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1지질나노입자

'지질나노입자' 에 대한 통합검색결과 24건입니다.

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박해빈

울산대학교 의과대학, 서울아산병원

면역 관문 억제제를 이용한 암 면역 치료는 탁월한 효과를 나타내고 있습니다. 하지만 이는 전이성 암이나 재발성 암에 대해서 까지 효과를 보여주지는 않습니다. 본 연구에서는 나노 파티클의 장점을 면역치료에 접목하여 종양을 표적하고, 더 나아가 면역치료를 통해 전이, 재발성 암을 치료하고자 본 연구를 시작하였습니다
- ACS Nano
- 2024.12.23
전하영

가톨릭대학교

줄기세포는 스스로 분열하고 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있어, 손상된 조직을 재생하고 장기를 복구하는 '줄기세포 치료'에 활용되고 있습니다. 이러한 치료법은 다양한 질병 치료에 잠재력을 지니고 있지만, 줄기세포를 특정 조직으로 분화시키는 과정에서 화학물질로 인한 활성산소 독성이 치료에 있어서 큰 한계였습니다.
- ACS Nano
- 2024.12.17
박정연

고려대학교

체내 세포가 바이러스, 암 염색체 등 위험요소를 인지하면 cGAS (cyclic GMP-AMP synthase) 단백질이 자극을 받아 고리형 뉴클레오타이드(cyclic dinucletide, CDN)을 만들어 냅니다. 고리형 뉴클레오타이드 중 고리형 GMP-AMP (cyclic GMP-AMP, cGAMP)는 핵산인 구아노신과 아데노신으로 구성되어 Type 1 인터페론 면역시스템을 발동시키는 STING pathway를 활성시키고 세포 내 면역활동을 촉진합니다.
- Chem. Eng. J.
- 2024.12.10
유소연

한국과학기술연구원

지질나노입자(Lipid Nanoparticles, LNPs)는 RNA 기반 백신 및 치료제를 체내에 안정적으로 전달할 수 있는 효과적인 전달 매개체로, 특히 COVID-19 팬데믹 당시 지질나노입자를 활용한 mRNA 백신이 FDA 승인을 받고 성공적으로 상용화되면서 큰 주목을 받았습니다. RNA 의약품은 신속하게 대량 생산할 수 있고 체내 DNA에 영향을 미치지 않아 안전성 면에서 매우 큰 강점을 지닙니다.
- Adv. Healthc. Mater.
- 2024.11.13
전태원

Massachusetts Institute of Technology

본 연구는 이전에 한빛사에서 소개된 2023년 ACS Nano 논문의 후속 연구입니다. ACS Nano, 2023 Mar 14;17(5):4315-4326 | https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08690 이전 연구에서는 PONI-Guan 폴리머 나노 입자를 이용해 siRNA를 대식세포에 전달하여 폐 조직의 염증발현을 감소시켰습니다.
- Adv. Funct. Mater.
- 2024.08.21
이재현

건국대학교

현재 다양한 다당류가 치료 목적으로 사용되며, 그중 헤파린은 환자에게 안전한 가장 널리 사용되는 생체 분자입니다. 헤파린은 약 100년 동안 임상에서 사용된 FDA 승인 항응고제입니다. 리바록사반과 같은 직접 경구 항응고제가 등장했음에도 불구하고, 헤파린과 그 유도체는 여전히 임상에서 가장 널리 사용되는 항응고제입니다.
- Nat. Commun.
- 2024.08.19
이예지

이화여자대학교 약학대학

mRNA 백신은 COVID-19 팬데믹 동안 전 세계적으로 급속히 주목받고 발전한 기술입니다. mRNA 백신은 질병을 일으키는 바이러스의 단백질을 인체 세포가 직접 생성하도록 유도하여 면역 반응을 유발합니다. 이 과정에서 중요한 역할을 하는 것이 바로 지질나노입자 (LNP)입니다. LNP는 전달체로서 mRNA를 보호하면서 인체 세포로 안전하게 전달하고, 세포 내에서 mRNA가 효과적으로 발현되도록 돕는 역할을 합니다.
- Biomater. Res.
- 2024.06.14
신하은

