말초 P2Y1 수용체를 통한 TRPV1 수용체 조절이 열성 통각과민의 형성에 미치는 영향

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 수의과대학 수의학과 수의생명과학전공(수의생리학), 2016. 2. 이장헌.BACKGROUND: During the pathological conditions such as ischemia and inflammation, a huge array of endogenous chemicals are released into the damaged tissue that contribute to peripheral sensitization. Since Transient receptor potential vanilloid 1 receptor (TRPV1R) is known for the endpoint target of sensitizing mediators and receptors in periphery, modulation of TRPV1R is the effective way to control the pain initiation at the damage site. P2Y1 receptor (P2Y1R) is a Gq-coupled receptor located in the peripheral nervous system. Preferred agonists for P2Y1R are ADP and ATP which are released from damaged tissues. Recently, putative involvement of P2Y1R in sensory transduction has been documented and the possibility that P2Y1R could modulate the function of TRPV1R was reported in vitro system. However, the underlying mechanisms of P2Y1R and P2Y1R-TRPV1R interaction in pain hypersensitivity are remain to be addressed. OBJECTIVES: The present study was aimed to 1. Examine whether inflammatory insults would increase the expression of peripheral P2Y1R and blockade of peripheral P2Y1R could prevent the development of inflammatory pain. The modulatory effects of P2Y1R on the expression level of TRPV1R during the inflammation was also investigated. 2. Evaluate whether MAPKs activity in dorsal root ganglion (DRG) would increase in response to the inflammatory insults. This study investigated whether the inhibition of peripheral P2Y1R could affect MAPKs activity, and the possible involvement of MAPKs in the P2Y1R induced up-regulation of TRPV1R expression. 3. Examine whether injection of acidic saline into the hind paw causes the development of TRPV1R mediated thermal hyperalgesia under the ischemic state. In addition, the present study investigated whether functional interactions between TRPV1R and P2Y1R would contribute to the development of this ischemic thermal hyperalgesia. MATERIALS AND METHODS: All experiments were performed on Sprague-Dawley rats. Inflammation was induced by 2% carrageenan injection to the hind paw, and the ischemic condition was induced by TIIP (thrombus induced ischemic pain) surgery. 20% FeCl2 was applied to the separated femoral artery and the synthesis of thrombus caused the peripheral ischemia in this model. Sensitization to noxious heat stimulation (thermal hyperalgesia) was examined with Hargreaves apparatus, and sensitization to innocuous mechanical stimulation (mechanical allodynia) was examined using von Frey filaments with forces of a 4g. In the present study, MRS2500 and MRS2179 (P2Y1R antagonist), MRS2365 (a P2Y1R agonist), AMG9810 (a TRPV1R antagonist), chelerythrine (a PKC inhibitor), amiloride (an ASICs blocker) and TNP-ATP (a P2Xs antagonist) were intraplantarly injected. SB203580 (a p38 MAPK inhibitor) was intrathecally injected to inhibit p38 MAPK in DRGs. Immunohistochemistry and western blot assay were performed according to each experiment procedure. The computer-assisted image analysis system (Metamorph) was utilized throughout whole experiments. RESULTS: 1. The expression