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- 의학과 김경규 교수, 한국방사광이용자협회 회장 당선
- 의학과 김경규 교수, 한국방사광이용자협회 회장 당선 의학과 김경규 교수가 사단법인 한국방사광이용자협회 제17회 회장으로 당선되었다. 임기는 2024년 1월 1일부터 2년간이다. (사)한국방사광이용자협회는 1989년 8월 발족된 공익법인 단체로 방사광(放射光) 관련 학문과 기술의 발전을 도모하고 국내 방사광 이용자의 저변을 확대하며 회원들의 교류 촉진 및 연구활성화를 위해 설립되었다. 현재 2천여명의 정회원이 있으며 매년 방사광 이용자 연구발표회, 국제심포지움, 방사광이용 튜토리얼 등 활발한 활동을 이어가고 있다. 또한 2028년 가동을 목표로 건설 중인 오창 다목적방사광가속기 건설 관련, 연구자들의 요구사항을 반영하기 위해 워크숍과 설명회 등을 개최하고 있다. 김 교수는 서울대학교 화학과에서 학사, 석사, 박사 학위를 받았으며 미국 UC Berkeley 화학과 및 로렌스버클리국립연구소에서 박사후연구원을 수행한 바 있다. 그는 방사광을 이용한 생체고분자의 삼차원 구조를 규명하는 X선 결정학 분야의 전문가로 평가받으며 특히 핵산의 삼차원 구조연구분야에서 국제적인 연구를 리드하고 있다. 김경규 교수는 "1994년 포항가속기가 준공된 지 40년이 되는 뜻 깊은 해에 협회장이라는 중책을 맡게 되었다”라며 “지난 40년간 가속기는 바이오 물리 화학 재료 등 기초 및 응용과학의 연구인프라로서 한국의 과학발전에 가장 큰 기여를 한 거대과학시설이고, 따라서 앞으로도 더욱 많은 연구자들이 효율적으로 시설을 사용하여 세계최고의 연구를 수행할 수 있도록 협회가 최선을 다해 가속기 이용자들을 도울 것이다”라고 말했다. 아울러 “오창에 건설중인 다목적방사광가속기가 세계최고의 방사광 시설로 건설되어 이를 통해 최첨단연구가 이루어질 수 있도록 협회의 역량을 총 동원하여 다목적방사광가속기 구축사업을 지원하겠다"고 말했다.
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- 작성일 2024-01-16
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- 가뭄 대응 식물의 생존 비밀인 채널의 활성화 과정 규명
- 가뭄 대응 식물의 생존 비밀인 채널의 활성화 과정 규명 SLAC1 음이온 채널의 활성화 상태 구조를 최초로 규명 식물의 기후 변화 적응, 스트레스 저항성 향상 등 다양한 응용 연구에 활용 기대 생명과학과 이상호 교수 · 이영목 연구원 생명과학과 이상호 교수 연구팀(제1저자 이영목)은 식물이 환경적 스트레스에 어떻게 반응하며 생존하는지에 대한 중요한 퍼즐 조각을 발견하였다. 이들은 초저온 전자현미경법(cryo-EM)을 통해 식물의 기공 조절에 있어 핵심적인 SLAC1 음이온 채널의 구조 기반 활성화 기전을 규명하였다. 해당 연구는 한국뇌연구원, 한국기초과학지원연구원 및 농촌진흥청 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다. 식물의 잎 표면에는 광합성을 위해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 기공이라는 미세한 구멍이 존재한다. 기공은 가뭄에서는 심각한 수분 유출을 초래하며, 병원균의 침입 통로로 활용되는 문제점을 지닌다. 식물은 이를 보완하기 위해 가뭄과 병원체, 이산화탄소, 오존 등 다양한 환경 요소에 반응하여 기공을 닫는 SLAC1 음이온 채널을 진화시켜 왔다. 그러나 기후 변화로 인한 온도와 이산화탄소의 급격한 증가로 식물의 정교한 기공 조절 과정이 교란되고 있다는 보고가 잇따르고 있다. 이러한 중요성에 힘입어 SLAC1이 어떻게 스트레스에 반응하여 활성화되는지 지난 십여 년 간 다양한 선행연구가 진행되었으나 채널 활성화에 대한 상반된 두 가설이 대립하고 있었다. 이에 연구진은 cryo-EM을 통해 SLAC1의 활성화 및 비활성화 상태의 분자 구조를 규명하고, 두 선행 가설을 모두 수용하는 새로운 활성화 기전을 제시하였다. 이번 연구로 인산화에 의한 SLAC1의 억제 이완-결합 활성화라는 두 단계로 이어지는 활성화 과정이 밝혀졌다. 이상호 교수는 “이번 연구를 통해 식물이 스트레스를 감지하여 기공을 조절하는 과정의 비밀이 마침내 밝혀졌다”며 “이를 토대로 기공 조절을 통한 식물의 기후 변화 적응, 스트레스 저항성 향상 등 다양한 응용 가능성이 열릴 것”이라고 밝혔다. 또한 “최근 교내에 도입된 최첨단 기기인 cryo-EM을 이용한 연구 사례를 보여주어 앞으로 해당 장비를 이용한 우수한 연구 성과 도출에 대한 기대감을 높여 주고 있다”고 밝혔다. 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 17.694)’에 11월 14일 온라인 게재되었다. ※ 논문명: Cryo-EM structures of the plant anion channel SLAC1 from Arabidopsis thaliana suggest a combined activation model ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43193-3 ※ 저자: 이영목 (제1저자, 석박통합과정), 정서연 (석박통합과정), Chi Truc Han Le (석사), 이상호 (교신저자, 성균관대학교 생명과학과 교수) 그림 1. SLAC1 음이온 채널의 비활성화 및 활성화 상태 구조 그림 2. SLAC1 음이온 채널의 복합 활성화 기작
