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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2016-04-06
- 조회3,916
Adv. Mater., First published: 29 March 2016 | DOI: 10.1002/adma.201600161
Quantitative Probing of Cu2+ Ions Naturally Present in Single Living Cells
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
구리는 신경학적 과정에서 중요한 미량원소이지만, 세포 내 구리이온 항상성의 붕괴는 알츠하이머, 파킨슨 및 루게릭병 등과 같은 심각한 퇴행성 신경질환과 밀접한 관계가 있는 '두 얼굴'을 가진 물질입니다. 세포 내 항상성을 이해하는데 세포 내 금속이온을 정량 분석하는 것이 최우선이지만, 살아있는 세포 내 유지되어야 하는 구리이온의 양에 대해서는 정확히 알려지지 않았습니다.
기존 광학 형광현미경 방법(세포 내에 구리이온에 반응하여 빛의 변화를 보이는 형광 인자들을 세포에 인위적으로 주입하여, 형광인자들의 빛을 측정하여 세포 내의 구리이온을 검출)은 세포 내 주입된 형광인자들이 불균일하게 분포되어 있고, 세포 내 강한 빛의 흡수 및 산란으로 인해 광학신호가 부정확하게 측정되어 정량적인 분석이 어려웠습니다. 또한 X-선 광학현미경 방법(세포 내 구리 content (Cu+, Cu2+, Cu0)에 대한 X-선 형광을 측정함으로써, 세포 내 구리 content 농도 측정)도 구리 이온만을 별로로 측정하지 못하거나, 화학적으로 또는 냉각된 고정세포에서 측정되어, 자연적으로 살아있는 세포에서의 구리이온 정량적인 분석은 어려웠습니다.
이에 본 연구에서, 세포 내 구리이온과 반응하여 형광 변화를 보이는 광 나노선 탐침 (Quantum-dot embedded nanowire waveguide probe)을 개발하여, 자연적으로 살아있는 세포에서의 구리이온을 정량적으로 측정하고자 하였습니다. 본 연구에서는 세포에 인위적으로 형광인자를 주입할 필요가 없고(cytotoxicity, transfection efficiency 배제가능), 광 나노선 탐침을 통해 단일 세포와 직접적으로 동시에 빛을 주고 나노선 탐침 안에서 구리이온과 반응하여 변화한 형광을 받아 구리이온을 정량적으로 측정할 수 있었습니다. 기존 연구의 근본적인 한계를 벗어나, 처음으로 단일 대뇌피질, 해마 뉴런에서의 구리이온 농도의 정량분석을 성공하였습니다. 본 연구를 통해서 뇌에서의 기억형성과 관련한 구리 이온에 대한 역할에 대한 단서를 제공하지 않을까 기대하고 있습니다. 나아가 퇴행성 신경질환 조기 진단/치료를 위한 기초적인 생물학적 이해를 제공하거나, 향후 생체정보 모니터링/나노바이오 센서 분야에 적용 가능할 것이라 기대하고 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
이번 연구는 포항공과대학교 (POSTECH) 신소재 제정호 교수님 연구실(Nanowire Photonics 연구실)과 융합생명공학 김경태 교수님 연구실(분자신경생리학 연구실)의 공동연구를 통해 수행되었습니다. 저희 연구실(Nanowire Photonics 연구실, POSTECH) 은 현재 제정호 교수님 지도 하에 석 박사 과정 학생 7명이 함께 연구를 수행하고 있습니다. Advanced Materials, 23, 1968, (2011) (유기 고분자 나노선을 원하는 위치에 3차원으로 배선하는 기술, Inside front cover 선정)이 발표된 이후로, 나노선 기반 photodetector, waveguide, actuator등, photonics 또는 optoelectronics 분야로 응용을 넓혀가고 있습니다. 공동연구로 참여한 김경태 교수님 연구실에서는 내분비 세포의 신호 전달현상에 초점을 맞추어 생리학적, 분자생물학적인 접근으로 신경계와 내분비계의 조절은 연구하고 있습니다. 두 연구실이 유기적으로 융합되어, 본 연구를 진행할 수 있었습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