성균관대학교, 현 하와이주립대

코로나 바이러스 백신 플랫폼으로 사용된 지질 나노입자는 유전자와 지질만을 가지고 제작된 유전자 전달체로, 현재 지질 나노입자를 기반으로 다른 감염병, 항암 및 염증 등의 질환에 접목시켜 백신 및 치료제를 개발하려는 연구가 계속해서 증가하고 있습니다. 일부는 임상시험이 진행 중이며, 2023년 상반기까지 지질 나노입자 및 mRNA전달체와 관련된 개량기술 및 신기술에 대한 특허는 주요 20개 국가에서 900개에 도달하였으나, 한국에서의 특허는 60개에 한정되어 있는 것을 확인할 수 있습니다.
- Adv. Funct. Mater.
- 2024.04.12
배채원

서울대학교

페로토시스(Ferroptosis)는 2012년에 처음으로 용어가 밝혀진 철 의존적인 세포사멸 과정으로 새로운 항암 치료 대안이 될 수 있는 세포 사멸사의 한 종류입니다. 이 사멸경로는 암세포에서 과발현되는 철 대사경로를 이용하기 때문에 정상 세포보다 암세포에 더 선택적으로 작용 가능하므로 부작용을 줄이고 치료 효과를 극대화할 수 있어서 주목을 받고 있습니다.
- Small
- 2024.02.21
홍주형

한양대학교

비만은 과도한 칼로리 섭취로 인해 지방 저장 및 에너지 비축의 주요 부위인 백색 지방세포에 지질이 축적되는 것을 특징으로 합니다. 현재 전 세계 인구의 39%인 약 31억 2천만 명이 비만으로 분류되고 있으며, 이로 인해 제2형 당뇨 및 비알콜성 지방간 등 대사질환의 환자 수가 급격히 증가했습니다. 이를 예방하고 치료하기위해 식욕을 감소시키는 등의 신약 개발이 되고 있으나
- Adv. Mater.
- 2024.01.24
김소정

울산대학교 의과대학

암을 치료하기 위한 방법으로 수술이 일반적이나, 전이 또는 재발을 차단하는 것에는 어려움이 있습니다. 수술 후 잔존하는 암세포를 제거하기 위한 방법으로 항암 치료나 방사선 치료가 실행되고 있으나 부작용으로 많은 환자가 고통받고 있는 실정입니다. 암세포만을 선택적으로 사멸 시킬 수 있는 암 백신은 오랜 시간 개발이 시도되고 있으나 아직은 이렇다 할 결과를 나타내고 있지 못하고 있는 실정입니다.
- Adv. Funct. Mater.
- 2023.05.04
김정환