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- 작성일 2023-12-28
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- 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수, 영국 왕립화학회 펠로우 선정
- 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수, 영국 왕립화학회 펠로우 선정 영국 왕립화학회(RSC)는 지난 10일 2023/2024년도 펠로우로 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수를 선임했다고 발표했다. 영국 왕립화학회는 1841년 설립되어 매년 전 세계 자연과학 및 공학 분야에서 탁월한 성과를 거둔 학자를 수개월 이상의 엄격한 심사과정을 거쳐 펠로우로 선발한다. 영국 왕립화학회는 세계적 석학 5만여 명이 회원으로 활동하는 최고의 고등연구 기관으로, 1841년 설립된 이래 화학 및 화학공학 분야 국제적 학술지인 「나노스케일(Nanoscale)」, 「케미칼 사이언스(Chemical Science」, 「케미칼 커뮤니케이션스(Chemical Communications)」, 「에너지 & 환경 과학(Energy & Environmental Science)」등을 발간하고 있다. 아울러, 그간 마이클 패러데이, 찰스 다윈, 어니스트 러더퍼드, 스리니바사 라마누잔, 알버트 아인슈타인, 폴 디랙, 원스턴 처칠, 수브라마니안 찬드라세카르, 도로시 호지킨 등 세계적 석학들을 펠로우로 선정하였다. 엄숭호 교수는 그간 핵산 구조학, 세포 외 단백질 발현, 고성능 진단기술 연구 분야에서 창의적인 연구를 수행하며 다양한 국제 SCI 학술지에 150편 이상의 논문과 60건의 특허등록을 발표했다. 특히, 구조 분자 생물학과 응용 분야에서 우수한 연구성과를 통해 「보건복지부 장관상(2020년)」, 미국 물리학회에서 수여하는「Milton Van Dyke 상(2015년)」, 한국생물공학회가 수여하는 「젊은 과학자상(2013년)」을 수상하는 등 국내·외에서 학문적 역량을 인정받고 있다. 한편 엄 교수는 일반인들이 과학과 공학에 흥미를 불러일으키고자 2019년 4월에는 「제4의 언어: 내부의 속삭임(사람의 무늬)」저서를 집필하여 출간하고 같은 해 8월에는 「인투 더 쿨: 에너지 흐름, 열역학 그리고 생명(성균관대학교 출판부)」의 번역서를 출간하였다. 또한, 2023년 3월에 「유전자 군상(群像)의 뫼비우스」 소설로 국내외 권위 있는 제14회 김우종 문학상 및 창작산맥 신인문학상 수상자로 선정되기도 하였다. 엄숭호 교수는 2019년 12월에 ㈜ Progeneer를 스핀오프 창업하고 기술총괄 이사 (CTO)로 참여하여 질환 전주기 고성능 진단키트와 개인맞춤형 신 항체 단백질 의약품의 상업화를 추진하고 있다.
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- 작성일 2023-12-28
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- 방석호 교수 공동연구팀, 지속적인 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치 개발
- 방석호 교수 공동연구팀, 지속적인 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치 개발 - 기존 드레싱에 접목하여 안정적인 전기장 인가와 효과적 흉터 억제 효과 확인 ▲ (왼쪽부터) 성균관대 방석호 교수(교신저자), 경희대 최동휘 교수(교신저자), 성균관대 김성원 박사(공동1저자), 경희대 조수민 박사과정생(공동1저자) 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀이 경희대학교 기계공학과 최동휘 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 지속적인 직류 전기장 방출이 가능한 흉터 억제 패치를 개발하였다. 상처가 나면 우리 몸은 상처 회복 과정을 통해 새로운 피부로 대체한다. 이 회복 과정에서 흉터의 발생은 피부 상처 재생에 있어 필연적이다. 흉터 조직은 정상 피부 조직 대비 미관상으로 좋지 않을뿐더러 피부 탄력성이 떨어지고 각종 피부 소기관이 부재하여 기존 피부 역할을 완전하게 대체하는 데는 한계가 있다. 전통적인 상처 치료 방법은 드레싱 등의 제재를 이용하여 상처를 외부 감염원 등과 차단하는 등 상처의 보호를 주목적으로 한다. 이에 반해, 진보된 상처치료는 상처 보호와 더불어 치유 촉진 등에 목적을 가지고 있다. 기계적 자극(음압), 빛 등 외부 자극을 인가하는 진보된 상처치료 드레싱 중에서 상처치료에 대한 전기장 인가는 웨어러블 디바이스의 발달과 함께 스마트 헬스 케어의 방법으로 주목받고 있다. 전기장 인가는 상처 초기 회복단계에서 전기자극을 통해 각종 피부 세포들을 상처부위로 포집시킴으로써 피부의 재상피화를 촉진한다. 또한 재상피화 이후의 상처 리모델링 단계에서의 콜라겐의 비정상적 형성을 억제하는 것으로 알려져 흉터 치료에서도 효과적인 치료원으로 주목받고 있다. 