular uptake of oligonucleotide and electrically-mediated plasmid DNA transfer into the live cell are monitored by a quantitative microscopic imaging system. Long-term kinetic study enables us to reveal the unknown mechanisms and rate-limiting steps of extracellular and intracellular transport of biomolecules. We designed experimental protocols to conjugate the oligonucleotide or the plasmid DNA to commercially available streptavidin-coated QDs. Gel electrophoresis is used to verify the effect of incubation time and the molar ratio of QDs and DNA on the conjugation efficiency. It is possible to fractionate the QD-DNA conjugates according to the DNA concentration and obtain the purified conjugates by a gel extraction technique.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제31권11호
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• pp.3309-3312
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• 2010

D-[$^{18}F$]FMAU and L-[$^{18}F$]FMAU are F-18 labeled nucleoside analogue which have been efficiently synthesized in order to be a PET imaging probe. D-[$^{18}F$]FMAU and L-[$^{18}F$]FMAU were compared as PET imaging agents using HSV1-TK gene expressing tumor-bearing mice. Their cellular uptake profiles were also compared using MCA and MCA-TK cell lines. D-[$^{18}F$]FMAU demonstrated higher cellular uptake and higher accumulation in MCA-TK tumor regions than L-[$^{18}F$]FMAU. On the other hand, L-[$^{18}F$]FMAU showed higher MCA-TK/MCA ratio of %ID/g than that of D-[$^{18}F$]FMAU. L-[$^{18}F$]FMAU can be utilized as a good candidate for HSV1-TK PET imaging. It can be used for antiviral drug evaluation.