Oregon State University

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 ?Messenger RNA (mRNA)에 기반한 의약품은 코로나19 pandemic 도중 전례 없던 속도로 허가를 거쳐 임상에 배치되었습니다. 이전까지는 mRNA는 immunogenic하고 unstable한 고분자로 간주되어 왔으나, RNA 공학과 나노 공학의 발달로 유효한 RNA의 체내전달이 가능하게 되었습니다. 이는 mRNA 백신의 성공적인 개발을 이끌었고, 많은 생명을 구할 수 있었습니다. Figure 1. (좌) Soluble Human ACE2 (hsACE2) mRNA 치료제의 작용 기전, (우) hsACE2 mRNA를 포함하는 LNP의 투여 경로 ?본 연구는 예방적 성격을 띤 mRNA의 백신으로 서의 효용성이 아닌, 코로나바이러스를 체내에서 중화 할 수 있는 mRNA 치료제를 개발하는데 중점을 두고 진행하였습니다. 코로나바이러스가 결합하는 ACE2 수용체의 wild-type soluble form을 mRNA의 형태로 전달하였으며, 이로 인해 생산된 soluble ACE2 protein은 코로나바이러스의 원형 및 다양한 변이바이러스들의 세포 내 침투를 중화하는 치료적 효능을 증명하였습니다. mRNA의 세포내 전달 (transfection)은 lipid nanoparticles (LNP; 지질나노입자)를 사용하였으며, 정맥 주사와 호흡기투여를 통해 각각 간과 폐에서 transfection을 증명하였습니다. ?본 연구는 2020년 5월에 시작하여 초기연구 완료 후 2020년 7월에 BioRxiv에 공유하였으나, 실제 최종 게재는 2년 후인 2022년 10월에 이루어졌습니다. 리뷰 도중 에디터로부터 게재거절 및 다른 연구자에게 추월을 당하는 등 우여곡절이 많았으나, 최종적으로 출판을 하게 되어 기쁜 마음이 큽니다. ? 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. ?본 연구는 미국의 Oregon State University (OSU)의 Prof. Gaurav Sahay의 실험실에서 진행하였습니다. Dr. Sahay는 나노 입자를 이용한 RNA 전달의 선구자인 MIT의 Robert Langer와 Daniel Anderson 실험실에서 박사후 연구를 마친 뒤 nonviral gene delivery에 관한 연구를 이어오고 있습니다. 실험실은 OSU의 메인 캠퍼스가 있는 Corvallis, OR가 아닌, Portland, OR에 위치한 Oregon Health & Science University (OHSU) 의과대학 캠퍼스에 위치하여 다양한 임상연구자들과 협업할 수 있는 환경을 가지고 있습니다. 특히 OHSU는 최초로 인간을 대상을 CRISPR 임
- Adv. Sci.
- 2023.02.28
최정원

가톨릭대학교 의과대학

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 골관절염은 관절 연골조직의 파괴와 더불어, 뼈의 구조적 변화, 염증반응 및 관절통증 등을 수반하는 대표적인 퇴행성 질환으로써 과거에는 단순히 노화에 따라 연골이 닳아 없어지는 질병으로 인식되어 활발한 연구가 진행되지 못했으나 최근 연골조직의 퇴행은 복합적인 분자적 메커니즘에 의해 조절, 제어가 가능한 질병이라는 새로운 시각이 형성됨에 따라 연골퇴행 및 골관절염의 병인 및 치료 기전에 대한 분자생물학적 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 본 연구는 골관절염 환자의 절반 정도가 2형 콜라겐에 대한 자가항체를 가지고 있다는 점에 착안하여 2형 콜라겐 펩타이드(Col II)와 라파마이신 약물(LNP-Col II-R)이 탑재된 지질 나노입자(LNP)로 구성된 백신을 제조하여 골관절염 동물모델에서 치료 효과를 확인하였습니다. 본 실험에서 치료백신은 조절 T세포를 유도하고, 항염증성 사이토카인 발현 증가시키며, 관절의 염증성 면역 세포 및 염증성 사이토카인 발현 감소시키는 것을 확인하였습니다. 이러한 결과들로 치료 백신은 조절 T세포 유도를 통하여 골관절염을 치료한다는 것을 확인할 수 있었고 이는 골관절염의 특정 면역관용(immune tolerance) 유도를 통하여 부작용 없는 치료제로 개발 가능할 것으로 기대할 수 있었습니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다. 가톨릭대학교 류마티스연구센터는 류마티스관절염, 전신경화증, 강직척추염 등의 다양한 자가면역질환의 병인을 규명하고 치료제를 개발하는 것을 목표로 하고 있는 연구소입니다. 류마티스연구센터는 기초와 임상이 융합된 플랫폼을 바탕으로 질환별 전임상 모델 개발과 세포 수준의 기초 연구 및 임상 샘플과 임상데이터를 활용한 질환 메커니즘과 질환 표적 치료제 개발 연구가 활발히 이루어지고 있으며 특히 자가면역질환에 대한 다양한 전임상 모델과 인간화 마우스 시스템을 구축하여 환자 맞춤형 치료제 개발에 앞장서고 있습니다. 3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람 지금까지 다양한 질환에 대한 동물모델구축과 신물질에 대한 유효성 평가 연구를 해오면서 연구란 우리가 잘 알지 못하는 조각들을 찾고 그것들을 잘 끼워맞춰 아름다운 그림으로 완성해내는 직소퍼즐(조각그림퍼즐
- Sci. Adv.
- 2022.12.14
김예은

