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Development of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Mediated AuNP-liposomal Nanomedicine and Evaluation with PET Imaging

  • Ji Yoon Kim;Un Chul Shin;Ji Yong Park;Ran Ji Yoo;Soeku Bae;Tae Hyeon Choi;Kyuwan Kim;Young Chan Ann;Jin Sil Kim;Yu Jin Shin;Hokyu Lee;Yong Jin Lee;Kyo Chul Lee;Suhng Wook Kim;Yun-Sang Lee
    • 대한방사성의약품학회지
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    • 제9권1호
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    • pp.9-16
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    • 2023
  • Liposomes as drug delivery system have proved useful carrier for various disease, including cancer. In addition, perfluorocarbon cored microbubbles are utilized in conjunction with high-intensity focused-ultrasound (HIFU) to enable simultaneous diagnosis and treatment. However, microbubbles generally exhibit lower drug loading efficiency, so the need for the development of a novel liposome-based drug delivery material that can efficiently load and deliver drugs to targeted areas via HIFU. This study aims to develop a liposome-based drug delivery material by introducing a substance that can burst liposomes using ultrasound energy and confirm the ability to target tumors using PET imaging. Liposomes (Lipo-DOX, Lipo-DOX-Au, Lipo-DOX-Au-RGD) were synthesized with gold nanoparticles using an avidin-biotin bond, and doxorubicin was mounted inside by pH gradient method. The size distribution was measured by DLS, and encapsulation efficiency of doxorubicin was analyzed by UV-vis spectrometer. The target specificity and cytotoxicity of liposomes were assessed in vitro by glioblastoma U87mg cells to HIFU treatment and analyzed using CCK-8 assay, and fluorescence microscopy at 6-hour intervals for up to 24 hours. For the in vivo study, U87mg model mouse were injected intravenously with 1.48 MBq of 64Cu-labeled Lipo-DOX-Au and Lipo-DOX-Au-RGD, and PET images were taken at 0, 2, 4, 8, and 24 hours. As a result, the size of liposomes was 108.3 ± 5.0 nm at Lipo-DOX-Au and 94.1 ± 12.2 nm at Lipo-DOX-Au-RGD, and it was observed that doxorubicin was mounted inside the liposome up to 52%. After 6 hours of HIFU treatment, the viability of U87mg cells treated with Lipo-DOX-Au decreased by around 20% compared to Lipo-DOX, and Lipo-DOX-Au-RGD had a higher uptake rate than Lipo-DOX. In vivo study using PET images, it was confirmed that 64Cu-Lipo-DOX-Au-RGD was taken up into the tumor immediately after injection and maintained for up to 4 hours. In this study, drugs released from liposomes-gold nanoparticles via ultrasound and RGD targeting were confirmed by non-invasive imaging. In cell-level experiments, HIFU treatment of gold nanoparticle-coupled liposomes significantly decreased tumor survival, while RGD-liposomes exhibited high tumor targeting and rapid release in vivo imaging. It is expected that the combination of these models with ultrasound is served as an effective drug delivery material with therapeutic outcomes.

유방암의 방사선치료에서 Virtual Wedge와 Physical Wedge사용에 따른 유방선량 및 주변조직선량의 차이 (Comparison of Virtual Wedge versus Physical Wedge Affecting on Dose Distribution of Treated Breast and Adjacent Normal Tissue for Tangential Breast Irradiation)

  • 김연실;김성환;윤세철;이정석;손석현;최일봉
    • Radiation Oncology Journal
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    • 제22권3호
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    • pp.225-233
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    • 2004
  • 목적: 유방의 방사선조사 시 결손조직을 보상하고 방사선 균질선량 분포를 얻기 위해 통상적으로 physical wedge를 사용하여 왔다. Physical wedge 사용 시 주변의 폐, 심장, 반대편 유방, 피부에 조사되는 방사선량의 증가에 따른 급성, 만성 부작용의 증가가 문제시 된다. 본 연구에서는 일반적인 Physical wedge와 virtual wedge를 비교하여 동측 유방, 반대편 유방, 폐, 심장, 주변연부조직에 미치는 선량분포의 개선점을 알아보고자 하였다. 재료 및 방법: Solid water phantom을 이용하여 Dmax와 10 cm 깊이에서 physical wedge와 virtual wedge 사용시 조사야 주변선량을 비교하였다 Humanoid Phantom (Anderson Rando Phantom)을 사용하여 Lt. breast의 tangential Irradiation 시 physical wedge와 virtual wedge 사용에 따른 동측 유방선량과 피부선량, 반대편 유방선량과 반대편 유방의 피부선량, 주변 연부조직선량, 동측 폐선량 및 심장에 조사되는 선량을 TLD를 이용하여 비교하였으며 Helax 5.0 RTP system을 이용한 compute planning으로 선량분포 및 관심부의 DVH를 비교하였다. 이때 virtual wedge와 physical wedge의 사용에 따른 총조사 시간을 측정하였다 또한 7명의 유방암 환자에서 virtual wedge, physical wedge 사용에 따른 동측 유방 피부선량, 반대편 유방 피부선량, 조사야에서 1.5 cm 떨어진 주변 선량을 측정하여 비교하였다. 결과: Virtual wedge는 15$^{\circ}$, 30$^{\circ}C$, 45$^{\circ}C$, 50$^{\circ}C$ 모두에서 physical wedge에 비해 주변선량이 감소하였으며 방사선조사 시간을 53$\~$55$\%$ 감소시켜 유용한 결과를 나타냈다. 15$^{\circ}C$, 30$^{\circ}C$ wedge를 사용한 Humanoid Phantom의 TLD 측정에서도 virtual wedge에서 반대편 유방선량은 1.35$\%$, 2.55$\%$ 감소하였고, 반대편 유방 피부선량은 0.87$\%$, 1.9$\%$ 감소하였다 또한 동측 폐선량은 2.7$\%$, 5.0$\%$, 심장선량은 0.95$\%$, 2.5$\%$ 감소하였다. 또한 조사야 경계부위의 선량은 1.8$\%$, 2.33$\%$ 감소하였으며 동측 유방의 피부선량은 2.4$\%$, 4.58$\%$ 증가하였다. Helax 5.0 RTP system을 이용한 DVH analysis에서 동측 유방내 선량균질정도는 physical wedge와 virtual wedge에서 차이 없이 유사하였다 결론: 유방암치료에서 virtual wedge는 통상 사용하는 physical wedge에 비하여 주변 연부조직선량, 반대편 유방선량, 동측 페선량 및 심장선량을 감소시켜 급, 만성 방사선 부작용의 위험을 감소시킬 수 있는 임상적으로 매우 유용한 방법이며 또한 방사선조사시간을 단축시킴으로써 선형가속기의 부하를 줄일 수 있다.

