목적 : 헤르페스 심플렉스 1형 바이러스 티미딘 키나제(Herpes simplex virus type 1 thymidine kinase. HSV1-tk) 유전자는 보고 유전자로서 필요한 조건뿐만 아니라 별도의 치료 유전자를 따로 이입할 필요가 없다는 장점을 가지고 있어 유전자 영상과 치료에서 가장 널리 사용되는 유전자이다. 본 연구에서는 간암세포주에서 HSV1-tk 보고 유전자 발현을 비침습적 PET 영상으로 평가하는데 있어서 $9-(4-[^{18}F]Fluoro-3-hydroxymethylbutyl)$guanine ($[^{18}F]FHBG$)의 유용성을 평가하고자 하였다. 대상 및 방법 : $[^{18}F]FHBG$는 triester로부터 8단계를 거쳐 합성하였다. $[^{18}F]FHBG$는 전구체로 N2-monomethoxytrityl-9-[4-(tosyl)-3-monomethoxytritylmethylbutyl]guanine를 사용하고 kyptofix [2.2.2.]를 이용한 친핵성 반응으로 $120^{circ}C$에서 20분 동안 반응한 후에 1 N HCl로 보호기를 제거함으로써 합성하였다. HSV1-tk 보고 유전자가 이입되어 있는 세포주인 MCA-tk와 이입되지 않은 MCA 세포주를 이용하여 in vitro 상에서의 $[^{18}F]FHBG$의 섭취 및 방출 실험을 실시하였으며 섭취량과 발현량의 상관성 평가를 위해 세포수 백분율에 따른 섭취실험을 실시하였다. In vivo 상에서의 평가를 위하여 피하 종양 형성 동물모델을 이용하여 microPET생체영상을 획득하였다. 결과: 합성된 $[^{18}F]FHBG$를 역상 HPLC를 사용하여, 머무름 시간 16-18분에서 분리하였다. 반감기를 고려한 방사화학적 수율은 20-25%, 방사화학적 순도는 95% 이상이었으며 비방사능은 55.0 $GBq/{mu};mol$ 이상이었다. HSV1-tk 유전자가 이입된 MCA-tk 세포에서는 특이적인 $[^{18}F]FHBG$의 집적이 발생하였으며 대조군인 MCA에서는 거의 집적이 이루어지지 않았다. 또한, 방출 실험에서 방출 후 1시간 경과까지 86% 이상의 $[^{18}F]FHBG$가 세포내에 잔류하였다. MCA-tk 세포주의 비율이 증가함에 따라 $[^{18}F]FHBG$의 섭취량도 직선적 상관관계($R^2=0.995$)에 따라 증가하여 기질의 섭취량이 유전자 발현량을 잘 반영하고 있음이 확인되었다. MicroPET을 이용한 생체영상에서도 MCA와 MCA-tk 에서 확연한 집적의 차이를 보여주었다. 결론: 간암세포주에서 HSV1-tk 유전자의 발현 정도와 지속성 그리고 위치를 확인하기 위한 비침습적 PET 영상을 위한 기질로서 $[^{18}F]FHBG$는 매우 유용할 것으로 기대된다.
Purpose: The HSV1-tk reporter gene system is the most widely used system because of its advantage that direct monitoring is possible without the introduction of a separate reporter gene in case of HSV1-tk suicide gene therapy. In this study, we investigate the usefulness of the reporter probe (substrate), $9-(4-[^{18}F]Fluoro-3-hydroxymethylbutyl)$guanine ($[^{18}F]FHBG$) for non-invasive reporter gene imaging using PET in HSV1-tk expressing hepatoma model. Materials and Methods: Radiolabeled FHBG was prepared in 8 steps from a commercially available triester. The labeling reaction was carried out by NCA nucleophilic substitution with $K[^{18}F]/K2.2.2.$ in acetonitrile using N2-monomethoxytrityl-9-14-(tosyl)-3-monomethoxytritylmethylbutyl]guanine as a precursor, followed by deprotection with 1 N HCl. Preliminary biological properties of the probe were evaluated with MCA cells and MCA-tk cells transduced with HSV1-tk reporter gene. In vitro uptake and release-out studies of $[^{18}F]FHBG$ were performed, and was analyzed correlation between $[^{18}F]FHBG$ uptake ratio according to increasing numeric count of MCA-tk cells and degree of gene expression. MicroPET scan image was obtained with MCA and MCA-tk tumor bearing Balb/c-nude mouse model. Results: $[^{18}F]FHBG$ was purified by reverse phase semi-HPLC system and collected at around 16-18 min. Radiothemical yield was about 20-25%) (corrected for decay), radiochemical purity was >95% and specific activity was around >55.5 $GBq/{mu};mol$. Specific accumulation of $[^{18}F]FHBG$ was observed in HSV1-tk gene transduced MCA-tk cells but not in MCA cells, and consecutive 1 hour release-out results showed more than 86% of uptaked $[^{18}F]FHBG$ was retained inside of cells. The uptake of $[^{18}F]FHBG$ was showed a highly significant linear correlation ($R^2=0.995$) with increasing percentage of MCA-tk numeric cell count. In microPET scan images, remarkable difference of accumulation was observed for the two type of tumors. Conclusion: $[^{18}F]FHBG$ appears to be a useful as non-invasive PET imaging substrate in HSV1-tk expressing hepatoma model.