성균관대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 활성산소는 호흡과정에서 자연스럽게 생기는 대사 산물로 세포의 signaling을 조절하는 역할을 합니다. 따라서 체내에 반드시 필요한 물질이지만, 항상성을 잃고 그 양이 과도하게 많아지게 되면 단백질과 지질 산화, 그리고 DNA에 damage를 주어 염증성 질환을 발생시킵니다. 그래서 저희는 피부에서 발생하는 염증성 질환인 아토피 피부염 치료를 위해 활성산소를 제거하는 세륨 옥사이드 (세리아) 나노 입자를 담지한 알긴산 하이드로젤 패치를 고안하였습니다. 아토피 피부염 치료를 위해서 일반적으로 사용되는 국소 스테로이드제는 장기간 사용 시 피부 부위의 국소 부작용 뿐 아니라 소아 발육 부진이나 쿠싱증후군 등 전신 부작용을 유발하는 문제점이 있습니다. 아토피 피부염은 만성 질환으로 발전하는 경우가 많아 안전하면서도 지속적인 치료가 가능한 치료법이 필요하다고 생각하였습니다. 본 실험에서 사용된 세리아 나노 입자는 그 크기가 5 nm 이하 일 때 ce 3+ 와 ce 4+ 가 공존하면서 표면에 oxygen vacancy를 갖게 되는데, 그 자리에 활성산소가 interaction을 하면서 물과 산소로 변환되어 결과적으로 활성산소를 제거하게 됩니다. 특히 본 실험에서 사용된 세리아 나노입자와 알긴산 하이드로겔 모두 합성법이 매우 간단하여 원하는 모양과 크기에 따라 쉽게 패치를 만들 수 있다는 장점이 있습니다. 하이드로겔 자체가 적절한 기계적 물성과 유연함을 가져 굴곡이 있는 아토피 피부염 부위에도 쉽게 부착할 수 있습니다. 또한 이 하이드로겔 패치는 수분 함유량이 100%에 가까워 건조한 아토피 피부에 보습 작용을 할 수 있고, 세포 내?외에서 활성산소를 효과적으로 제거함이 실험으로 증명되었습니다. 그리고 아토피를 유발한 마우스 모델로 동물실험을 진행하였을 때도 면역학적으로 유의미한 치료 효과를 나타냈습니다. 특히나 본 실험에서는 세리아 나노 입자가 하이드로겔 외부로 방출되지 않았음에도 불구하고 피부 조직에서 활성산소 양이 감소되었는데, 이는 무기나노입자가 체내에 침투되었을 때 발생할 수 있는 나노 독성으로부터 자유롭다는 장점으로 연결될 수 있습니다. 본 연구는 아토피 피부염 뿐만 아니라 다양한 염증성 질환 치료 목적으로 세리아 나노 입자 기반 알긴산 하이드로겔이 활용될 가능성을 보여주었다
- Nano Lett.
- 2022.03.24
김민정

