발전기금
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- [연구] 박진성 교수 연구팀, 세계 최초 진동 시스템 기반 휴대용 중금속 검출 센서 개발
- 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀, 세계 최초 진동 시스템 기반 휴대용 중금속 검출 센서 개발 - 현장 환경에서 신속하고 민감하게 독성 중금속 검출 가능성 열어 ▲ (왼쪽부터) 미국 테라사키 연구소 김민우 박사(제1저자), 성균관대 바이오메카트로닉스학과 김치현 학생(제1저자), 박주형 박사(교신저자), 박진성 교수(교신저자), 메타바이오헬스학과 조원준 학생(공동저자) 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀이 세계 최초로 진동 장치를 탑재한 휴대용 전기화학 중금속 검출 시스템을 개발해 극소량의 납(Pb2+)과 카드뮴(Cd2+)을 높은 민감도로 검출하는 데 성공했다. 이번 연구는 환경 독성 물질을 신속하게 현장에서 검출할 수 있는 시스템을 제시한 것으로 논문은 센서 분야 최우수 저널 중 하나인 Sensors and Actuators B-Chemical에 지난 10월 24일 게재되었다. 박진성 교수 연구팀은 차별화된 기술로 기존 탄소 전극 위에 그라파이트-비스무스 나노 판을 배치하고 양성자 전도체 나피온(Nafion) 막을 코팅한 후 진동 장치를 추가해 중금속 이온의 검출 신호를 크게 향상시켰다. 진동을 통해 중금속 이온의 확산이 촉진되어 더욱 많은 이온이 전극 표면에 붙게 되며 그 결과 납 이온은 최대 540%, 카드뮴 이온은 511% 검출 효율이 향상하였다. ▲ [연구그림1] 수계 내 납과 카드뮴 검출을 위해 제작된 진동 장치 장착 휴대용 전기화학 시스템의 개략도 이번 연구에서 사용된 차등펄스 양극벗김전압법(DP-ASV)은 중금속이 붙고 떨어지는 과정에서 발생하는 전류와 전위 곡선을 분석하여 금속 종류와 농도를 구별한다. 이를 통해 실험실 환경에서는 납 이온 0.98nM, 카드뮴 이온 1.65nM, 식수에서는 납 4.49nM 및 카드뮴 14.89nM, 토양에서는 각각 0.94nM 및 7.10nM 농도까지 중금속 이온을 동시 검출하는 데 성공했다. 연구팀은 현장 테스트를 위해 금속 제련소를 기점으로 낙동강 상류와 하류에서 물을 채취하여 센서를 이용한 검출 실험을 진행했다. 실험 결과 카드뮴 이온은 검출되지 않았으며, 납 이온은 상류에서 1.66nM, 하류에서는 18.88nM가 검출되었다. 이는 현장에서 사용되는 중금속 분석 장비 ICP-MS가 보여주는 것과 유사한 결과로 본 시스템이 현장 감지 센서로 활용될 수 있는 가능성을 보여준다. ▲ [연구그림2] 낙동강 상류와 하류에서 물을 채취하여 측정한 결과 및 ICP-MS 데이터와의 비교 그래프 박진성 교수는 “기존 연구에서 개발한 센서는 실제 현장에서 여러 이물질로 인해 정확한 측정이 어려웠지만, 이번에 개발한 센서는 실제 환경에서도 중금속을 신속하고 민감하게 검출할 수 있어 새로운 시스템의 기초 기술이 될 가능성이 크다”며 “향후 환경 모니터링과 공공 보건 분야에 적용되기를 기대한다”고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 창의·도전연구기반지원사업, Post-Doc. 성장형 공동연구사업과 SMC-SKKU 미래융합연구사업의 지원을 받아 수행되었다.
