05-실험동물

Journal of Radiation Industry 2 (2) : 79~83 (2008) 실험동물에있어서준치사선량조사에따른생물학적변화 최대성 박용대 진창현 변명우 정일윤 * 한국원자력연구원방사선과학연구소 Biological Changes in Experimental Animals after Irradiation with Sublethal Doses Dae Seong Choi, Yong Dae Park, Chang Hyun Jin, Myung Woo Byun and Il Yun Jeong* Korea Atomic Energy Research Institute, Advanced Radiation Technology Institute, Jeongeup 580-185, Korea Abstract - The objective of the present study was to investigate general clinical aspects such as weekly body weight and blood changes, and weekly food intake in gamma-irradiated C57BL/6j male mice fed AIN-76A purified rodent diet for 14 weeks. The mice were whole-body irradiated with 0, 2, 4 and 6 Gy of gamma-rays (Gammacell 40 Exactor, 137 Cs, MDS Nordion) at a dose rate of 1.8 cgy per second. The mean body weight change of 6 Gy-irradiated mice significantly decreased when compared to that of the non-irradiated control mice. Moreover, high dose of radiation resulted in decreased levels of AST, ALT, but in increased levels of total cholersterol, triglyceride, HDL-C in mice. Key words : Gamma irradiation, Sublethal dose, C57BL/6j, Biological changes 서 100여년전X선의발견이후이를활용한의학적진단및치료기술이발달함에따라산업사회의여러분야에서방사선및방사성동위원소등의의학적이용과원자력관련시설의이용이증대되어왔다. 그러나원자력시설주변지역의방사성물질에의한저선량장해와우주방사선을비롯한자연방사선에대한인체의피폭빈도가증가함에따라골수장해, 위장관장해, 중추신경장해등과같은방사선장해가급성또는지연이거나유전적인형태로나타난다는것이보고되고있다 론 * Corresponding author: Il Yun Jeong, Tel. +82-63-570-3150, Fax. +82-63-570-3159, E-mail. iyjeong@kaeri.re.kr (IAEA 1978; NCRP 1980). 방사선조사에의한소장점막 (mucosa) 에서급성장해는 apoptosis나 crypt base에서적절한 mitotic activity 의결여에의해서세포사를초래할가능성이높고 (Orazi et al. 1996), 생체의소장은영양소를흡수하고융모가존재하는중요한기관으로방사선조사에의한융모의손상으로소화장애를유발할수있다 ( 천등2000). 방사선에의한장해를확인하고각종장해경감물질의효과측정을위하여기본적으로사용되는지표는혈액의변화이다 (Muller et al. 1991; 김등1993). 따라서본연구에서는외부자극이없는상태의 C57BL/6j마우스에감마선을조사하고 14주동안일반증상관찰, 체중변화, 체중증가량, 사료이용효율, 혈청검사등을실시하여방사선선량에따른경시적인변화양상 79

80 최대성 박용대 진창현 변명우 정일윤 을파악함으로써감마선의생체변화와관련된연구의기초자료를제공하고자한다. 재료및방법 Table 2. Group assignment Group Irradiation Diet source kcal% fat No. of animals 0Gy 5% 5 2Gy 5% 5 DYET Inc. 4Gy 5% 5 6Gy 5% 5 실험동물 실험동물은특정병원체부재 C57BL/6j 마우스 (3주령, 수컷 ) 를중앙실험동물 ( 주 ) 로부터공급받아서 7일간의순화기간을가진후실험에사용하였다. 사육환경은설정온도 23±1 C, 상대습도 50±10%, 조명 200~300 Lux, 조명시간 12시간 ( 점등 : 09:00~21:00), 소음 45 db 이하, 환기횟수 15회 / 시간조건의실험동물실에서사육관리하였다. 사육상자는폴리카보네이트재질의사육상자 [200W 260L 130H (mm)] 를사용하였으며, 검역 / 순화기간 / 시험기간에각사육상자마다 5마리씩사육밀 도로수용하였다. 깔짚은실험동물전용연질깔짚 [Aspen shavings, ( 주 ) 오리엔트바이오 ] 을사용하였으며, 주 1회사육상자를교환하였다. 사육실내에서사용되는모든기자재는고압증기멸균기를이용하여 121 C, 20분간멸균하여사용하였고, 깔짚은 60 Co 감마선 (5 kgy h -1, 25 kgy) 을조사하여사용하였다. 