이 연구는 DNA를 이용해 단백질 간의 상호작용을 정밀하게 제어하여, 다양한 결정 구조를 ‘역설계(inverse design)’ 방식으로 구현... 이 연구는 DNA를 이용해 단백질 간의 상호작용을 정밀하게 제어하여, 다양한 결정 구조를 ‘역설계(inverse design)’ 방식으로 구현한 최초의 사례를 제시한다. 기존의 단백질 결정화는 주로 자연적 자기조립에 의존했으나, 본 연구에서는 단백질 표면에 부착된 DNA 서열의 길이, 염기서열, 결합 위치를 조절함으로써 **BCC, FCC 등 서로 다른 콜로이드 격자(lattice)**를 의도적으로 형성할 수 있음을 입증하였다. 또한 실험 데이터와 시뮬레이션을 결합해 **결정 구조의 안정성과 형성 원리를 예측할 수 있는 설계 지도(design map)**를 구축하였다. 이러한 접근법은 단백질 기반 소재의 구조적 다양성과 기능성을 동시에 제어할 수 있는 새로운 패러다임을 제시하며, 향후 기능성 생체재료 및 나노조립체 설계로의 확장을 기대하게 한다.

줄기세포 치료제, CAR-T 치료제, mRNA 백신을 포함한 바이오의약품은 생명공학의 발전과 함께 빠르게 진보하고 있지만, 품질 관리를 ... 줄기세포 치료제, CAR-T 치료제, mRNA 백신을 포함한 바이오의약품은 생명공학의 발전과 함께 빠르게 진보하고 있지만, 품질 관리를 위한 안전성 평가 지침은 여전히 1930년대에 제정된 무균시험법에 머물러 있어 이러한 혁신을 뒷받침하지 못하고 있다. 바이오의약품은 생체 물질을 기반으로 제조되기 때문에 전통적인 화학의약품과 달리 멸균 처리가 어렵고 오염에 취약하며, 유통기한이 3–5일로 매우 짧은 경우가 많다. 또한 위급한 환자에게는 즉각적인 투여가 필요하지만, 현재 사용되는 배양 기반 무균시험법은 오염 여부 판정에 14일이 소요된다. 이로 인해 임상 현장에서는 안전성이 완전히 검증되기 이전에 의약품이 투여되는 현실적 한계가 존재한다. 본 발표에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 바이오의약품 내 미생물 오염 여부를 하루 이내에 판정할 수 있는 신속 무균시험법(Nanoparticle-based Enrichment and rapid Sterility Test, NEST)을 소개한다.

저희 연구실은 칭화대학에 위치하고 있으며, 수년간 센티미터 수준의 넓은 영역을 고해상도로 관찰할 수 있는 광학 현미경을 개발해왔... 저희 연구실은 칭화대학에 위치하고 있으며, 수년간 센티미터 수준의 넓은 영역을 고해상도로 관찰할 수 있는 광학 현미경을 개발해왔습니다. 그 결과 기존의 현미경보다 수백배 넓은 영역을 관찰하는 것이 가능해졌고, 이를 통해 수많은 면역세포들이 장기 내에서 상호작용하거나 이동하는 현상을 4차원영상으로 관찰하였습니다. 다만, 고해상도로 수백배 넓은 영역을 이미징하게 되면, 당연히 이미징 데이터의 크기 또한 수 기가바이트에서 수 테라바이트를 넘어 페타바이트까지 늘어나게 됩니다. 이렇게 되면 문제는 이 데이터를 열고 분석하는 것이 매우 어려워지는데, 이를 해결하기 위해 저희는 자동으로 세포추적 및 구획화를 수행할 수 있는 고성능 분석 소프트웨어를 개발하게 되었습니다. 저희는 현재 이 기술을 적극적으로 활용하여, 대규모의 이미징 데이터를 분석함으로써 면역연구 새로운 가능성을 열어보고자 합니다.

MUTE-Seq은 초정밀 CRISPR 변이체 FnCas9-AF2를 기반으로 정상 cfDNA를 선별적으로 제거하여 극소량의 종양 유래 변이를 민감하게 검... MUTE-Seq은 초정밀 CRISPR 변이체 FnCas9-AF2를 기반으로 정상 cfDNA를 선별적으로 제거하여 극소량의 종양 유래 변이를 민감하게 검출하는 혁신적 액체생검 플랫폼입니다. 본 연구는 급성 골수성백혈병 환자의 미세잔존질환(MRD) 모니터링과 비소세포폐암 및 췌장암 환자의 초기 단계 ctDNA 검출에서 임상적 유용성을 입증하였습니다. MUTE-Seq는 초고심도 시퀀싱이나 고비용의 UMI 기반 분석 없이도 약 0.005% VAF 수준의 정밀도를 달성하여 비용 효율성과 민감도를 동시에 확보합니다. 이를 통해 MRD 추적, 다암종 조기진단, 표적치료제 내성 변이 감시 등에서 기존 UMI 기반 NGS의 한계를 극복하며, CRISPR 혁신을 통한 액체생검의 새로운 패러다임을 제시합니다.