이 때문에 신체에 부착해 안정적이고 지속적으로 전기장을 인가해 줄 수 있는 전기장 인가 웨어러블 디바이스 개발의 필요성이 제기되고 있다. 외부 에너지 공급형 디바이스부터 압전 전기장(piezoelectric) 발생형 등 다양한 디바이스 개발이 진행되고 있다. 하지만, 기존 외부 에너지 공급형 방식은 전기장치의 에너지 공급원이 필요하여 휴대에 어려움이 있으며, 지금의 압전/정전 방식의 전기장 인가는 복잡한 제조 공정 및 불규칙적 전기장 인가 등 환자의 접근성과 장치 신뢰성이 떨어지는 한계점을 가지고 있다. 특히 피부는 각종 체액 및 역동적인 환경(굴곡진 피부 등)을 가지고 있어 안정적인 전기장 인가를 더욱 어렵게 한다. 이에 공동연구팀은 주입된 이온화된 전하로부터 생성된 준영구적 전기장을 제공할 수 있는 다층 적층 전기집적(MS-electret) 패치를 개발하였다. 이는 특정 영역에 골고루 전하를 주입할 수 있는 바늘-그리드 전극이 장착된 코로나 충전 시스템을 사용하여 제작되었다. 이 패치는 필름 재질로 상처 크기에 맞게 재단할 수 있으며, 기존 드레싱에 접목할 수 있어 안정적인 전기장 인가를 가능하게 한다는 장점이 있다. 나아가 연구팀은 MS-electret 패치에서 발생하는 직류 전기장이 인간 피부 섬유아세포의 섬유화 활동을 제한하는 것을 확인하였으며, 패치에서 발생한 전기장이 섬유화 활동을 억제시킴으로써 흉터 크기를 감소시키는 것을 확인하였다. 방석호 교수는 “임상 적용이 가능하도록 후속 연구를 통해 실제 응용 가능성을 확인할 예정이다.”라고 설명했다. 연구팀의 이번 연구 결과는 에너지 분야 세계권위지인 인포맷 저널(InfoMat, IF: 22.7)에 게재되었다. ○ 관련 언론보도 - 성균관대·경희대, 흉터 억제하고 크기 줄이는 패치 개발 <헤럴드경제, 2023.12.04.> - 성균관대 방석호 교수 공동연구팀 지속적 전기장 방출 가능한 흉터 억제 패치 개발 <베리타스알파, 2023.12.04.> - 성균관대 방석호 교수 연구팀, 흉터 억제 패치 개발 <대학저널, 2023.12.04.> - 성균관대-경희대 공동연구팀, 흉터 억제 패치 개발 <브릿지경제, 2023.12.04.>
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- 작성일 2023-12-28
- 조회수 3928
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- 생명과학과 이상호 교수 연구팀, 가뭄 대응 식물의 생존 비밀인 채널의 활성화 과정 규명
- 생명과학과 이상호 교수 연구팀, 가뭄 대응 식물의 생존 비밀인 채널의 활성화 과정 규명 - SLAC1 음이온 채널의 활성화 상태 구조 최초 규명 생명과학과 이상호 교수 연구팀(이영목 석박통합과정생)은 식물이 환경적 스트레스에 어떻게 반응하며 생존하는지에 대한 중요한 퍼즐 조각을 발견하였다. 이들은 초저온 전자현미경법(cryo-EM)을 통해 식물의 기공 조절에 있어 핵심적인 SLAC1 음이온 채널의 구조 기반 활성화 기전을 규명하였다. 해당 연구는 한국뇌연구원, 한국기초과학지원연구원 및 농촌진흥청 연구진과의 공동 연구를 통해 이루어졌다. 식물의 잎 표면에는 광합성을 위해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출하는 기공이라는 미세한 구멍이 존재한다. 기공은 가뭄에서는 심각한 수분 유출을 초래하며, 병원균의 침입 통로로 활용되는 문제점을 지닌다. 식물은 이를 보완하기 위해 가뭄과 병원체, 이산화탄소, 오존 등 다양한 환경 요소에 반응하여 기공을 닫는 SLAC1 음이온 채널을 진화시켜 왔다. 그러나 기후 변화로 인한 온도와 이산화탄소의 급격한 증가로 식물의 정교한 기공 조절 과정이 교란되고 있다는 보고가 잇따르고 있다. 이러한 중요성에 힘입어 SLAC1이 어떻게 스트레스에 반응하여 활성화되는지 지난 십여 년 간 다양한 선행연구가 진행되었으나 채널 활성화에 대한 상반된 두 가설이 대립하고 있었다. 이에 연구진은 cryo-EM을 통해 SLAC1의 활성화 및 비활성화 상태의 분자 구조를 규명하고, 두 선행 가설을 모두 수용하는 새로운 활성화 기전을 제시하였다. 이번 연구로 인산화에 의한 SLAC1의 억제 이완-결합 활성화라는 두 단계로 이어지는 활성화 과정이 밝혀졌다. 이상호 교수는 “이번 연구를 통해 식물이 스트레스를 감지하여 기공을 조절하는 과정의 비밀이 마침내 밝혀졌다”며 “이를 토대로 기공 조절을 통한 식물의 기후 변화 적응, 스트레스 저항성 향상 등 다양한 응용 가능성이 열릴 것”이라고 밝혔다. 또한 “최근 교내에 도입된 최첨단 기기인 cryo-EM을 이용한 연구 사례를 보여주어 앞으로 해당 장비를 이용한 우수한 연구 성과 도출에 대한 기대감을 높여 주고 있다”고 밝혔다. 본 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원, 바이오·의료기술개발, 선도연구센터사업과 농촌진흥청의 차세대바이오그린21사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구팀의 이번 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF: 17.694)에 지난 11월 14일 게재되었다.