of P2Y1R and TRPV1R was significantly increased on day 2 following carrageenan injection. Blockade of peripheral P2Y1R by the P2Y1R antagonist, MRS2500 injection significantly reduced the induction of thermal hyperalgesia, but not mechanical allodynia. Simultaneously, MRS2500 injections suppressed up-regulated TRPV1R expression. In addition, repeated injection of P2Y1R agonist, MRS2365 into the naïve rats hind paw dose dependently increase the expression level of TRPV1R in naive rats. 2. Following injection of 2% carrageenan into the hind paw, the phosphorylation rates of both p38 MAPK and ERK but not JNK were increased and peaked at day 2 post-injection. Injection of MRS2500 significantly suppressed the ratio of p38 MAPK phosphorylation in DRGs, while p-ERK signaling was not affected. Furthermore, inhibition of p38 MAPK activation in the DRGs by SB203580 (a p38 MAPK inhibitor) prevented the increase of TRPV1R by inflammation. Furthermore, in naïve rats, repeated stimulation of peripheral P2Y1R dose dependently increased the level of p-p38 MAPK in DRGs. 3. Repeated intraplantar injection of pH 4.0 saline for 3 days following TIIP surgery resulted in the development of thermal hyperalgesia. Moreover, injection of chelerythrine (a PKC inhibitor) and AMG9810 (a TRPV1R antagonist) effectively alleviated the established thermal hyperalgesia. After acidic saline (pH 4.0) injections, there were no changes in the expression of TRPV1R in hind paw skin, whereas a significant increase in TRPV1R phosphorylation was shown in acidic saline injected TIIP animals. Pre-blockade of peripheral P2Y1R significantly prevented the induction of thermal hyperalgesia, and the increase of phosphorylated TRPV1R ratio. CONCLUSIONS: This study demonstrated that there was a sequential role for P2Y1R, p38 MAPK and TRPV1R in inflammation-induced thermal hyperalgesia. Peripheral P2Y1R activation modulates p38 MAPK signaling and TRPV1R expression, which ultimately leads to the induction of the inflammatory thermal hyperalgesia. I also have addressed that maintenance of an acidic environment in the ischemic sate resulted in the phosphorylation of TRPV1R by P2Y1R, which leads to the development of thermal hyperalgesia mimicking what occurs in chronic ischemic the patients with severe acidosis. Collectively, these data imply that there is a close relationship between P2Y1R and TRPV1R in the development of thermal hypersensitivity, and this connection could be useful therapeutic targets for alleviating thermal hypersensitivity under the conditions of inflammation or ischemia.BACKGROUND 1 OBJECTIVES 4 CHAPTER 1 Modulatory effect of P2Y1 receptor on TRPV1 receptor expression during the inflammation 5 ABSTRACT 6 INTRODUCTION 7 MATERIALS & METHODS 9 RESULTS 15 DISCUSSION 36 CHAPTER 2 Causal relations among P2Y1 receptor, p38 MAPK in DRG, and TRPV1 receptor during the inflammation 40 ABSTRACT 41 INTRODUCTION 42 MATERIALS & METHODS 44 RESULTS 47 DISCUSSION 65 CHAPTER 3 Modulatory effect of P2Y1 receptor on TRPV1 receptor phosphorylation during the ischemia 69 ABSTRACT 70 INTRODUCTION 72 MATERIALS & METHODS 74 RESULTS 79 DISCUSSION 101 SUMMARY 107 REFERENCES 109 ABSTRACT IN KOREAN 120Docto