이화여자대학교 약학대학

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 RNA 치료제는 2018년 FDA 승인을 받은 Patisiran을 비롯하여 최근 코로나 바이러스 백신의 원천 기술로 사용될 만큼 치료적 파급력이 큰 약물입니다. 우리 몸에 있는 거의 모든 유전자를 제어 가능한 새로운 치료방법을 제공하므로 기존에 치료가 불가능하였던 난치병까지도 치료 가능하므로 차세대 치료제로서 각광 받고 있습니다. 하지만 이러한 높은 치료적 잠재력에도 불구하고 치료제로서 이용되기 위해선 표적 조직 및 세포로 안전하게 RNA 약물을 전달하는 기술이 필요합니다. 기존의 양이온성 고분자 및 리포좀으로 대표되는 전달체는 생체 내에서의 낮은 RNA 전달 효율의 문제가 있습니다. 또한 양이온성 지질과 혈중 내 음이온성 단백질과의 비특이적 결합으로 약물전달체의 체내 반감기가 감소하고, 간 손상 및 면역원성 등의 심각한 독성 문제가 있습니다. 따라서, 이번 연구에서 주변 pH 환경에 따라 이온화 상태가 변화하는 이온화 지질을 개발하였습니다. 이를 통해 생체 내 약물 투입 시, 안전하게 타겟 세포로 RNA 약물이 도달하게 하고 세포 내부로의 전달률을 높이고자 하였습니다. 실제, mRNA를 봉입한 지질나노입자를 동물 모델에 주입하여 표적 세포의 형질 주입(Transfection efficiency)을 확인하였을 때, 단회 투여로 80% 이상의 세포(Hepatocyte)에서 RNA 약물이 전달된 것을 확인할 수 있었습니다. 이번 연구에서 발표된 내용은 국내에서는 처음으로 개발된 지질나노입자입니다. 단회 투여만으로 높은 형질 주입을 보일 뿐만 아니라 RNA 약물 봉입률 또한 80% 이상으로 안전성과 고효율의 장점을 갖는 약물전달체 원천기술을 확보하게 된 의의가 있는 것 같습니다. 이번 연구 결과를 토대로, 국내 기술로 향후 감염병 대응을 위한 신속 mRNA 백신 제형 개발 및 상업화를 가능하게 할 수 있습니다. 이번 연구를 Science Advances 저널에 발표될 수 있기까지 4년이라는 기간 동안 수많은 시행 착오를 겪었습니다. 실험 디자인을 여러 번 수정하고 저널에 투고하는 과정에서 받은 많은 리뷰어들의 의견을 참고하여 논문을 보안하고 수정하여 감사하게도 Science Advances 저널에 게재 할 수 있었던 것 같습니다. 논문을 준비하면서 얻은 시행착오들은 앞으로 논문을 준비하는데 좋은 밑거름이 될 것 같습니다. 2.
- Sci. Adv.
- 2021.03.08
허정수

고려대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 본 논문은 미세유체칩을 이용하여 세포내 물질전달 플랫폼을 개발하기 위한 것입니다. 세포내 물질전달은 말 그대로 세포 안으로 외부물질들을 전달하는 과정인데 주로 유전자 가위나 플라스미드 DNA와 같은 유전자 편집물질들이나 나노입자들이 주로 그 전달물질에 해당합니다. 따라서 생명공학 연구에 있어서 필수적인 기반기술이라고 할 수 있으나 현재 이를 위해 상용화되어 있는 기술들은 모두 각각의 한계점들을 가지고 있습니다. 특히, 현재 세포치료와 같이 치료목적으로 연구되고 있는 세포는 줄기세포와 면역세포와 같은 일차 세포(Primary cell)이지만 해당 세포들은 여타 세포들에 비해 민감하여 기존의 기술들로는 성공적인 형질전환이 어려운 것이 사실입니다. 이에 따라 보다 효과적으로 일차세포의 유전자 편집을 할 수 있는 세포내 물질전달 기술의 개발이 시급한 상황이라고 볼 수 있습니다. 저희 팀은 미세유체 채널안에서 일어나는 특이적인 유동 현상(micro-vortices)을 이용하여 세포를 물리적으로 변형시킴으로써 세포막에 일시적인 틈을 만들고 이를 통해 외부물질을 세포안으로 전달할 수 있는 플랫폼을 개발하였습니다. 굉장히 빠른 속도로 미세 유체 채널내로 주입된 세포들은 순간적인 늘어남(cell stretching)을 경험하게 되며 이때 세포와 함께 주입한 타겟 물질들을 세포내로 전달하게 됩니다. 해당 기술을 이용하여 본 논문에서는 RNA, DNA를 활용, 줄기세포(사람 탯줄유래, 지방질 유래)와 면역세포(쥐 골수유래)의 형질 전환에 성공하였으며 기존에 널리 사용되는 기술인 전기천공법과 지질 캐리어 기술(lipofectamine)과 비교하여 더 높은 형질전환 수율(yield)을 얻었습니다. 이러한 결과들을 바탕으로 추후 생명공학 연구분야에서 널리 응용될 수 있을 것으로 전망합니다. 2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다. 고려대학교 바이오미세유체 연구실은 대체적으로 자유로운 분위기 속에서 본인의 연구역량을 발휘할 수 있는 좋은 환경을 가지고 있습니다. 지도 교수인 정아람 교수님은 항상 학생들의 연구에 신경 써 주시고 학생들이 연구에만 집중할 수 있도록 노력해주시기 때문에 연구실의 좋은 연구결과들로 이어질 수 있는 것 같습니다. 연구주제로는 미세유체를 활용한 다양
- ACS Nano
- 2020.10.26
김우진