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- 작성일 2023-12-01
- 조회수 436
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- 신미경-손동희 공동연구팀, 피부 위에 바로 프린팅 가능한 하이드로젤 센서 개발
- 신미경-손동희 공동연구팀, 피부 위에 바로 프린팅 가능한 하이드로젤 센서 개발 - 어드밴스드 머티리얼즈 9월 28일 논문 게재 - 차세대 전자피부 및 웨어러블 인간-기계-가상현실 인터페이스 분야 혁신 기대 ▲ (왼쪽부터) 신미경 교수, 손동희 교수, 김수민 석박통합과정생, 장재표 석박통합과정생 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 연구팀(김수민 석박통합과정생)은 전자전기공학부 손동희 교수 연구팀(장재표 석박통합과정생)과의 공동연구를 통해 피부에 바로 프린팅 가능한 하이드로젤 센서를 개발하였고, 이를 기반으로 인체의 움직임을 감지해내 로봇 및 가상현실상의 아바타를 조종하였다. 착용 시 이물감을 최소화 하며 인체의 움직임을 모니터링 하기 위해 부드러운 기계적 물성을 갖는 전도성 하이드로젤을 이용한 다양한 형태의 변형 센서들이 개발되어왔다. 그러나, 하이드로젤에 전도성을 부여하기 위해 섞는 금속 물질이나, 탄소물질 및 전도성 고분자와 같은 경우, 생체 친화도가 낮기 때문에 장시간 사용 시 피부 염증이나 간지러움을 유발할 수 있다. 뿐만 아니라, 대부분의 전도성 물질은 조직접착력이 낮기 때문에 웨어러블 센서로서 피부 위에 밀착시키기 어려우며, 이로 인해 인체의 정교한 움직임을 모니터링 하기 위한 개선 전략이 필요하다. 이에 연구진은 바질 씨앗의 구조를 모사하여, 조직 접착성 및 전도성을 모두 갖는 마이크로 크기의 하이드로젤을 개발하였다. 바질 씨앗의 구조는 중심부에 씨앗이 있고 천연고분자 하이드로젤로 구성된 껍데기를 가지고 있다. 해당 하이드로젤 껍데기가 씨앗끼리 응집력을 높이는 역할을 하며, 다량의 수분을 머금을 수 있다. 본 연구팀은 이러한 구조를 모사하여, 중심부에 히알루론산 하이드로젤을, 껍데기에 조직접착성을 갖는 폴리카테콜아민을 도입하여, 자가 도핑이 가능한 전도성 마이크로 하이드로젤을 개발하였다. 해당 하이드로젤은 높은 응집력 및 조직접착력을 갖고 있어 피부 위 3D 프린팅이 가능하고, 폴리카테콜아민 껍데기는 수분환경에서 자가 도핑을 통해 이온전도성을 나타내었다(그림 1). 이러한 특성들을 기반으로 인체의 움직임을 감지할 수 있는 변형 센서로서 사용가능함을 확인하였다. [그림 1] 변형에 민감하게 반응하는 조직 접착성, 전도성을 모두 보유한 주사용 하이드로젤 마이크로 입자 개발 연구팀은 하이드로젤의 기계적 물성과 조직과의 접착을 더욱 강화하기 위해서 도파민 또는 노르에피네프린과 같은 카테콜아민 물질의 고분자화 코팅을 통한 조직 접착성 쉘을 도입하였다. 하이드로젤 입자 표면의 카테콜아민 코팅 층은 다중 수소 결합 및 pi-pi 적층과 같은 비공유 결합을 통한 가역적인 입자 대 입자 상호 작용을 가능하게 하여 기계적 특성 및 조직 접착력을 모두 증가시켰다(그림 2). 코팅된 하이드로젤 입자는 좁은 바늘을 통과할 수 있는 우수한 주사가능성을 보였고, 박리 없이 피부 조직위에 별 모양 및 곡선 구조와 같은 다용도 패턴으로 직접 인쇄될 수 있다. 또한 카테콜아민이 코팅된 하이드로젤은 코팅되기 전 상태와 유사한 자가 치유 특성을 유지하여 접착 코팅층을 가진 입자가 입자 간 가역적 상호 작용을 통해 결합 및 분리될 수 있음을 확인하였다(그림 2). [그림 2] 폴리카테콜아민 코팅층이 형성된 하이드로젤 입자의 저장계수 및 조직접착력 향상(위)과 피부 조직 위 프린팅 여부, 자가 치유 특성 검증(아래) 폴리카테콜아민이 코팅된 하이드로젤 입자 구조체는 입자간의 비공유 결합에 의해 응집력이 증가할 수 있는데, 본 연구에서는 폴리도파민에 비해 하나의 추가적인 하이드록실기를 갖는 폴리노르에피네프린이 수중환경에서 더 강한 응집력을 보이는 것을 확인하였다. 또한 두꺼운 코팅층은 하이드로젤 표면의 거칠기를 증가시켜 응집력이 다소 약해지는 것을 확인하였다(그림 3). [그림 3] 수중 환경에서의 향상된 하이드로젤 입자 사이의 응집력 및 접착력 특히, 본 연구에서는 하이드로젤의 코팅제로서 폴리카테콜아민이 자가 도핑 된다는 것을 발견하였고, 이는 히알루론산 하이드로젤을 웨어러블 센서로서 사용할 수 있게 하는 핵심 성능이다. 또한, 얇은 두께의 코팅층이 더 높은 전도성을 보였으며, 세포 생존율과 통기성을 평가에서 생물학적 안전성이 우수함을 확인하였다(그림 4). 본 연구에서 개발된 폴리노르에피네프린이 코팅된 하이드로젤 마이크로 입자를 피부에 직접 프린팅하여 인간-기계 인터페이스에 성공적으로 적용할 수 있었다. 하이드로젤 입자의 변형 감지 능력은 500번 이상 반복되는 변형에도 유지되었다. 또한, 피부 위에 직접 인쇄 가능한 하이드로젤 센서는 손가락의 움직임에 의한 변형을 감지할 수 있고 맥박으로 인한 피부의 미세한 변형도 측정하였으며, 인간-로봇 상호작용에 적용하여 착용자의 움직임을 감지해 로봇 팔을 제어하는 데 성공하였다(그림 5). 궁극적으로 해당 하이드로젤 센서는 인간-가상현실 상호작용에 적용하여 사용자의 움직임을 가상 세계의 아바타가 모방할 수 있도록 하는데 이용가능하였다(그림 6). 사용자와 적용 부위에 따라 다양한 디자인으로 직접 인쇄 가능하고 전도성과 조직접착성을 가져 인간-기계 상호작용 분야에 적용 될 수 있을 것으로 기대된다. 