자동차 조립 작업자들에서 상지 근골격계의 인간공학적 작업평가(Rapid Upper Limb Assessment) 결과와 자각증상과의 연관성 (The Relation Between Work-Related Musculoskeletal Symptoms and Rapid Upper Limb Assessment(RULA) among Vehicle Assembly Workers)

  • 김재영;김해준;최재욱
    • Journal of Preventive Medicine and Public Health
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    • 제32권1호
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    • pp.48-59
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    • 1999
  • 본 연구는 Rapid Upper Limb Assessment(RULA)를 이용하여 자동차 조립작 업에 대한 인간공학적 작업평가를 하고, 이 결과와 작업관련 상지 근골격계 질환의 자각증상율 및 작업특성 변수들의 연관성을 분석함으로써, RULA결과가 관련 신체부위의 통증이나 불편함으로 보고되는 근골격계 부하의 좋은 지표가 될 수 있는지, RULA평가체계를 이용하여 작업 위험도가 적합한지 여부를 평가할 수 있는가를 보고자 하였다. 자동차 제조업 작업자 314명을 대상으로 근골격계질환 자각증상설문과 RULA를 이용한 작업평가를 하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. NIOSH의 작업관련 근골격계 질환의 감시기준(surveillence criteria)에 따라 자각증상을 조사한 결과, 연구대상자 중 목 32.8%, 어깨 26.4%, 팔 10.5%, 손 29.3%, 허리 41.4%였으며, 한가지 이상 의 증상을 보이는 경우는 62.4%의 분포를 보였다. 2. 품질관리부에 비해 조립부서 작업자 틀이 전체 증상과 어깨, 허리, 팔 및 손부 위 증상에서 더 높은 유증상률을 보였다(p<0.05). 3. 부서별 RULA를 이용한 작업평가 결과, 서브/조립반과 의장반의 공정이 높은 위험점수를 보였다. 전체 조립부서에 대한 평가결과 적합한 작업은 3.02%였고, 62.8%가 부적합한 작업으로 작업전환이나 중재조치가 필요한 경우였다. 자각증상과 RULA를 이용한 작업평가 결과를 비교한 결과 RULA점수가 클수록 자각증상율이 높음을 보였다.(p<0.05) 4. RULA평가지표와 자각증상사이의 관련성을 보기 위하여, RULA지표와 기타 작업관련요인들을 독립변수로, 자각증상유무를 종속변수로 하여 다중 로지스틱 회귀분석을 실시하였다. 최종적으로 증상유무를 가장 잘 설명하는 회귀모형에 대한 분석결과는 다음과 같다. 모든 증상군에 대해서는 반복작업(OR 2.183), 진동공구 사용(OR 2.775)과 총 위험도 점수(OR 2.250); 목 부위 증상군에서는 상완의 자세점수(OR 1.786), 상완 및 손부 위의 총점수(OR 1.634) ; 어깨 증상군은 상지의 근사용(OR 3.076), 상완 및 손부 위의 총점수(OR 1.798); 어깨와 목 부위를 합한 증상군은 상완 및 손부위의 총점 수(OR 1.715)와 상지의 근사용 점수(OR 2.057); 팔 증상군에서는 상지의 근사용 점수(OR 10.662) ; 손 부위 증상군에 대해서는 손목의 자세/손목 비틀림 지표 (OR 2.068)와 상지의 근사용 점수(OR 2.215); 허리부위 증상군에서는 하지의 근사용 점수(OR 2.601)가 통계적으로 유의한 지표였다.(p<0.05) 이상의 결과에서 작업관련 상지근골격계 자각증상과 RULA 점수사이에는 연관성이 있음이 관찰되었다. 이는 RULA가 직업성 질환을 유발할 수 있는 근골격계 부하에 폭로된 작업자들을 평가하는, 일차적인 작업 위험도 평가도구(Screening tool)로서 쓰일 수 있음을 말해준다. 다만 향후 RULA 사용에 있어서 상지(upper limb)와 허리부위(back)의 평가를 구분하고, 기타 다른 작업관련 요인들에 대한 평가체계를 보완하는 것이 필요하다.

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