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- 작성일 2024-11-13
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- [연구] 김형구 교수 공동연구팀, 인공지능으로 생명체의 본능적 행동 규명
- 글로벌바이오메디컬공학과 김형구 교수 공동연구팀, 인공지능으로 생명체의 본능적 행동 규명 - 인공지능 기반 모델로 시상하부 신경의 ‘배고픔’과 ‘식욕’ 원리 밝혀내 ▲ (왼쪽부터) 이영희 박사(서울대학교), 윤종원 석사과정(성균관대학교), 김형구 교수(성균관대학교), 최형진 교수(서울대학교), 김규식 박사과정(서울대학교), (가운데)김유빈 박사과정(서울대학교) 글로벌바이오메디컬공학과 김형구 교수 연구팀(공동 제1저자 윤종원 석사과정)과 서울대학교 최형진 교수 연구팀(공동 제1저자 김규식 박사과정, 이영희 박사, 김유빈 박사과정)은 공동연구를 통해 인공지능을 활용하여 인간의 본능적 심리 상태를 이해할 수 있는 새로운 방법을 제시했다. 신경과학이 발전함에 따라 동물의 다양한 행동을 관찰하는 기술이 진전되었으나 이러한 신경 신호가 어떻게 본능적 심리 상태를 형성하는지에 대한 이해는 여전히 미흡하다. 기존 연구는 시상하부의 특정 신경이 본능적 행동과 연관된다고 밝혔으나 구체적인 역할과 메커니즘은 명확히 규명하기 어려웠다. 이번 연구는 인공지능을 이용해 뇌 시상하부 신경의 기능을 정량적으로 분석함으로써 본능적 심리 상태와 행동의 관계를 명확히 규명한 첫 사례로 평가받고 있다. 연구팀은 새로운 항상성 이론과 인공지능 기반 신경 모델을 결합하여 시상하부의 Agouti-related peptide(AgRP) 신경이 ‘배고픔’을, 렙틴 수용체(LH LepR) 신경이 ‘식욕’을 표상함을 밝혔다. 특히, 시상하부 신경의 활동 패턴을 실험적으로 관찰하고 이를 정교하게 분석함으로써 배고픔과 식욕이 특정 신경 집단의 활동 패턴으로 나타나는 과정을 실험적으로 증명했다. 김형구 교수는 도파민의 역할을 구분하기 위해 개발한 컴퓨터 모델링을 사용해 신경 활성화를 구분하는 방법론을 개발했으며, 이를 바탕으로 서울대 최형진 교수 연구팀의 새로운 항상성 이론을 수식적으로 표현하는 데 성공했다. 김형구 교수는 “이번 연구는 인공지능과 신경과학의 융합을 통해 복잡한 신경 회로의 활동을 정량적으로 분석한 첫 사례로, 생명체의 본능적 행동을 수치적으로 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것”이라며 “특히 시상하부 신경의 활동이 어떻게 배고픔과 식욕 같은 본능적 욕구를 조절하는지를 구체적으로 밝힌 점에서 큰 의의가 있다”고 전했다. 서울대 최형진 교수는 “섭섭식 행동 연구 중 시상하부에서 관찰된 신경 반응은 기존 이론으로 설명하기 어려웠다. AgRP 신경은 활성화 시 섭식을 유도하지만, 음식 제공 시 오히려 활성이 감소했고, 반대로 LH LepR 신경은 활성화 시 섭식을 유도하면서도 음식 제공 시 활성이 증가했다”며 “이러한 역설적인 결과를 이해하기 위해 인공지능 모델을 도입했고, 이를 통해 새로운 항상성 이론을 수립할 수 있었다”고 밝혔다. ▲ 인공지능을 활용한 모델링 과정 이번 연구는 섭식 행동을 비롯한 생명체의 생존 필수 행동을 뇌가 어떻게 조절하는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공해 향후 섭식 장애, 비만, 식욕 조절 장애 치료에 새로운 전략을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 인공지능 기술을 신경과학에 접목함으로써 인간의 본능적 행동을 수치화하여 이해할 가능성을 열었으며, 이 접근법은 다른 본능적 행동 및 심리 상태를 규명하는 데에도 유용하게 활용될 전망이다. ▲ 대표 실험 결과. 컴퓨터 모델링을 통해 해당 신경 활성이 어느 심리 요소에 더 가까운지 보여준다. (회색 선: 신경 신호, 빨강 선: 최적의 배고픔 모델, 초록선: 최적의 식욕 모델, 파랑, 주황선: 최적의 대조군 모델) 성균관대 김형구 교수와 서울대 최형진 교수의 공동연구 결과는 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 11월 6일 게재됐다. ※ 논문명: A Normative Framework Dissociates Need and Motivation in Hypothalamic Neurons ※ 저널: Science Advances ※ 논문링크: https://doi.org/10.1126/sciadv.ado1820