기존의 전도성 하이드로젤을 이용한 변형센서는 피부에 부착하기 위한 추가적인 접착제가 필요하거나, 제한된 형태로 이용해야 하는 등의 어려움이 있었다. 하지만 본 연구에서 개발된 조직 접착성 코팅제의 자가도핑기반 전도성 하이드로젤 입자는 피부에 바로 밀착되게 프린팅 될 뿐 아니라 안정적으로 인체의 움직임을 감지할 수 있어, 새로운 형태의 웨어러블 센서를 위한 바이오 신소재 제작 방식을 제시할 뿐 아니라, 관련 응용 분야 확대를 위한 디딤돌이 될 것으로 기대된다. 신미경 교수는 “본 연구는 기존에 조직공학 분야에서만 다수 이용되었던 하이드로젤 마이크로 입자의 낮은 응집력에 대한 한계를 극복하여, 우수한 조직접착력, 이온전도성을 갖는 바이오 신소재를 개발했다는 점에 그 의의가 있으며, 이후, 체내 조직 인터페이싱 등 바이오 전자 및 의료기술 분야에서도 활용 가능할 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다. 손동희 교수는 “본 연구에서 개발된 조직 접착성 및 전도성 하이드로젤 입자는 다양한 인체 부위에 즉각적으로 프린팅이 가능하여, 차세대 웨어러블 및 임플랜터블 전자약 소재로서의 활용 가능성이 높다”고 말했다. 연구팀의 이번 연구결과는 재료과학(Material science) 분야 최상위급 국제 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials, IF: 29.4, JCR 2.2%)에 9월 28일자 온라인 게재되었다. 본 연구는 과학기술정보통신부‧보건복지부 범부처 재생의료기술개발사업(23B0102L1), 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구사업(No. 2020R1C1C1005567, RS-2023-00208262), 기초과학연구원(IBS-R015-D1), 과학기술정보통신부‧한국연구재단 전자약 기술개발사업(No. 2022M3E5E9018583)의 지원을 받아 수행되었다. ※ 논문명: Injection-on-skin granular adhesive for interactive human-machine interface ※ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202307070
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- 작성일 2023-11-03
- 조회수 538
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- 폐암환자들에서 코로나19 바이러스 감염이 폐암 진행에 미치는 메커니즘 제시
- 폐암환자들에서 코로나19 바이러스 감염이 폐암 진행에 미치는 메커니즘 제시 SARS-CoV-2 바이러스가 폐암세포에서 발현하는 톨라이트 수용체 2 (Toll-Like Receptor 2)를 통하여 염증 및 암 발달을 조절할 수 있음을 처음으로 제시 의학과 이기영 교수 · 김미정 연구원 폐암 발병 및 진행은 유전적 변이 및 외부 다양한 인자들에 의해 유도된다. 최근 코로나바이러스 2 (SARS-CoV-2)은 세계적으로 코로나바이러스 대유행을 야기하였으며, 이에 따라 기저질환이 있는 환자들에 SARS-CoV-2 바이러스 감염은 심각한 결과를 야기할 수 있음이 보고되고 있다. 하지만, 이들에 관한 과학적 원인 규명은 아직 미흡하다. 특히 SARS-CoV-2 바이러스 감염은 호흡기를 통한 감염이 주를 이루고 있기 때문에 폐암환자들에 있어서 SARS-CoV-2 바이러스 감염은 심각한 암질환 악화를 유도할 수 있음이 임상적으로 제기되고 있다. 본 연구팀은 폐암 환자 유래의 암 조직 및 정상 조직에서 얻은 유전자 데이터를 활용하여 폐암 환자들에 있어서 SARS-CoV-2 바이러스 감염이 폐암 발달에 미치는 분자-세포 기능을 규명하였다. 본 연구 결과, SARS-CoV-2 바이러스가 폐암세포에서 발현하는 톨라이트 수용체 2 (Toll-Like Receptor 2)를 통하여 염증 및 암발달을 조절할 수 있음을 처음으로 제시하게 되었다. (그림1) SARS-CoV-2 바이러스는 세포에서 발현하는 바이러스 수용체인 Angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) 및 Transmembrane protease serine subtype 2 (TMPRSS2)에 의해 감염됨이 보고 되었다. 또한 선천 면역 반응 (Innate Immune Response)을 조절하는 선천 면역 수용체 (Innate Immune Receptor)인 톨라이크 수용체들과 결합할 수 있음이 보고 되었다. 폐암에 있어서 톨라이크 수용체들은 암발달 (Cancer Progression)을 조절하는 중요한 인자로 제시되고 있으며, 이는 폐암-SARS-CoV-2 바이러스-톨라이크 수용체 간 연관성을 추정할 수 있었다. 이에 관한 과학적 연관성을 검증하고자 폐암 환자 유전자 데이터를 활용하여 SARS-CoV-2 바이러스 수용체와 톨라이트 수용체의 발현에 따른 암발달 조절 유전자를 분석하였으며, 이들에 관한 기능적 규명을 위하여 유전자 교정 기법 (CRISPR/Cas9 gene editing method)을 활용하였으며, 그 결과 폐암세포에서 SARS-CoV-2 바이러스 감염은 톨라이트 수용체 2를 통하여 암세포 발달을 조절될 수 있음을 제시하게 되었다. 