서울대학교 치과대학

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 본 연구는 in vitro에서 합성된 단백질 효소를 해당 효소가 결손 된 생체 기관에 전달하여 유전적 결손을 치료하는 과정에 대한 연구입니다. 많은 경우 유전질환은 생체에서 특정 단백질의 전신적 또는 국소적 단백질 결손 또는 불활성화 단백질의 생성을 초래합니다. 제가 연구한 Pin1 (Peptidyl Prolyl Isomerase 1) 또한 이성질화 효소의 일종으로 Pin1의 비활성화 또는 결손은 신경 세포에서 Tau 단백질의 구조적 문제와 Amyloid화를 유발하며 결과적으로 알츠하이머 질환의 원인 유전자로 밝혀 지기도 했습니다. 저희 연구실은 Pin1의 유전자 결손 마우스를 이용해 다년간 Pin1 결손에 의한 표현형을 연구했고, 그 결과 Pin1은 타겟 단백질의 Cis-Trans form의 구조적 변화의 균형을 유지하는 효소로서 초기 발생 과정 중 골 형성을 촉진하는 역할 뿐만 아니라 생식기관에서 Blood-Testis Barrier의 구조 안정성에 기능하여 정상 생식세포의 발생에 중요한 역할을 한다는 것을 밝힌 바 있습니다. 유전적 결함에 의한 특정 단백질의 결손 또는 비활성화는 소분자화합물 또는 항체로 대변되는 통상적인 약물 치료로는 해결되기 어렵습니다. 이는 상기 통상적 약물 치료가 대부분 단백질에 결합하여 활성을 억제시키는 기전으로 작용하기 때문으로, 상기 약물로 단백질을 활성화할 수 있는 방법은 연구가 많지 않습니다. 따라서 유전적 결함에 의한 단백질 결손의 대표적인 치료법은 유전자치료, 단백질 치료 등이 시도되고 있으나 이 경우 늘 효과적이고 안전한 전달체의 문제가 주안점입니다. 본 연구에서는 피브로인 단백질 기반 나노입자에 합성된 Pin1 단백질을 도입하고, 양전하성 지질로 나노입자의 표면의 전기적 성질을 개질하여 세포내 도입 효율을 증가시킨 Lipoplex의 일종인 Fibroplex를 이용하여 Pin1 결손 수컷 마우스의 생식세포 형성 부전을 해결할 수 있는가를 확인하였습니다. 그 결과 심각한 생식세포 형성 부전 형질을 보이던 Pin1-KO 마우스의 고환의 발생이 정상적인 수준으로 회복되었고, 정자의 형성이 관찰되었으며, 결과적으로 WT-암컷 마우스와의 교배를 통해 건강한 새끼를 출산하는 것을 확인하였습니다. 그 기전으로 Pin1 결손에 의해 유발되었던 인간과 마우스에서 공통적인 불임 유전자들의 발현이 회복
- ACS Nano
- 2020.10.23
신현구