A Numerical Study on the Lateral Resistance of Piled-Block Breakwater

In this study, the behavior of the lateral resistance force according to the pile embedment depth in the plied-block breakwater, which was revealed through the existing laboratory model experiment, was reproduced by 3D numerical analysis. As the type of program used for numerical analysis, FEM (Finite Element Method) analysis program MIDAS/GTS was used. The modified Mohr-Coulomb model was applied to the ground, and the linear elastic model was applied to the pile. The strength reduction factor R=0.5 was applied to the interface element. In the case of four different embedment depths of pile such as the embedment depth of the pile are 0H (the pile is embeded only within the block), 1H (the pile is embeded to the rubble mound layer), 2H (the pile is embeded into the original ground as much as the height of the rubble mound layer, H), 3H, and 4H were analyzed. As a result of numerical analysis of the lateral resistance force of the piled-block breakwater, it was found that the lateral resistance-displacement graph showed similar behavior to the results of the laboratory model experiment. It was found that piles exhibited the rotational behavior seen in short piles up to 1H to 2H of embedment depth of pile. In the case of the pile embedment depth of 3H ~ 4H, it was analyzed as showing the same bending behavior as that of general intermediate pile. When the embedment depth of the pile is 3H or more, the bending behavior of the pile is clearly shown. It indicates that the pile greatly contributes to the lateral resistance of the piled-block breakwater. Based on the experimental results, the analysis model presented in this study was able to simulate the behavior of the piled-block breakwater as closely as possible. In addition, due to the results of this study, it will be possible to provide basic data for performing numerical analysis on the actual size of the piled-block breakwater, and at the same time to be utilized as basic data for design.|본 연구에서는 기존 실내모형실험을 통해 밝혀진 말뚝이 결합된 블록 방파제에서 말뚝 관입깊이에 따른 수평저항력의 거동을 3차원 수치해석으로 재현하였다. 수치해석에 사용된 프로그램의 종류는 FEM (Finite Element Method) 해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 사용하였고, 지반에 대해서는 개선된 Mohr-Coulomb 모델, 말뚝은 선형탄성모델, 그리고 인터페이스 요소에 대해서는 강도감소계수 R=0.5를 적용하였다 서로 다른 말뚝의 관입깊이 4개의 경우, 말뚝의 관입깊이가 0H(말뚝이 블록 내에서만 관입되어 있는 경우), 1H(사석층까지 관입된 경우), 2H(사석 높이만큼 원지반 속에 관입된 경우), 3H, 4H에 대하여 해석을 실시하였다. 수평저항력-변위 그래프는 말뚝이 결합된 블록식 방파제의 수평저항력에 대한 수치해석 결과에서 실내모형실험의 결과와 유사한 거동을 보이는 것으로 나타났다. 말뚝이 짧은 말뚝에서 나타나는 회전 거동을 보이는 말뚝의 관입깊이는 1H ~ 2H에서 나타났다. 일반 중간 말뚝의 거동과 같은 휨거동 형태를 보이는 말뚝의 관입깊이는 3H ~ 4H인 것으로 해석되었다. 말뚝의 휨거동 양상이 뚜렷하게 나타나는 말뚝의 관입깊이는 3H 이상인 경우에 나타났다. 이것은 말뚝이 결합된 블록식 방파제에서 말뚝이 수평저항력에 크게 기여하는 것을 의미하는 것이다. 본 연구를 통해 제시한 해석모델은 실험 결과를 바탕으로 말뚝이 결합된 블록식 방파제의 거동을 최대한 근사하게 모사할 수 있었다. 또한, 본 연구 결과를 통해 말뚝이 결합된 블록식 방파제의 실물 크기에 대한 수치해석을 수행할 수 있는 기본적인 자료를 제공하는 동시에 설계 시 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.1. 서론 1 1.1 연구의 배경 1 1.2 연구의 목적 3 2. 기존 연구 4 2.1 실내모형실험 4 2.1.1 실내모형실험의 재료특성 4 2.1.2 실내모형실험의 장치구성 5 2.1.3 실내모형실험의 결과 6 2.2 기존 블록식 방파제 설계기준 11 2.2.1 방파제 설계의 기본방침 및 방파제 형식 11 2.2.2 블록식 방파제(직립제) 기본단면의 설정 15 2.2.3 블록식 방파제(직립제) 외력계산 15 2.2.4 블록식 방파제(직립제) 안정계산 19 2.2.5 말뚝식 방파제 21 3. 수치해석 23 3.1 프로그램 23 3.1.1 수치해석 모델 23 3.1.2 지반구성 모델 24 3.2 수치해석에 적용된 지반 물성치 30 3.3 수치해석 모델링 31 3.3.1 수치해석단면 32 3.3.2 인터페이스 감소계수 35 3.4 해석 결과 37 3.4.1 말뚝 관입깊이에 따른 수평저항력 37 3.4.2 말뚝 관입깊이에 따른 휨모멘트 40 4. 실제 적용 사례 44 4.1 개요 44 4.2 블록식 방파제 형태별 안정검토 46 4.2.1 콘크리트 블록식 방파제 46 4.2.2 블록내에 말뚝이 결합된 타이셀 블록식 방파제 50 4.2.3 원지반내에 말뚝이 결합된 타이셀 천공블록식 방파제 53 4.3 안정검토 결과 56 5. 결론 58 참고문헌 59 국문초록 61Maste