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- 작성일 2024-11-13
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- [학생실적] 메타바이오헬스학과 김서영 학생 GC녹십자 연구노트 경진대회 최우수상 수상
- G성균관대와 바이오헬스 분야에 핵심 역량 갖춘 우수 인재 양성 위한 산학협력 프로그램 진행 [보건타임즈] GC녹십자는 지난 22일 성균관대학교(이하 성균관대)에서 ‘연구노트 경진대회’ 시상식을 열고 수상자들에게 장학금을 수여했다고 23일 밝혔다. [사진: 정재욱 GC녹십자 R&D 부문장(왼쪽)과 권대혁 성균관대 생명공학대학장(오른쪽)이 장학금 전달식에서 함께 기념 촬영을 하고 있다.] 이날 시상식에는 권대혁 성균관대 생명공학대학 학장과 정재욱 GC녹십자 R&D 부문장 등 양 기관 관계자들이 참석한 가운데 성균관대 삼성학술정보관에서 진행됐다. 성균관대 차세대 바이오헬스 혁신인재양성사업단 운영위원회 교수진 총 7인이 평가를 맡았으며, 시상식에서 김서영(메타바이오헬스학과) 학생이 최우수상을 수상했다. 이외 5명에게 각각 우수상, 장려상이 돌아갔다. 연구노트는 연구 시작부터 결과물 보고, 발표 또는 지식 재산권 확보 등의 모든 과정과 성과를 기록한 자료를 뜻한다. 연구의 지속성 유지와 연구결과 보호를 위해 쓰이며 논문 발표와 특허 출원 시에는 기초 자료로 활용되기도 한다. 이번 연구노트 경진대회는 GC녹십자가 성균관대와 지난 2023년 8월 인재 양성 및 학술교류를 위한 업무협약을 체결한 후 진행한 프로그램이다. GC녹십자는 산학협력 관계를 기반으로 바이오헬스 분야에서 요구하는 핵심 역량을 갖춘 우수 인재를 발굴하고 글로벌 경쟁력을 강화할 계획이다. 정재욱 GC녹십자 R&D 부문장은 “이번 시상식을 통해 재학생들의 바이오헬스 산업에 대한 높은 관심도를 알 수 있었다”며, “GC녹십자는 앞으로도 연구노트 경진대회를 포함해 바이오헬스 산업 혁신인재 양성을 위한 다양한 프로그램을 지원할 예정”이라고 말했다. 권대혁 성균관대 생명공학대학장은 “GC녹십자와의 산학 협력을 통해 실질적인 연구 성과를 창출하고, 바이오헬스 산업의 핵심인재를 양성할 수 있기를 기대한다”며 “이번 대회를 계기로 양 기관 간 협력이 더욱 강화되기를 바란다.”고 밝혔다.
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- 작성일 2024-11-01
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- [연구] 이원화 교수 연구팀, 호흡기 중증감염의 진단/치료 타겟 단백질 발굴
- 화학과 이원화 교수 연구팀, 호흡기 중증감염의 진단/치료 타겟 단백질 발굴 - 중증 코로나19 환자의 호흡 기능 악화 기전 규명 ▲ (윗줄 왼쪽부터) 성균관대 화학과 이원화 교수, 한국과학기술연구원 김홍남 박사, 한양대학교 생명공학과 박희호 교수 (아랫줄 왼쪽부터) 한국과학기술연구원 김혜림 박사과정, 영남대병원 호흡기내과 안준홍 교수, 서울시립대 생명과학과 김완태 교수 화학과 이원화 교수 연구팀은 한국과학기술연구원, 한양대, 영남대병원, 서울시립대와의 공동연구로 호흡기 중증감염을 악화시키는 TOX* 단백질의 기전을 규명했다. * TOX: Thymocyte selection–associated high-mobility group box, RAGE: Receptor for advanced glycation end-products, ARDS: Acute respiratory distress syndrome 화학과 이원화 교수 연구팀은 코로나 바이러스 감염 이후 중증 질환으로 진행될 때, TOX–RAGE 신호전달 기전이 심각한 혈관 염증과 호흡기 손상을 일으킨다는 것을 동물모델과 3D 혈관 바이오칩을 이용해 밝혔다. 이는 TOX 단백질의 새로운 역할을 규명한 것으로 TOX 단백질은 만성 면역 반응 동안 T 세포 소진에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있었지만, 세포 밖으로의 방출과 리간드로서 기능은 지금까지 보고된 바가 없었다. 연구팀은 SARS-CoV-2 감염으로 방출된 TOX가 세포 표면의 수용체(RAGE)와 결합하여 중증 혈관 염증 반응을 일으키고 광범위한 폐 손상과 호흡 기능 저하를 일으키는 폐 섬유화증과 급성호흡부전 증후군(ARDS)을 유도함을 확인했다. ▲ 호흡기 손상, 폐 섬유화증을 유도하는 TOX-RAGE 신호전달 기전 아울러 연구팀은 혈중 TOX 단백질의 농도가 중증 코로나19 환자의 호흡기 손상 정도와 통계적으로 연관성이 있다고 밝혔다. 