본 연구는 제1저자로 김미정 박사 (성균관대학교 의과대학 BK21 FOUR 신진연구자)/ 김지영 (성균관대학교 의과대학 석박통합과정)/ 신지혜 (성균관대학교 의과대학 석박통합과정) 학생이 연구에 기여하였다. 연구결과는 암 중개 의학 분야 저명 국제 학술지인 Cancer Communication 2023 Sep 13 (IF: 16.2)에 게재되었다. 본 연구는 중견연구자지원 사업 및 기초 연구실 사업을 통하여 수행되었다. 논문명: The SARS-CoV-2 spike protein induces lung cancer migration and invasion in a TLR2-dependent manner. Cancer Commun (Lond). 2023 Sep 13. doi: 10.1002/cac2.12485) 저자: 김미정 (제1저자, 성균관대학교 의과대학 BK21 FOUR 신진연구자), 김지영 (석박통합과정), 신지혜 (석박통합과정), 이기영 (교신저자, 성균관대학교 의과대학 교수). 그림 1: SARS-CoV-2 바이러스가 폐암세포에서 발현하는 톨라이트 수용체 2 (Toll-Like Receptor 2)를 통하여 암발달 조절 기능
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- 작성일 2023-10-13
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- 심혈관계 질환 진단 및 치료를 위한 바이오 전자 스티커 기술 개발
- 심혈관계 질환 진단 및 치료를 위한 바이오 전자 스티커 기술 개발 - 네이처 일렉트로닉스에 9월 2일(토) 논문 게재 - 부드럽고 응력 완화 특성이 뛰어난 혁신적 심장 전자 스티커 패치 개발 ▲ (왼쪽부터) 손동희 교수(교신저자), 신미경 교수(교신저자), 최희원 박사과정생(제1저자), 김예원 박사과정생(제1저자), 김수민 박사과정생(제1저자) 전자전기공학부 손동희 교수와 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 공동연구팀은 추가적인 봉합술이 필요없는 부드러운 신축성 심장 접착 전자 패치 기술을 개발하였고, 이를 기반으로 움직이는 동물로부터 장기간 안정적으로 심전도(ECG)를 계측해내 심혈관계 질환을 진단함과 동시에 전기자극으로 치료했다. 심장의 반복적인 수축-이완 운동에도 안정적으로 구동할 수 있는 체내 이식형 전자소자를 만들기 위해 신축성이 우수하고, 부드러운 기계적 특성을 갖는 고분자 소재를 이용한 다양한 전자소자들이 개발되어왔다. 그러나, 신축성과 전도성을 동시에 지니기 위해 고체 상태의 전도성 첨가제를 넣은 고분자 복합소재(composite)는 고분자 본연의 기계적 특성을 잃어버리고 딱딱하게 변성되어, 굴곡지고 부드러운 심장 조직 표면을 압박 없이 감싸기에 어려움이 있다. 이에 따라 장기간 안정적으로 심전도를 기록하는 데에 한계가 있었다. 그뿐만 아니라, 반복적인 심장의 움직임에도 소자를 고정하기 위해 바느질에 기반한 봉합술이 필수적이다. 이에 연구팀은 부드러우면서도 신축성을 갖는 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판층, 뛰어난 심장 접착성을 가지는 하이드로젤층, 내구성이 뛰어난 액체 금속 필러-자가치유 고분자 복합체 전극층으로 구성된 심장 전자 패치를 개발하였다(그림 1). [그림1] 심장조직에 손상을 주지 않으면서 장기간 안정적으로 부착되어 구동 가능한 심장 패치 기술 해당 심장 접착 전자 패치는 반복적인 심장 박동 상황에서도, 바느질을 전혀 하지 않고 심외막에 신속하고 안정적으로 부착이 가능했다. 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판층과 조직 접착성 하이드로젤층의 3차원 결합 구조를 통해 접착성능을 향상했으며, 고분자층의 응력 완화 효과와 더불어 반복된 심장박동에도 접착성능을 유지할 수 있었다. 또한, 패치의 빠르고 균일한 접착능력을 통해 움직이는 심장 표면에서도 패치의 고른 부착이 가능했다(그림 2). [그림2] 네트워크 구조의 자가치유 고분자 기판과 조직 접착 하이드로젤 층의 3차원 구조와 패치의 응력완화 효과를 통한 빠르고 균일한 접착성능 구현 아울러 연구팀은 심근 경색 유발 소동물 모델에서 심근경색 유도 전후의 심장 신호를 획득하고 변화를 관찰하는데 성공하였으며 심근경색 진단이 가능할 정도의 정확한 심장 신호를 획득할 수 있는 패치의 성능을 검증하였다(그림 3). [그림 3] 부드러운 신축성 조직 접착성 심장 패치의 체내 안정성과 부정맥 진단 및 치료 이후 움직이는 동물로부터 한 달 동안 신호의 유실 없이 심전도 계측에 성공했다. 또한, 부정맥 및 급성심근경색을 나타내는 심전도 진단에 성공했으며 전기자극을 통해 효과적으로 심박조율이 가능함을 증명하였다. 이를 통해 해당 패치가 양방향성 심장 패치임을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 개발된 심장 패치를 이용하여 부정맥 유발 소동물 모델에서 심장 신호를 획득하여 부정맥의 단계를 진단하고 전기자극을 통해 치료할 수 있었다(그림 4). [그림 4] 부드러운 신축성 조직 접착성 심장 패치의 체내 안정성과 부정맥 진단 및 치료 또한, 액체 상태를 갖는 금속 입자들의 부드러운 물성을 갖는 전극과 전기방사 방식으로 만든 네트워크 구조 자가치유 고분자 기판층은 심장박동으로 인해 축적된 응력을 완화시킬 수 있는 최적의 솔루션을 제공하였으며 어떠한 조직 손상도 유발하지 않았다. 