사료는검역및순화기간에는일반사료 (5L79, PMI Nutrition International, Inc. ( 주 ) 오리엔트 ) 를 60 Co 감마선 (5 kgy h -1, 25 kgy) 을조사하여사용하였으며, 시험기간에는본시험방법에근거하여일반사료 (AIN-76A Rodent Purified Diet, DYET Inc.) 를 60 Co 감마선 (1 kgy h -1, 5 kgy) 를조사하여냉동보관하여급이하였다. 사료의주요성분함량은 Table 1 에나타내었다. 음수는상수도수를프리필터, 카본필터, 역삼투압필터의 3중필터를하여, 자외선유수살균기를이용하여여과 / 살균된정제수를폴리카보네이트재질의 250 ml 물병에넣어 200 ml week -1 자유급이하였다. Table 1. Composition of purified rodent diets AIN-76A Rodent purified diet Diet kcal g -1 g kg -1 kcal kg -1 Casein 3.6 200 720 DL-Methionine 4 3 12 Sucrose 4 500 2000 Cornstarch 3.6 150 540 Cellulose 0 50 0 Mineral mix #200000 0.88 35 30.8 Vitamin mix #300050 3.9 10 39 Choline bitartrate 0 2 0 Corn oil 9 50 450 Total 1000 3791.8 시험군및방사선조사 7일간의검역및순화기간종료후체중변화및일반증상이없는동물을선별하여선량에따라서 4개의군으로분류하였다. 각군당5마리씩 Table 2와같이무작위로군분리하였다. 실험동물에대한방사선조사는실험용방사선조사기 (Gammacell 40 Exactor, Nordion International, Canada) 를사용하여 137 Cs 감마선 ( 선량률 : 1.10 Gy min -1 ) 을군별로 mouse holder로 mouse를고정하여시험개시시에 1회전신조사하였다. 체중, 사료및음수섭취량측정 체중은시험개시일에초기체중을측정한후, 시험종료시까지매주 1회일정한시간에전자저울을이용하여측정하였다. 사료및음수는주 1회씩일정한시간 ( 체중측정시 ) 에측정하여, 사료이용효율은아래의공식에근거하여계산하였다. 사료이용효율 (food efficiency ratio, FER) 실험기간의체중증가율 (g) =mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm 실험기간의시료섭취량 (g) 혈액화학성분변화의관찰 실험종료일에 12시간동안절식시킨후, ether 흡입마취를실시하여배대정맥에서채혈한후방혈을시켜안락사를하였다. 채취한혈액을 10,785 g로 10분간원심분리하여얻은혈청에대하여정읍아산병원임상병리과에서생화학자동분석기를이용하여 alanine transaminase (ALT), aspartate transaminase (AST), alkaline phosphatase (ALP), total cholesterol, triglyceride, high-density lipoproteins (HDL-C), low-density lipoproteins (LDL-C) 를측정하였다. 통계분석 모든측정값은평균 ± 표준편차로표시하였으며, 대조군과의유의성검정은통계프로그램을이용하여 Student s t-test로검증하였다.

Changes in Mice after Irradiation with SLD 81 30 3.0 Body weight (g) 25 20 15 10 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Weeks of diet Fig. 1. Body weight changes of gamma-irradiated C57BL/6j mice for 14 weeks. Values represent means±sd (n=5). Food intake (g/mouse/day) 2.5 2.0 1.5 1.0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Weeks of diet Fig. 2. Food intake of gamma-irradiated C57BL/6j mice for 14 weeks. Table 3. Body weight changes of gamma-irradiated C57BL/6j mice Group 4 weeks 18 weeks 17.84±1.17 27.12±2.02 17.92±0.63 26.88±0.93 18.08±1.16 24.90±3.07 17.92±0.68 23.48±1.16** Values represent means±sd (n=5). **Significant (p 0.01) when compared with the group. Food efficiency ratio (FER) 0.15 0.10 0.05-0.05 결 과 -0.10 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Weeks of diets 일반증상, 체중변화및체중증가량일반증상은시험기간중 군과 군은방사선조사로인하여조사후 2일동안설사증상을보였으나, 이후사료의섭취와관련된것으로추정되는일반증상의이상은관찰되지않으며, 모든군에서사망한동물은관찰되지않았다. 