The Comparative Imaging Study on Mn-phthalocyanine and Mangafodipir trisodium in Experimental VX2 Animal Model

실험적으로 유발시킨 VX2 동물모델에서의 Mn-phthalocyanine과 Mangafodipir trisodium의 비교영상

Purpose : To measure the NMR relaxation properties of MnPC, to observe the characteristics of liver enhancement patterns on MR images in experimentally implanted rabbit VX2 tumor model, and to estimate the possibility of tissue specific contrast agent for MnPC in comparison with the hepatobiliary agent. Materials and Methods : Phthalocyanine (PC) was chelated with paramagnetic ions, manganese (Mn). 2.01 g (5.2 mmol) of phthalocyanine was mixed with 0.37 g (1.4 nlmol) of Mn chloride at $310^{\circ}C$ for 36 hours and then purified by chromatography ($CHCl_3:\;CH_3OH=98:2$, volume ratio) to obtain 1.04 g $(46\%)$ of MnPC (molecular weight = 2000 daltons). The T1/T2 relaxivity (R1/R2) for MnPC were determined at a 1.5 T (64 MHz) MR spectrometer. VX2 tumor model was experimentally implanted in the liver parenchyma of rabbits. All MR studies were performed on 1.5 T. The human extremity radio frequency coil of a bird cage type was employed. MR images were acquired at 17 to 24 days after VX2 carcinoma implantation.4 mmol/kg MnPC and 0.01 mmol/kg Mn-DPDP were injected via the ear vein of rabbits. T1-weighted images were obtained with spin-echo (TR/TE=516/14 msec) and fast multiplanar spoiled gradient recalled (TR/TE : 80/4 msec, $60^{\circ}$ flip angle) pulse sequence. Fast spin-echo (TR/TE=1200/85 msec) was used to obtain the T2-weighted images. Results : The value of T1/T2 relaxivity (R1/R2) of MnPC was $7.28\;mM^{-1}S^{-1}$ and $55.56\;mM^{-1}S^{-1}$ respectively at 1.5 T (64 MHz). Because the T2 relaxivity of MnPC that bonded strongly, covalently manganese with phthalocyanine was very high, the signal intensity of liver parenchyma was decreased on postcontrast T2-weighted images and we could easily distinguish the VX2 carcinoma within the liver parenchyma. When MnPC was administrated intravenously, the tumor margin delineation was more remarkable than Mn-DPDP-enhanced images. The enhancement of liver parenchyma with MnPC persisted at relatively high levels over at least one hour after injection of the contrast agents. Conclusion : The hepatic uptake and biliary excretion of MnPC, which are similar to Mn-DPDP, suggest that this agent is a new liver-specific agent. Also, MnPC seems to be used as a dual contrast agent (T1 and T2) with high T2 relaxivity. However, it is warranted that MnPC needs further investigation as a potential contrast agent for MR imaging of the liver. That is, further characterizations of MnPC are needed in vivo and in vitro before clinical trials. The diagnostic potential of MnPC will also have to be examined more in the animal models of additional types.

목적 : MnPC의 자기이완성질을 살펴보고, 토끼의 간에 이식한 VX2 암종을 이용해 자기공명영상에서 간의 조영증강형태를 관찰하고자하였다. 또한 간세포 특이성 조영제 사용 시와 비교하여 MnPC의 조직특이성 조영제로서의 가능성을 탐색해 보고자 하였다. 대상 및 방법 : 조영제 합성시 상자성 원소의 배위자로 phthalocyanine(PC)를 선택하였다. 2.01 g (5.2 mmol)의 phthalocyanine을 0.37g(1.4 mmol)의 manganese chloride와 $310^{\circ}C$에서 36시간동안 반응시킨 후 혼합물을 크로마토그래피 (CHC13: CH3OH=98:2, volume ratio)로 정제하여 2000 달톤의 분자량을 갖는 1.04 g $(46\%)$의 MnPC를 얻었다. 자기이완율은 MnPC를 0.1 mmol로 희석시켜 1.5 T (64 MHz)에서 측정하였다. VX2 암종은 토끼의 간실질 내에 종양세포 부유액을 주입해 실험적으로 유발시켰다. 모든 영상은 1.5 T MR장비에서 무릎관절코일을 사용하여 획득하였다. 본 연구에서 새로 개발된 거대분자 자기공명영상 조영제인 MnPC (4m-mol/kg)와 간세포 특이성 조영제인 Mn-DPDP (0.01 mmol/kg)가 사용되었으며 이들 조영제는 토끼의 이정맥을 통해 주입되었다. T1 강조영상은 스핀에코 (TR/TE=516/14 msec)와 고속다면회손경사회복 (TR/TE=80/4 m-sec, flip angle $60^{\circ}$)을 사용하여 얻었고, T2 강조영상의 획득을 위해서는 고속스핀에코 (TR/TE=1200/85 m-sec)를 사용하였다. 결과 MnPC의 1.5T (64MHz)에서의 자기이완율은 $R1=7.28\;mM^{-1}S^{-1}$, $R2=55.56\;mM^{-1}S^{-1}$ 이었고, MnPC의 높은 T2 자기이완율은 T2 강조영상에서의 정상 간실질의 신호강도를 감소시켜 간실질과 VX2 암종의 구분을 쉽게 하였다. MnPC 주입시 T1 강조영상에서는 간세포 특이성 조영제의 주입시보다 종양의 경계가 명확하였고, 조영증강은 주입후 최소한시간 이상 높게 유지되었다. 결론 : MnPC가 간세포로 흡수되어 담관으로 배설된다는 사실은 Mn-DPDP와 유사한 특성이며 이는 MnPC가 새로운 간특이성 조영제임을 확인시켜 준다. 또한 MnPC의 R2값이 기존의 조영제에 비해 매우 크다는 사실은 T1 조영제로서 뿐만 아니라 T2 조영제로서의 사용 가능성을 보여준다. 이러한 사실들을 좀더 정확하게 뒷받침하기 위해서는 임상적으로 사용되기 이전에 생체 내 그리고 시험관내 연구가 더 필요하며 다른 동물모델에서의 추가적인 연구가 요구된다.