헌팅틴(Huntingtin, HTT)은 헌팅턴병 원인 단백질로, 기존에는 주로 미세소관 기반 소포 수송을 매개하는 스캐폴드 단백질로 알려져 ... 헌팅틴(Huntingtin, HTT)은 헌팅턴병 원인 단백질로, 기존에는 주로 미세소관 기반 소포 수송을 매개하는 스캐폴드 단백질로 알려져 왔다. 본 연구는 HTT가 액틴 세포골격과도 직접 상호작용함을 규명하였다. Cryo-ET 및 Subtomogram averaging 분석을 통해 HTT의 N-HEAT와 Bridge 도메인이 F-액틴을 감싸고, C-HEAT는 구조적으로 유연해지는 역동성을 보였다. 또한 HTT는 N-HEAT 매개 이량체화를 통해 약 20 nm 간격으로 평행 액틴 필라멘트를 가교하여 다발 구조를 형성하였다. 이 기능이 결손되면 성장원뿔 형태 이상과 신경 발달 장애가 발생함을 확인하였다. 본 연구는 HTT의 새로운 액틴 조절 기능을 제시하며 헌팅턴병 병태생리에 대한 이해를 확장한다.

세포 간 물질 교환을 매개하는 세포간 나노튜브 네트워크가 뉴런 사이에도 존재하는지는 아직 충분히 규명되지 않았습니다. 본 연구에... 세포 간 물질 교환을 매개하는 세포간 나노튜브 네트워크가 뉴런 사이에도 존재하는지는 아직 충분히 규명되지 않았습니다. 본 연구에서는 쥐 대뇌피질에서 수상돌기 필로포디아가 인접한 수상돌기와 직접 연결되어 수상돌기 간 나노튜브(dendritic nanotube; DNT)를 형성하는 것을 확인하였습니다. 분리 배양된 뉴런에서의 초고해상도 현미경 분석을 통해 DNT가 액틴이 풍부한 역동적 구조이며 장거리 칼슘 전달을 가능하게 함을 밝혔으며, 영상 분석 및 기계학습 기반 분석을 통해 생체 내 DNT가 시냅스 가시돌기와 해부학적으로 명확히 구별됨을 검증하였습니다. 또한, DNT는 베타-아밀로이드를 비롯한 작은 분자들의 수송 통로로 기능했습니다. 알츠하이머 질환 모델 쥐의 전전두피질에서 아밀로이드 플라크 형성 이전에 DNT 밀도가 증가함을 관찰하였는데, 이는 수상돌기-DNT 네트워크가 알츠하이머병 병리에 기여할 가능성을 제시합니다. 나아가, 컴퓨터 모델링을 통해 DNT를 매개로 한 베타-아밀로이드의 전파가 특정 뉴런 내 축적을 가속화하는 것을 예측, 재현했습니다. 이는 기존의 시냅스 기반 소통 이외에, 뇌 내에 나노튜브를 통한 새로운 세포 연결망이 존재함을 시사합니다.