체중변화에있어서방사선조사를실시하고 1주가지난 5주령에서는 과 에서는체중이증가하는경향을나타냈고, 는변화가없었으나 에서는감소하는경향을나타냈으며, 그이후부터시험의종료시까지유의적인체중의증가가나타났다 (Fig. 1). 시험종료시에는 군의평균체중이 23.48±1.16 g으로 군의평균체중에 27.12±2.02 g에비하여약 3.64 g 낮은체중의감소를보였다 (Table 3). 체중의변화에근거한체중증가량비교에있어서모든군에서주령이증가함에따라체중증가량이감소하는경향을나타내었으며, 방사선선량이증가할수록체 Fig. 3. Food efficiency ratio of gamma-irradiated C57BL/6j mice for 14 weeks. 중증가량은감소하는경향을나타냈다. 사료및물섭취량및사료이용효율 매주 1회측정한 1일평균사료섭취량은방사선을조사후 1주가지난 5주령에서는 과 에서는유의적인감소가나타났으나그후주령의증가에따라서사료섭취량의유의적인변화는관찰되지않았다 (Fig. 2). 물의섭취량은방사선조사와관계없이모든군에서유의적인변화는관찰되지않았다. 사료이용효율은방사선조사후1주가지난 5주령에서 와 에서감소하는경향이나타났으나, 6주령부터회복을하는경향을나타내며, 주령이지날수록방사선조사와관계없이사료이용효율이감소하는경향을보이지만군간의차이는관찰되지않았다 (Fig. 3)

82 최대성 박용대 진창현 변명우 정일윤 (U L -1 ) 60 50 40 30 20 10 (mg dl -1 ) 14 12 10 8 6 4 2 GOT(AST) GPT(ALT) ALP 혈액화학성분검사 * * 혈액화학성분검사에서는 AST는, 군의유의적인감소가나타났고, triglyceride는 군에서유의적인증가를나타내었다 (Fig. 4A, 4B). 방사선선량이높을수록간기능과관련된 AST, ALT는감소하고, ALP는유의적인차이가없는경향을보여주었고, 혈액내지질함량에있어서 low density lipoproteins (LDL-C) 은변화가없으나 total cholesterol, triglyceride, high density lipoproteins (HDL-C) 은선량이높을수록증가하는경향을보였다. 고 ** Cholesterol TG HDL-C LDL-C 본연구에서는 C57BL/6j 수컷마우스를대상으로 4주령에방사선을조사하여 14주동안사육한후체중변화, 찰 (A) (B) Fig. 4. The serum level of gamma-irradiated C57BL/6j mice fed diets for 14 weeks. Values represent means±sd (n=5). *Significant (p 0.05) when compared with the group. **Significant (p 0.01) when compared with the group. 체중증가량, 사료섭취량및혈액화학성분변화를관찰하였다. 방사선에의한 C57BL/6 계통의반치사선량 (LD 50(30)) 은 6.0 Gy로보고 (Maisin et al. 1991, Mori et al. 1994) 된적이있어, 본실험에서는 6.0 Gy 이하선량으로조사하여 14주동안관찰은하였지만 6.0 Gy에서사망한동물은관찰되지않았다. C57BL/6 계통에서대한방사선에의한반수치사선량에대하여 8.0 Gy로보고 (Park et al. 2008) 된내용이있어서이계통에대한반치사선량 (LD 50(30)) 에대한추가적인조사가필요하다. 체중의변화를관찰한결과방사선비조사군인 군에서는시험기간동안초기체중에비하여 52.01% 의체중증가를나타낸데비하여, 군에서는 5%, 군에서는 37.72%, 군에서는 31.02% 의체중증가로비조사군에비하여방사선선량이높을수록낮은체중증가를나타내어, 방사선조사에의하여위장관계 (Giris et al. 2006) 과췌장 (Erbil et al. 2005) 등의내부장기에손상의원인이되는데있어서선량이높을수록회복되는시간이지연되는것으로판단된다. 매주 1회측정한 1 일평균사료섭취량, 사료이용효율을측정한결과를분석하면, 방사선을조사한후 1주일동안선량이높을수록급성장해 (Giris et al. 2006) 로인하여사료섭취량은감소하고, 그이후부터는군간의유의적인섭취량의차이는나타나지않고 2.0~2.5 g의섭취수준을유지하는것으로판단되며, 사료이용효율은 1주일동안 군, R- 4군은체중의감소로인하여효율이감소하지만점차회복되는경향을보이고, 모든군에서주령이지날수록점차감소하는경향을나타내지만비만과관련한실험에서주령이지날수록사료이용효율이서서히감소 (Han et al. 2006) 하는것과유사하다고판단된다. 혈액화학성분의관찰에서 El-Missiry (El-Missiry et al. 2007) 의보고에의하면방사선을조사후 5일후에혈액화학성분의검사를하였는데간기능과관련된 AST, ALP와혈액내지질함량을나타내는 cholerol, TG, HDL 및 LDL이선량이높을수록증가하는경향을보였으나, 방사선조사후 14주가지나서검사한 AST, ALT는선량이높을수록감소하는경향은보였으며, ALP는유의적인차이가나타나지않았으며, LDL-C은변화가나타나지않았지만 cholestorol, HDL-C, TG는증가하는경향을보였지만, 군의 TG만이유의적인증가를나타내어방사선조사로인한급성장해이후회복되는경향을보였지만언제부터회복이되었는지는확인할수없었다. 본연구의결과는방사선에의한손상은선량에따라차이를나타내며, C57BL/6j 마우스를사용한방사선생