한편, 본 연구팀은 이러한 양방향성 심장 패치의 우수한 성능이 액체금속 기반 복합체 전극층과 조직접착 하이드로젤 층의 화학적 상호작용으로부터 구현됨을 밝혔다. 기존의 액체 금속 기반 입자들의 표면에 불가피하게 형성되는 산화막은 우수한 전도성을 나타내는데 걸림돌이 되어 왔으나 연구팀이 개발한 패치에서는 접착성 하이드로젤의 작용기와 액체금속 입자의 배위결합에 의해 산화막이 깨질 수 있었으며 이는 안정적인 전기자극 및 신호 계측에 있어 핵심적인 역할을 하고 있었다(그림 5).[그림 5] 부드러운 액체금속 기반 복합체 전극층과 조직접착 하이드로젤의 작용기와의 상호작용을 통해 높은 전기적 안정성 구현 기존의 전자 패치는 심장에 고정이 되지 않아 추가적인 봉합술이 필요하고, 물성이 딱딱하여 반복적인 심장의 움직임에 의해 쉽게 손상되어 오랫동안 사용하기에 어려웠으나 본 연구에서 개발된 심장 접착 전자 패치는 뛰어난 심전도 계측 및 자극성능을 보유하고 있어 새로운 형태의 바이오 전자소자 플랫폼을 제시할 뿐만 아니라 관련 응용 분야 확대를 위한 디딤돌이 될 것으로 기대된다. 손동희 교수는 “본 연구에서 개발된 바이오 전자 스티커 패치 기술은 심혈관계 중증 질환의 정밀 진단 및 치료 효과를 크게 개선할 수 있을 것으로 기대되며 더 나아가 인체 내 다양한 장기에 차세대 전자약으로써 응용될 수 있다”고 말했다. 신미경 교수는 “본 연구는 우리 몸에 혈액을 공급하기 위해 매우 중요한 역할을 하는 심장에 바느질 필요 없이 적용할 수 있는 의료전자소재 및 소자를 구현한 것으로, 인체 조직과 매우 유사한 기계적 물성을 갖도록 구성된 고분자, 액체금속 등의 조합을 통해 얻어낸 것이 의미가 크다. 이는 심장 뿐만 아니라 뇌, 신경, 근육 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 바이오 전자 플랫폼으로 활용 가능할 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다. 연구팀은 심장 패치의 면적과 채널 수를 증가시켜 더욱 세밀한 부위별 심장 신호 획득을 통해 심장질환 치료 약물의 작용 기전을 밝혀내려는 후속 연구를 진행하고 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단 기초연구사업, 기초과학연구원, 과학기술정보통신부‧한국연구재단 전자약기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 전자공학 분야에서 최고의 권위를 갖는 국제 학술지인 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics, IF: 34.3, JCR 0.2%)에 9월 1일(금) 게재되었다. ※ 논문명 : Adhesive bioelectronics for sutureless epicardial interfacing ※ DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-023-01023-w ○ 관련 언론보도 - 성균관대 연구팀, 심혈관계 바이오 전자 스티커 개발 <뉴시스, 2023.09.04.> - 성균관대 손동희 교수 공동연구팀, 심장 전자 스티커 패치 개발 <한국대학신문, 2023.09.04.> - 봉합 없이 심장표면에 붙이면 끝…성균관대, 신축성 전자패치 개발 <디지털타임스, 2023.09.03>
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- 작성일 2023-09-06
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- 방석호 교수 연구팀, 생물학적으로 분해된 미세플라스틱의 위험성 보고
- 방석호 교수 연구팀, 생물학적으로 분해된 미세플라스틱의 위험성 보고 - 생분해된 미세플라스틱의 생물학적 위해성 보고 ▲ (왼쪽부터) 방석호 교수, 엄지인 석사과정생, 경희대 이은열 교수 화학공학/고분자공학부 방석호 교수 연구팀은 미생물로부터 분해된 미세플라스틱의 위험성에 대해 보고했다. 플라스틱 폐기물은 자연 상태에서 생분해되지 못하고 토양 및 해양으로 유입되면 장기간에 걸쳐 광분해 및 풍화작용 등에 의해 5mm 이하 크기의 미세플라스틱 및 초미세 플라스틱으로 부서지게 된다. 미세플라스틱은 수질 정화 시스템으로 처리되지 않기 때문에 생태계 전반에 영구적인 오염을 유발한다. 폐플라스틱은 분리 및 선별 기술의 어려움과 높은 처리비용 등 다양한 문제점 때문에 재활용률이 10%를 채 못 넘기고 있다. 최근 환경에 미치는 영향을 최소화하고 폐플라스틱을 생분해하는 미생물 혹은 단백질/효소들이 발견되면서 폐플라스틱 재활용에 큰바람을 불어오고 있지만, 제한된 대사 능력과 느린 분해 과정 때문에 플라스틱 대부분이 완전히 분해되진 않는다. 따라서 본 연구에서는 글로벌 수요를 충족시키기 위해 기존에 보고되지 않은 생분해된 미세플라스틱의 생물학적 영향력을 조사했다. 방석호 교수 연구팀은 미생물(Rhodococcus Ruber C208)을 이용하여 나노 플라스틱의 생분해를 유도하여 비교한 결과, 분해로 인한 크기 감소뿐만 아니라 화학적 구조 자체가 변형되면서 표면전하가 반전되고 입자 간의 응집도가 올라가는 등 비분해된 나노입자와는 완전히 다른 물리화학적 특성을 가진다는 것을 밝혀냈다.(그림 1). 생분해된 미세플라스틱은 인체에서 가장 먼저 노출되는 피부표피세포에서 기존 입자에 비해 활성산소와 면역반응을 유도하는 것을 밝혀냈고, 이에 따라 세포 독성이 증가하는 결과로 이어졌다고 보고했다.