한 가지 주제에 대해 잘 마무리할 수 있어서 가장 큰 보람과 자부심을 느끼는 것 같습니다. 한가지 주제를 위해 많은 문제와 실패로 좌절할 때도 있지만, 하나씩 해결하면서 희열을 얻구요. 그때마다 저의 부족한 점도 많이 보게 되고 학문적으로나 정신적으로 조금씩 나아지고 있는 것에 감사하고 안도감을 느낍니다. 여전히 여느 대학원생, 연구원분들처럼 많은 시행착오 속에서 배워가고 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
저도 여전히 배워가는 중이라, 조언을 드릴 수 있을지 모르겠습니다. 사실 많은 대학원생 분들도 아침부터 밤늦게까지 아니면 될 때까지 많은 시간과 노력을 하시고 그만큼 스트레스도 받는다고 생각합니다. 좋은 일만 있기를 원하지만, 연구 외적으로도 안 좋은 일에 힘들어하기도 하고 그럴수록 부정적인 생각을 만들고 부정적인 생각이 또 부정적인 생각을 만드는 악순환만 생기고, 더러 지금 이렇게 꾸준히만 하면 정말 되는 것인가 질문을 하루에도 여러 번 생각하게 되죠. 하지만, 행복하자고 하는 일, 제가 선택한 일이라면 긴 기간동안 긍정적인 생각만 하기에도 빠듯한 것 같습니다. 결국 부정적인 고민들이나 생각들이 현재의 문제를 해결해주지 못하기 때문일지도 모르겠네요. 또 긍정적인 생각도 긍정적인 생각을 만들고, 같이 생활하는 사람들에게도 분명 영향을 주는 것 같습니다. 연구실 식구들도 그렇게 생각할지는 저도 모르겠네요(피식), 하지만 꾸준히 노력하고 조금 더 긍정적인 생각을 가지다 보면 기회는 언젠가 오는 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
뉴런 세포에는 구리 이외에도 아연, 철등 신경학적 과정에 참여하는 중요한 원소들이 많습니다. 이에 연구를 확장하여 다른 핵심 금속이온들도 정량 분석 가능한 광 나노선 탐침도 연구 중에 있습니다. 기회가 된다면 조금 더 기초적인 과학들을 접하고 배우고 싶습니다. 곧 박사학위를 마치면, 어디가 되든 새로운 것들을 배우고, 망설임 없이 재미있는 연구, 일들을 수행하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
먼저 박사학위 동안 지도해주신 제정호 교수님께 깊은 감사를 드리고 싶습니다. 또한 이번 논문에 공동저자였던, 항상 열띤 논의를 해주셨던 이화림박사님, 배울 것이 많은 재연이형, 좋은 조언과 지원을 해주신 김경태 교수님께 더불어 감사의 말씀을 전합니다. 가족 같았던 연구실 선배들, 현 연구실 식구들, 감사하다는 말을 적게 되는데 생각보다 전할 분이 많네요. 마지막으로 제 선택에 책임을 질 수 있게 항상 묵묵히 뒤에서 응원하고 믿어주는 가족, 친구들에게 고마운 마음을 전하고 싶습니다. 앞으로 더 열심히 해야겠네요.
구리는 신경학적 과정에서 중요한 미량원소이지만, 세포 내 구리이온 항상성의 붕괴는 알츠하이머, 파킨슨 및 루게릭병 등과 같은 심각한 퇴행성 신경질환과 밀접한 관계가 있는 '두 얼굴'을 가진 물질입니다. 세포 내 항상성을 이해하는데 세포 내 금속이온을 정량 분석하는 것이 최우선이지만, 살아있는 세포 내 유지되어야 하는 구리이온의 양에 대해서는 정확히 알려지지 않았습니다.
기존 광학 형광현미경 방법(세포 내에 구리이온에 반응하여 빛의 변화를 보이는 형광 인자들을 세포에 인위적으로 주입하여, 형광인자들의 빛을 측정하여 세포 내의 구리이온을 검출)은 세포 내 주입된 형광인자들이 불균일하게 분포되어 있고, 세포 내 강한 빛의 흡수 및 산란으로 인해 광학신호가 부정확하게 측정되어 정량적인 분석이 어려웠습니다. 또한 X-선 광학현미경 방법(세포 내 구리 content (Cu+, Cu2+, Cu0)에 대한 X-선 형광을 측정함으로써, 세포 내 구리 content 농도 측정)도 구리 이온만을 별로로 측정하지 못하거나, 화학적으로 또는 냉각된 고정세포에서 측정되어, 자연적으로 살아있는 세포에서의 구리이온 정량적인 분석은 어려웠습니다.