고려대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 암은 인류가 아직 정복하지못한 질병으로 아직까지 한국인 사망 원인 1위를 차지하고 있습니다. 근본적으로 암을 극복하는 방법은 아예 암에 걸리지 않도록 예방하는 것이지만 암을 조기에 진단하여 환자에게 적절한 치료를 할 수 있다면 암에 의한 사망률을 크게 낮출 수 있습니다. 특히 폐암의 경우 대다수의 환자가 치료가 어려운 3, 4기에 진단되는 경향이 있어 비교적 치료가 쉽고 예후가 좋은 초기에 폐암을 진단하는 것이 중요합니다. 이를 위해서 최근 혈액, 소변 등 체액에 포함된 질병 바이오마커 (Biomarker)를 찾아 질병을 진단하는 액체 생검 (Liquid biopsy) 기법들에 큰 발전들이 이뤄지고 있습니다. 이 바이오마커들 중에 엑소좀 (Exosome)이라는 물질이 있습니다. 이는 몸 안의 세포가 분비하는 나노미터 크기의 작은 소포로 모세포의 유전적, 분자적 정보를 간직한 채로 혈액에 떠다니고 있습니다. 따라서 혈액 속에 포함된 폐암 엑소좀은 폐암 액체 생검을 위한 좋은 바이오마커로 사용될 수 있습니다. 따라서 저희는 나노 기술과 인공지능 기술을 통해 혈액 속의 폐암 엑소좀을 분석하여 폐암 1, 2기를 진단할 수 있는 기술을 개발하였습니다. 폐암 엑소좀은 폐암세포 특이적인 단백질들을 함유하고 있기 때문에 정상세포와는 다른 분자 지문 신호를 가질 수 있습니다. 저희는 이 분자지문 신호를 표면 증강 라만 분광학 (SERS; Surface-enhanced Raman Spectroscopy) 기법을 통해 검출하였고 환자 혈액 속에 포함된 엑소좀들의 신호와 배양한 폐암세포에서 분비된 엑소좀의 신호를 딥러닝 기반의 인공지능 모델을 통해 비교 분석하였습니다. 실험 결과 43명의 폐암 환자와 20명의 정상인 간에는 유의미한 차이가 있었으며 결과적으로 높은 정확도로 조기에 폐암을 진단할 수 있음을 확인하였습니다. 그간 암세포 엑소좀에 대한 분광학적 연구는 활발히 진행되고 있는 분야였지만 대부분 배양 세포 단계에 머물러 실제 진단을 위한 기술로 발전하지 못하고 있는 상황이었습니다. 이는 혈액 속에는 암세포 외에도 다양한 종류의 세포에서 분비된 엑소좀들이 혼재되어 있고, 이들에 의해 복잡하게 얽혀 있는 분자 지문 신호를 해석하는 것이 어려웠기 때문입니다. 하지만 저희는 인공지능 기술을 도입하여 실제 임상적으로 확인된
- ACS Nano
- 2020.05.06
강금영

고려대학교

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 〈 세포내 물질 전달(Intracellular Delivery)의 소개, 동향, 전망 〉 세포 속으로의 물질 전달은 세포 기반인 생명공학 또는 의료 분야에서 꼭 필요한 실험 과정 중의 하나입니다. 예를 들어 금 나노 입자는 특정한 모양으로 합성할 수 있어 생명공학에서 약물전달, 이미징, 단일 분자, 또는 세포내 소기관 추적, 바이오 센싱, 진단 등을 위해서 사용됩니다. 나아가 나노 유전자 물질 (DNA, RNAs, RNA/DNA nanovehicles)들을 합성하여 세포기반의 치료 (cell-based therapy), 유전자 편집 (gene editing), 그리고 세포 리프로그래밍 (cell reprogramming)에도 사용되고 있습니다. 이렇게 세포 내 나노물질전달은 세포를 기반으로 하는 연구를 위해 꼭 필요한 과정이지만, 세포막의 제한적 유입으로 어려움을 겪고 있기 때문에 현재는 보통 바이러스, 전기천공법(electroporation) 또는 양이온 지질(cation lipofection)등의 방법이 사용되고 있습니다. 하지만 이 방법들은 세포 안정성, 가격, 효율, 처리량 등에 한계가 있으며 이를 극복하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있습니다. ? 〈 Spiral Vortex를 발견하다 〉 저는 교수님과 자주 만나서 이야기하고, 실험 결과에 대해서 토론하는 시간을 가집니다. 교수님과 제가 Spiral Vortex가 cross-junction에서 발생될 것이라고 생각하게 된 그 날도 교수님과 실험 결과에 대해서 이야기하고 있었습니다. 제가 학회에서 구두 발표를 하기 위해서 저의 microchannel 속에서 일어나는 유동을 확인하는 실험을 진행하고 결과를 토의하던 중 교수님께서 "어 ! 우리가 알고 있는 유동과 다르네" "그럼 confocal microscope을 통해서 cross-junction에서 일어나는 유동의 모양을 알아보자" 라고 하셨고 관련 논문을 찾아 주셨습니다. Confocal Microscope를 사용하여 XZ축에서 대해서 유동을 촬영한 결과 기존의 논문들이 주장하고 있는 평행한 대칭적인 유동이 아니었고, cross-junction에서 Spiral Vortex가 발생된다는 사실을 확인할 수 있었으며, 이는 기존의 학설을 반증할 수 있었기 때문에 저와 교수님은 연구자로써 매우 기쁘고 행복했던 기억이 있습니다. 〈 형광 물질 없이 Confocal Microscope로 Gold Nanoparticle을 촬영하다? 〉 Gold Nanoparticle은 특정한 모양으로 합성할 수 있어 생명공
- ACS Nano
- 2020.02.27
이상윤