(그림 2). 방석호 교수와 이은열 교수는 “이번 연구는 생분해성 플라스틱의 위해성 연구의 초석”이 될 것이라고 설명했다. 해당 연구 결과는 화학공학분야 세계권위지인 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF: 15.1)에 8월 2일 온라인 게재되었다. ※ 논문 제목: Cytotoxic Effect and Mechanism of Nano-Sized Polystyrene Degraded by Rhodococcus ruber C208 ※ 저널: Chemical Engineering Journal ※ 논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723038251
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- 작성일 2023-09-06
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- 의과대학 정밀의학교실 김근형 교수 연구팀, 신개념 신경근접합부 생체-칩 개발
- 의과대학 정밀의학교실 김근형 교수 연구팀, 신개념 신경근접합부 생체-칩 개발 - 근육 조직과 혈관-스페로이드 동시 제작이 가능한 바이오프린팅 플랫폼 개발 - 바이오프린팅 인공근육 구조체의 혈관, 근육 형성 및 신경근접합부 형성 검증 ▲(왼쪽부터) 의학과 김근형 교수, 김원진 박사후연구원, 김주연 연구원보 근육의 기능 상실과 관련된 질병, 특히 루게릭병, 근무력증, 근육이영양증 등 근신경계 질환은 대부분 신경근접합부(neuromuscular junction, NMJ*)의 기능에 장애를 보인다. 따라서 근신경계 질환 연구를 위한 체외 생체-칩 모델 제작 시 NMJ의 기능과 병리학·생리학적 특성에 대한 이해가 필요하다. * NMJ: 신경세포 말단이 근섬유에 연결되어 근육의 운동을 조절할 수 있는 시냅스 인공근육 제작할 때에는 근육의 복잡한 3차원 구조와 생리학적 특성 모사가 중요하며 이를 위해 바이오프린팅 기술이나 하이드로겔의 자가조립 방법이 주로 활용되고 있지만 이는 세포의 기능과 상호작용, 큰 부피 구조체 제작 등에 한계가 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 의학과 김근형 교수 연구팀은 마이크로-플루이딕, 바이오프린팅 플랫폼을 개발하여 배열된 근육조직에 세포 간 상호작용을 향상할 수 있는 혈관-스페로이드가 포함된 인공근육 구조체를 제작하였다. 연구팀은 인공근육 구조체 바이오프린팅 시 전기장 자극을 가하여 dECM-MA* 바이오잉크에 포함된 세포의 배열을 유도하고, 세포막 이온 채널 등 생물학적 기능을 활성화하였다. 또한, 혈관-스페로이드를 통해 효과적인 혈관 및 근섬유 형성이 가능했다. 연구팀은 NMJ 생체-칩 모델을 통해 제작한 인공근육이 주변 신경세포의 축삭(axon) 유입과 NMJ 형성을 효과적으로 유도할 수 있음을 확인하였다. * dECM-MA: 자외선(UV) 노출로 경화가 가능한 광경화성 탈세포화 세포외기질 연구팀은 또한, GelMA* 및 콜라겐 두 종류 바이오잉크의 유변학적 특성 차이를 이용해 구슬이 바늘에 꿰인 형태인 ‘rosary shaped structure’ 신경-스페로이드가 포함된 인공근육을 제작하였다. 또한, 신경-스페로이드는 높은 생물학적 기능을 바탕으로 신경섬유와 근섬유뿐 아니라 NMJ 형성을 효과적으로 유도하였다. * GelMA: UV 노출을 통해 경화가 가능한 광경화성 젤라틴 김근형 교수는 “새로운 마이크로-플루이딕, 바이오프린팅 플랫폼 개발을 통한 세포-스페로이드가 포함된 인공근육 제작 결과 보여주며, 향상된 세포 간 상호작용을 통해 근섬유 형성과 혈관 및 NMJ 형성을 효과적으로 유도할 수 있는 NMJ 생체-칩 모델을 제시한다. 향후 본 연구에서 제작한 인공근육은 근신경계 질환과 이의 치료에 관한 다양한 연구에 적용가능할 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 이번 연구 결과는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원 바이오산업핵심기술개발사업과 질병관리청 사업의 지원으로 수행되었으며, 응용화학공학 분야 국제 학술지인 Chemical Engineering Journal(IF: 15.1)*과 응용물리학 분야 국제 학술지인 Applied Physics Reviews(IF: 19.5)에 7월 23일과 8월 14일에 각각 게재되었다. * 논문명: Formation of various cell-aggregated structures in the core of hydrogel filament using a microfluidic device and its application as an in vitro neuromuscular junction model (2023. 7. 23.). ** 논문명: Bioprinting 3D muscle tissue supplemented with endothelial-spheroids for neuromuscular junction model (2023. 8. 14.).
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- 작성일 2023-09-06
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