이에 본 연구에서, 세포 내 구리이온과 반응하여 형광 변화를 보이는 광 나노선 탐침 (Quantum-dot embedded nanowire waveguide probe)을 개발하여, 자연적으로 살아있는 세포에서의 구리이온을 정량적으로 측정하고자 하였습니다. 본 연구에서는 세포에 인위적으로 형광인자를 주입할 필요가 없고(cytotoxicity, transfection efficiency 배제가능), 광 나노선 탐침을 통해 단일 세포와 직접적으로 동시에 빛을 주고 나노선 탐침 안에서 구리이온과 반응하여 변화한 형광을 받아 구리이온을 정량적으로 측정할 수 있었습니다. 기존 연구의 근본적인 한계를 벗어나, 처음으로 단일 대뇌피질, 해마 뉴런에서의 구리이온 농도의 정량분석을 성공하였습니다. 본 연구를 통해서 뇌에서의 기억형성과 관련한 구리 이온에 대한 역할에 대한 단서를 제공하지 않을까 기대하고 있습니다. 나아가 퇴행성 신경질환 조기 진단/치료를 위한 기초적인 생물학적 이해를 제공하거나, 향후 생체정보 모니터링/나노바이오 센서 분야에 적용 가능할 것이라 기대하고 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
이번 연구는 포항공과대학교 (POSTECH) 신소재 제정호 교수님 연구실(Nanowire Photonics 연구실)과 융합생명공학 김경태 교수님 연구실(분자신경생리학 연구실)의 공동연구를 통해 수행되었습니다. 저희 연구실(Nanowire Photonics 연구실, POSTECH) 은 현재 제정호 교수님 지도 하에 석 박사 과정 학생 7명이 함께 연구를 수행하고 있습니다. Advanced Materials, 23, 1968, (2011) (유기 고분자 나노선을 원하는 위치에 3차원으로 배선하는 기술, Inside front cover 선정)이 발표된 이후로, 나노선 기반 photodetector, waveguide, actuator등, photonics 또는 optoelectronics 분야로 응용을 넓혀가고 있습니다. 공동연구로 참여한 김경태 교수님 연구실에서는 내분비 세포의 신호 전달현상에 초점을 맞추어 생리학적, 분자생물학적인 접근으로 신경계와 내분비계의 조절은 연구하고 있습니다. 두 연구실이 유기적으로 융합되어, 본 연구를 진행할 수 있었습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
한 가지 주제에 대해 잘 마무리할 수 있어서 가장 큰 보람과 자부심을 느끼는 것 같습니다. 한가지 주제를 위해 많은 문제와 실패로 좌절할 때도 있지만, 하나씩 해결하면서 희열을 얻구요. 그때마다 저의 부족한 점도 많이 보게 되고 학문적으로나 정신적으로 조금씩 나아지고 있는 것에 감사하고 안도감을 느낍니다. 여전히 여느 대학원생, 연구원분들처럼 많은 시행착오 속에서 배워가고 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
저도 여전히 배워가는 중이라, 조언을 드릴 수 있을지 모르겠습니다. 사실 많은 대학원생 분들도 아침부터 밤늦게까지 아니면 될 때까지 많은 시간과 노력을 하시고 그만큼 스트레스도 받는다고 생각합니다. 좋은 일만 있기를 원하지만, 연구 외적으로도 안 좋은 일에 힘들어하기도 하고 그럴수록 부정적인 생각을 만들고 부정적인 생각이 또 부정적인 생각을 만드는 악순환만 생기고, 더러 지금 이렇게 꾸준히만 하면 정말 되는 것인가 질문을 하루에도 여러 번 생각하게 되죠. 하지만, 행복하자고 하는 일, 제가 선택한 일이라면 긴 기간동안 긍정적인 생각만 하기에도 빠듯한 것 같습니다. 결국 부정적인 고민들이나 생각들이 현재의 문제를 해결해주지 못하기 때문일지도 모르겠네요. 또 긍정적인 생각도 긍정적인 생각을 만들고, 같이 생활하는 사람들에게도 분명 영향을 주는 것 같습니다. 연구실 식구들도 그렇게 생각할지는 저도 모르겠네요(피식), 하지만 꾸준히 노력하고 조금 더 긍정적인 생각을 가지다 보면 기회는 언젠가 오는 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
뉴런 세포에는 구리 이외에도 아연, 철등 신경학적 과정에 참여하는 중요한 원소들이 많습니다. 이에 연구를 확장하여 다른 핵심 금속이온들도 정량 분석 가능한 광 나노선 탐침도 연구 중에 있습니다. 기회가 된다면 조금 더 기초적인 과학들을 접하고 배우고 싶습니다. 곧 박사학위를 마치면, 어디가 되든 새로운 것들을 배우고, 망설임 없이 재미있는 연구, 일들을 수행하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
먼저 박사학위 동안 지도해주신 제정호 교수님께 깊은 감사를 드리고 싶습니다. 또한 이번 논문에 공동저자였던, 항상 열띤 논의를 해주셨던 이화림박사님, 배울 것이 많은 재연이형, 좋은 조언과 지원을 해주신 김경태 교수님께 더불어 감사의 말씀을 전합니다. 가족 같았던 연구실 선배들, 현 연구실 식구들, 감사하다는 말을 적게 되는데 생각보다 전할 분이 많네요. 마지막으로 제 선택에 책임을 질 수 있게 항상 묵묵히 뒤에서 응원하고 믿어주는 가족, 친구들에게 고마운 마음을 전하고 싶습니다. 앞으로 더 열심히 해야겠네요.
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