Study on High Efficiency Microwave Plasma System for Biomedical Application

Doctor본 논문은 생의학 응용을 위한 마이크로웨이브 플라즈마 시스템의 전력 효율을 개선하기 위해 두가지 방법을 제시한다. 첫 번째 방법은 플라즈마 발생장치에 전력을 공급하는 마이크로웨이브 전력 모듈을 개선하는 것이다. 마이크로웨이브 플라즈마를 발생시키기 위해 공진주파수 추적 기능과 출력 전력 안정화 기능이 포함된 손바닥 크기의 전력 공급 모듈이 제안되었다. 플라즈마 발생장치로는 2.4 GHz 공진주파수를 가지는 coaxial transmission line resonator를 사용하였다. 전력 모듈의 출력 주파수 범위는 2.3에서 2.5 GHz이고 출력 전력은 최대 24 W이다. 전력 모듈은 출력 주파수를 상황에 맞게 자동으로 설정하기 때문에 플라즈마 발생에 따른 공진주파수 변화를 감지하여 공진기에 입사되는 전력이 반사되는 것을 최소화한다. 입사 전력이 2 W 일 때, 플라즈마 발생에 따른 공진주파수 변화는 41 MHz이다. 제안된 공진주파수 자동 추적 기능으로 전력 전달 효율이 56에서 88 %로 개선되었다. 게다가, 생의학 분야에서 중요한 활성종 중에 하나인 ·OH 활성종의 생성이 같은 2 W 전력에서 33 % 증가하였다. 출력 전력 안정화 기능은 생의학 분야에서 안전성을 나타내는 중요한 지표인 플라즈마 가스 온도를 측정하여 확인하였다. 피드백 루프 제어를 통해 전력 모듈은 1 W의 출력을 안정적으로 발생하였고 플라즈마 가스 온도를 300초 동안 40℃로 일정하게 유지하였다. 두번째 방법은 공진기 구조를 가지는 마이크로웨이브 플라즈마 발생장치를 개선하는 것이다. 마이크로웨이브 플라즈마 발생장치 중 하나인 coaxial transmission line resonator는 플라즈마가 발생하지 않았을 때 입력 임피던스가 50 Ω이 되도록 설계되었다. 하지만, 플라즈마가 발생된 후에는 플라즈마 임피던스가 공진기의 입력 임피던스에 영향을 주기 때문에 공진기의 효율이 감소하게 된다. 제안된 공진기는 단락된 끝부분에 플라즈마 임피던스를 보상해 주기 위해 필요한 임피던스를 가진 스페이서를 포함한다. 스페이서를 사용하면 기존의 공진기와 비교해서 공진기 효율이 27.2 %까지 증가하고 플라즈마 젯의 길이가 2.5 mm만큼 길어진다. 광 방출 스펙트럼 분석을 통해 스페이서를 사용하였을 때 아르곤 스펙트럼과 산소/질소 활성종의 스펙트럼의 세기가 각각 50 %와 30 % 증가하는 것을 확인하였다.This thesis presents two methods to improve the power efficiency of microwave plasma system for biomedical application. The first method is an improvement on the microwave power module that supplies power to plasma generator. A palm-sized power-providing module for microwave plasma generation with resonance-frequency tracking and output-power-regulation schemes is proposed. A 2.4-GHz coaxial transmission line resonator is used as a microwave plasma generator. The power module covers the frequency range from 2.3 to 2.5 GHz with the maximum power capability of 24 W. The power module adaptively sets the output frequency so that the forward power to the resonator is minimally reflected in response to the resonance frequency shift due to plasma formation. At a forward input power of 2 W, the resonance frequency shift by plasma formation is 41 MHz. With the proposed adaptive frequency tracking scheme, the power-transfer efficiency improves from 56 to 88 %. In addition, production of ·OH radical, which is one of the key species in biomedical applications, increases by 33 % at 2 W. The power regulation function is verified by measuring the plasma gas temperature, which is an important indicator of safety for biomedical applications. With a feedback loop control, the power module stably generates 1 W and maintains a constant plasma gas temperature of 40 °C for 300 s. Second method is an improvement on microwave plasma generator which has a resonator structure. A coaxial transmission line resonator, one of the microwave plasma generators, was used to design to have an input impedance of 50 Ω in the absence of plasma. After plasma ignition, however, the plasma impedance affects the input impedance of the resonator, and the device efficiency decreases. The proposed resonator includes a spacer at the shorted end; the spacer has the necessary impedance to compensate for the plasma impedance. The spacer increased the device efficiency by up to 27.2 % and increased the length of the plasma jet by 2.5 mm compared to the conventional one. Optical emission spectrum analysis confirmed that the intensities of argon spectrum and reactive oxygen/nitrogen species spectra were also increased by 50% and 30% by using the spacer, respectively