Image Scanning Microscopy (ISM)는 회절 한계를 넘어서는 해상도와 광학 단면(optical sectioning) 능력을 동시에 제공하는 유망한 ... Image Scanning Microscopy (ISM)는 회절 한계를 넘어서는 해상도와 광학 단면(optical sectioning) 능력을 동시에 제공하는 유망한 이미징 기술이다. 이론적으로 ISM은 픽셀 재배치 (pixel reassignment)와 디콘볼루션 과정을 통해 광학 해상도를 최대 2배 향상시킬 수 있다. 다중 초점을 이용한 조명 및 주사는 구현이 간단하여 ISM 시스템에서 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 DMD나 SLM등 고가의 장비가다중 초점 배열 생성을 위해 사용되지만, 이들은 비용, 개구수 (NA), 초점 간격 (pitch), 균일도 등의 측면에서 제약이 존재한다. 특히 고NA 조건에서 고밀도이면서도 균일한 초점 배열을 구현하는 데 어려움이 따른다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 우리는 위상합성과 랜덤 다중화의 두 가지 기존 접근법을 결합한 새로운 다중 초점 메타렌즈 설계 전략인 하이브리드 다중화 (hybrid multiplexing) 방식을 제안하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 본 방법이 기존 방법보다 더 균일하고 조밀한 다중 초점 배열을 생성함을 확인하였다. 파장 488 nm에서 작동하는 1600 개의 초점 배열을 생성하는 다중 초점 메타렌즈를 제작하였다. 이를 바탕으로 다중초점 메타렌즈 기반 영상주사현미경(MMISM) 시스템을 구축하여, 마이크로비드 샘플 및 전뇌 오가노이드 단면 이미징 실험을 수행하였다. 실험 결과, MMISM은 회절 한계를 넘어선 세부 구조를 성공적으로 구분하였으며, 기존 광시야 영상에 비해 뉴런의 미세 구조가 더욱 뚜렷하게 관찰되었다. 이러한 결과는 제안한 설계 전략이 다기능 광학소자 제작 및 기존 광학 부품의 대체 기술로 폭넓게 응용될 수 있음을 보여준다.

본 연구에서는 면역조절 핵산(oligonucleotide)의 효능이 세포 내 전달 효율뿐 아니라, 전달 후의 방출 속도에 의해서도 결정된다는 ... 본 연구에서는 면역조절 핵산(oligonucleotide)의 효능이 세포 내 전달 효율뿐 아니라, 전달 후의 방출 속도에 의해서도 결정된다는 점에 주목하였다. 일반적으로 CpG와 같은 TLR9 작용제는 소수성 앵커(예: 콜레스테롤) 결합을 통해 세포 내 흡수가 향상되지만, 과도한 막 결합은 오히려 엔도좀 내 수용체 접근을 방해하여 면역 활성화를 저해한다. 이에 본 연구는 뉴클레아제 절단형(nuclease-cleavable) 소수성 앵커를 설계하여, 초기에는 높은 세포 유입을 유지하면서도 세포 내에서 점진적으로 절단되어 핵산을 방출하도록 하였다. 이러한 가역적 결합 구조는 세포 내 위치와 시간에 따른 핵산의 방출을 정밀하게 조절함으로써, 기존 비가역적 앵커보다 면역 활성화, 사이토카인 발현, 항종양 효과를 모두 향상시켰다. 본 연구는 핵산 약물의 전달과 작용 간 불일치(paradox)를 해결하며, 차세대 면역치료용 올리고뉴클레오타이드 설계에 새로운 패러다임을 제시한다.

본 연구에서는 2차원 MXene 나노소재와 항균제 답토마이신 (Daptomycin)을 반응표면분석법 (Response surface methodology)으로 최적... 본 연구에서는 2차원 MXene 나노소재와 항균제 답토마이신 (Daptomycin)을 반응표면분석법 (Response surface methodology)으로 최적화된 펩타이드 복합체에 결합하여, 생체반응성 다기능성 하이브리드 하이드로겔(MultiBioGel)을 개발하였다. MultiBioGel은 MXene의 광열효과, 항균효과 및 ROS 제거 기능과 답토마이신 항생제의 항균 효과를 통해 감염성 당뇨병 상처에 우수한 효과를 나타내었다. 이를 통해 감염된 당뇨성 상처 치료를 위한 효과적인 치료 플랫폼으로서의 가능성을 제시하였다.

유전체 편집은 cis-regulatory elements의 서열-기능 분석을 가능하게 하지만, 기존의 long-read sequencing 기반 방법으로는 단일 염... 유전체 편집은 cis-regulatory elements의 서열-기능 분석을 가능하게 하지만, 기존의 long-read sequencing 기반 방법으로는 단일 염색질 가닥에서 유전체 변형과 chromatin accessibility를 직접 연결하기 어려웠다. 이에 우리는 이중가닥 DNA cytidine deaminase를 활용해 표적화된 PCR과 long-read sequencing으로 특정 위치의 chromatin accessibility를 정밀하게 측정하는 TDAC-seq을 개발하였다. TDAC-seq은 CRISPR 편집과 결합하여 동일한 염색질 가닥에서 단일 염기 해상도로 유전적 변이와 chromatin accessibility 변화를 동시에 분석할 수 있다. 이를 통해 우리는 fetal hemoglobin 활성화 과정에서의 chromatin accessibility 변화를 규명했으며, 더 나아가 글로빈과 GFI1B enhancer에 대한 CRISPR mutational scanning과 TDAC-seq을 결합하여 다양한 유전적 변이가 chromatin accessibility에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다.