The University of Chicago, IBM Thomas J. Watson Research Center

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드 나트륨, 칼륨, 염소 등과 같은 이온들의 농도는 세포 또는 세포내 소기관의 안과 밖에서 서로 다릅니다. 지질막을 경계로 이런 이온들의 농도 차이가 막전위(membrane potential)를 발생시키며, 이를 동력으로 세포 안에서 여러가지 중요한 현상들이 일어납니다. 이온채널(ion channel) 또는 펌프(ion pump)와 같은 막단백질(membrane protein)들은 종류에 따라 특정 이온을 인지하고, 세포막 안팎으로의 이들의 유출입을 통제합니다. 예를 들어, 신경세포에서 나트륨과 칼륨 채널의 개폐를 통해 일시적으로 이온 농도를 변화시켜 세포막을 따라 전기신호를 전달합니다. 미토콘드리아에서는 수소 이온의 농도 차이로 인해 내막과 외막 사이의 공간으로부터 내막 안쪽으로 수소 이온이 한방향으로 유입되고, 이를 이용해서 ATPase에서 ATP를 생산합니다. 전통적으로 이온채널이나 펌프의 작동 원리를 연구할때, 세포막 양쪽에 전극을 놓고, 이온이 막단백질 내부의 이동 경로를 통과해서 세포막 한쪽 공간에서 다른쪽으로 이동할때 발생하는 전류를 측정하였습니다. 측정된 전류는 수많은 이온 입자들의 평균적인 흐름을 보여주지만, 개별의 이온 입자가 단백질 내부에서 통과하는 과정이나 채널의 개폐에 따른 단백질의 구조 변화에 대해 구체적으로 알 수 없었습니다. 최근에 결정구조학 발전으로 원자 크기 수준의 정확도로 단백질 분자의 구조를 볼 수 있게 되었지만, 이들은 마치 움직이는 물체에 대해 사진을 찍었을때 각각의 순간에 해당되는 몇개의 정지된 이미지를 얻는 것처럼, 이온이 단백질을 통과할 때 일부 중간 단계들에 있는 단백질의 구조만을 얻을 수 있었습니다. 이런 실험 방법들의 한계를 극복하기 위해, 분자동역학 시뮬레이션(molecular dynamics simulation)을 이용해 전체 시스템의 변화를 실시간 시뮬레이션으로 구현하려는 연구가 그동안 많이 진행되었습니다. 이 분야에서 가장 널리 이용되는 시뮬레이션 방법에서는 지질막, 단백질, 이온 등을 구성하는 각각의 원자들 사이의 상호작용을 정의하는 모델을 만들고, 뉴턴의 운동방정식을 통해 각 원자들의 움직임을 수치적으로 계산합니다. 하지만 일반적인 막단백질의 크기를 고려할때, 현재 일반적으로 사용되고 있는 컴퓨터 클러스터에서 시뮬레이션이 가능한 시간은 실제 시간을
- J. Am. Chem. Soc.
- 2018.03.02