생의학 플라즈마를 위한 피드백 시스템을 갖춘 마이크로웨이브 파워 모듈

MasterWe designed a feedback system in a microwave plasma power module to reduce the variation of output power which can affect plasma temperature. In the feedback system, a power detector changed the coupled output power to DC voltage, and a voltage comparator compared the DC voltage to a reference voltage and then controlled the amplifier control voltage. To compare the difference between power module with feedback system and without feedback system, we checked the effect of the circuit temperature and reflected EMI on power module output and plasma temperature. We monitored the coupled power variation from the reference power (1 W) using a signal analyzer and measured the plasma temperature at 1-cm distance from the end of an argon plasma jet. With the feedback system, the power variation was 0.996 ~ 1.008 W/W and temperature variation was 40 ~ 40.5 °C for 5 min, whereas without the feedback system, power variation was 0.816 ~ 1.121 W/W and temperature variation was 38.9 ~ 42.4 °C. This feedback system will allow safe use of our plasma device in biomedical applications.플라즈마 온도에 직접적인 영향을 미치는 마이크로웨이브 플라즈마 전원 공급 시스템의 출력과 플라즈마 온도의 변화에 의한 피부 손상과 에너지 낭비를 줄이기 위해 귀환 회로를 가진 마이크로웨이브 플라즈마 전원 공급 시스템을 설계하였다. 귀환 회로는 커플러와 파워 검출기, 비교기, 그리고 RC 필터로 구성되어있다. 커플러에 의해 커플링 된 출력 신호는 파워 검출기에 의해서 DC 전압으로 변환되고 비교기는 이 전압과 외부에서 주어지는 전압을 비교하여 파워 앰프의 이득을 조절한다. RC 필터는 파워 앰프의 이득을 조절하는 DC 전압이 급격히 흔들리는 것을 방지해준다. 귀환 회로가 있는 전원 공급 회로와 없는 전원 공급 회로의 차이를 확인하기 위하여 전원 공급 회로의 온도 변화와 파워 앰프에서 나오는 전자파의 반사에 따른 영향을 확인하였다. 플라즈마 전원 공급 시스템의 출력의 변화를 측정하기 위해서 신호 분석기를 이용하여 1W 파워를 기준으로 얼마나 변화하는지를 측정하였다. 그리고 플라즈마 온도를 측정하기 위해서 아르곤 플라즈마 젯의 끝에서 1 cm 떨어진 곳에 광섬유 센서를 설치하였다. 귀환 회로가 없는 경우는 5분 동안 출력 파워가 0.816 W부터 1.121 W까지 변하고 플라즈마 온도는 38.9 °C부터 42.4 °C까지 변하였다. 이와 같이 불안정한 상태에서는 같은 효과를 보기 위해서 플라즈마를 적용하는 시간이 길어질 수 있고 저온 화상과 같은 피부 손상을 야기할 수도 있다. 하지만 귀환 회로가 있는 경우는 출력 파워가 0.996 W부터 1.008 W까지 변하고 플라즈마 온도는 40 °C부터 40.5 °C까지 변하였다. 이렇게 출력 파워와 플라즈마 온도가 일정하게 유지되면 항상 일정한 효과와 안전성을 보장할 수 있게 된다. 따라서 이러한 귀환 회로를 사용함으로써 마이크로웨이브 플라즈마 장치를 의료 분야에 안전하게 적용할 수 있을 거라 생각한다

Design and Fabrication of Fully Polarimetric Antenna for a Compact Drone-Borne SAR

본 연구에선 소형 드론 탑재용 SAR 시스템 개발을 위하여 안테나의 소형 및 경량화 방법을 제안하였다. 안테나의경량화를 위하여 마이크로스트립 패치 형태로 안테나 기본 구조를 설계하였다. 그리고 광대역 고이득의 안테나 성능을확보하기 위하여 방사패치에 기생패치를 적층하였다. 안테나 크기 및 패치 간 간격은 목표 성능 만족을 위하여 시뮬레이션 결과를 바탕으로 반복적으로 조정하여 최적화하였다. 추가적으로 다중편파 SAR 영상 획득을 위하여 동등성능의 HH, VV, HV 그리고 VH 편파의 안테나 4종을 제작하였다. 그 결과, 무게 100 g 미만의 초경량 안테나 제작이 가능하였다. In this study, a method was proposed to develop a compact antenna for a drone-borne synthetic aperture radar(SAR). The compact antenna structure was designed as a microstrip patch antenna, and a parasitic patch was stacked on the radiation patch to improve the bandwidth and gain of the antenna. The size and interval between patches were iteratively adjusted based on the simulation in order to satisfy the requirements of the antenna. Additionally, HH-, VV-, HV-, and VH-polarimetric antennas were fabricated to acquire fully polarimetric SAR data. As a result, the compact antenna could be successfully developed with a small weight of less than 100 grams.N