Changes in Mice after Irradiation with SLD 83 물학적실험에서체중및혈액성분의변화관찰에기초자료로활용될수있을것이며다양한동물종, 주령, 선량별에따른추가적인연구가필요할것이다. 사 이연구는한국원자력연구원의 RFT연구지원시설운영과제의일환으로수행되었습니다. 사 참고문헌 김인규, 김상복, 김진규, 김국찬, 천기정, 박효국, 이강석. 1993. 흰쥐의방사선피폭후생물학적지표로서의혈액효소. 방사선방어학회지. 18(2):37-44. 천기정, 김진규, 송치원, 김무강. 2000. 생쥐공장융모감마선전신조사에의한형태학적변화. 대한방사선방어학회지. 25(4):217-221. El-Missiry MA, Rayed TA, El-Sawy MR and El-Sawy AA. 2007. Ameliorative effect of melatonin against gammairradiation-induced oxidative stress and tissue injury. Ecotox. Environ. Safe. 66:278-286. Erbil Y, Oztezcan S, Giris M, Barbaros U, Olgac V, Bilge H, Kucuck H and Toker G. 2005. The effect of glutamine on radiation-induced organ damage. Life Sci. 78:376-382. Giris M, Erbil Y, Oztezcan S, Olgac V, Barbaros U, Deveci U, kirgiz B, Uysal M and Toker GA. 2006. The effect of heme oxygenase-1 induction by glutamine on radiation-induced intestinal damage: the effect of heme oxygenase-1 on radiation enteritis. Ame. J. Surg. 191:503-509. Han CT, Lee SH, Lim SB, Kong HS, Kim SH, Lee SK and Chang JJ. 2006. Studies on production high fat diet induced obesity C57BL/6NCrjBgi Mice. Lab. Anim. Res. 22(3): 221-226. IAEA. 1978. Manual on Early Medical Treatment of Possible Radiation Injury. IAEA safety series No. 47. Vienna: 74. Maisin JR, Wambersie A, Gerber GB, Mattelin G, Lambiet- Collier M, DeCoster B and Gueulette J. 1991. Life-shortening and disease incidence in mice after exposure to γ rays of high-energy neutrons. Radiat. Res. 128:S117-S123. Mori N, Okumoto M, Yonezawa M, Nishikawa R, Takamori Y and Kozaburo E. 1994. Factors related to hemopoietic death in mice. J. Radiat. Res. 35:1-10. Muller WU and Streffer C. 1991. Biological indicators for radiation damage. Int. J. Radiat. Biol. 59:863-873. NCRP. 1980. Management of Persons Accidentally Contaminated with Radionuclides. NCRP report No. 65:77. Orazi A, Du X, Yang Z, Kashai M and Williams DA. 1996. Interleukin-11 prevents apoptosis and accelerates recovery of small intestinal mucosa in mice treated with combined chemotherapy and radiation. Lab. Invest. 75:33-42. Park EJ, Ahn GN, Lee NH, Kim JM, Yun JS, Hyun JW, Jeon YJ, WEI MB, Lee YJ, Park JW and Jee YH. 2008. Radioprotective properties of eckol against ionizing radiation in mice. FEBS. Letters 528:925-930. Somosy Z, Horvath G, Telbisz A, Rez G and Palfia Z. 2002. Morphological aspects of ionizing radiation response of small intestine. Micron 33:167-178. Manuscript Received: May 14, 2008 Revision Accepted: May 30, 2008