이에 감염 잠복기 후 급격하게 중증으로 진행되는 고위험군의 예후 모니터링을 위한 바이오마커로서 가능성을 제시하였고, 연구팀은 후속연구를 통해 중증 감염 질환에 선제 대응할 수 있는 골든타임을 확인할 수 있는 조기 진단 기술로 개발할 계획이다. 또한, 중증 COVID-19의 유망한 치료 타겟으로서 가능성을 검증했다. 중화 항체를 사용하거나 RAGE를 유전적으로 제거한 마우스에서 TOX가 매개하는 염증 반응과 호흡기 손상이 크게 개선되었다. 연구팀은 TOX-RAGE 신호전달 억제를 통한 중증 COVID-19 및 포스트 팬데믹 고위험군 환자들의 중증 악화 예방 및 치료 전략을 제시했다. 이원화 교수는 “고위험군인 고령층, 기저질환 환자들이 바이러스 감염에 의한 중증질환으로 진행되는 면역 저하와 호흡기 손상을 일으키는 새로운 기전을 규명한 것이며, 이는 호흡기 중증 감염을 예방/치료하기 위한 새로운 치료 전략이 될 수 있다.”고 설명했다. ※ 논문제목: The TOX–RAGE axis mediates inflammatory activation and lung injury in severe pulmonary infectious diseases ※ 저널: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) (IF: 11.1) ※ 논문링크: https://doi.org/10.1073/pnas.2319322121
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- 작성일 2024-11-01
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- [연구] 강종순 교수, 한국형 ARPA-H, 근감소증 치료제 개발을 위한 대규모 컨소시엄 출범
- 한국형 ARPA-H, 근감소증 치료제 개발을 위한 대규모 컨소시엄 출범 ▲ 의학과 강종순 교수 한국형 ARPA-H 프로젝트가 본격적으로 시작되며, 첫 번째로 근감소증 치료제 개발 과제가 최종 선정되었다. 의과대학 강종순 교수가 연구책임자로 이끄는 컨소시엄은 ‘사코피니아 바이오마커 발굴 및 멀티모달 치료제 개발’ 과제를 통해 5년간 총 150억 원의 연구비를 지원받아, 치료제가 없는 근감소증을 위한 혁신적인 멀티모달 치료제와 조기진단용 진단키트, 디지털 치료 기술을 개발할 예정이다. 이번 연구는 현재 개발 중인 후보 치료제의 고도화를 통해 임상 단계로의 진입을 목표로 하며, 신경근육오가노이드 질환 모델을 활용해 차세대 임상시험 플랫폼 개발을 추진할 계획이다. 이 연구에는 산·학·병 7개의 연구기관이 참여하여 근감소증 치료 기술 상용화를 앞당기기 위한 협업이 이루어진다. 성균관대학교 의과대학의 강종순, 김대식 교수, 약학대학의 육심명 교수를 비롯해, 서울아산병원 이승훈 교수, 분당서울대학교병원 임재영 교수, 충남대학교 의과대학 이현승 교수, 숙명여대 약학대학 김세건 교수, 애니머스큐어㈜ 이상진 연구소장, ㈜디파이 윤성준 대표이사가 컨소시엄에 참여한다. 이들은 근감소증 치료제, 진단키트, 디지털 치료 기술의 효율적인 임상 진입을 위해 협력할 계획이다. 연구책임자인 강종순 교수는 근감소증 연구 분야의 권위자로, 10여 년간 노화성 근감소증 치료제 개발에 매진해왔다. 이번 프로젝트를 통해 근감소증 치료 기술의 상용화를 이끌어, 고령화 사회에서 국가적 난제인 노인 돌봄 문제 해결에 기여할 것으로 기대된다. 한국형 ARPA-H 프로젝트는 국가 보건안보 및 필수의료 위기 대응을 목표로 하는 중요한 이정표로, 근감소증 치료 기술 개발은 그 핵심 과제로 선정되었다. 이번 프로젝트는 고령화로 인한 국민 건강 문제를 해결함과 동시에, 글로벌 바이오헬스 산업의 경쟁력을 강화하는 계기가 될 것이다.
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 이정승 교수, “내 상처 얼마나 나았나..” 의료용 실과 바늘이 실시간으로 체크한다!
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“내 상처 얼마나 나았나..” 의료용 실과 바늘이 실시간으로 체크한다! - 성균관대-DGIST 공동연구팀, 상처 부위의 염증을 실시간으로 모니터링할 수 있는 차세대 생체 전자봉합사 개발 - 기존 의료봉합사의 기능을 그대로 유지하고 염증 상태까지 모니터링해 … 상처 치료 및 관련 의료 분야 발전에 기여 기대 ▲ 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 이정승 교수(왼쪽)와 DGIST 이재홍 교수(오른쪽) 글로벌바이오메디컬공학과 이정승 교수 연구팀은 DGIST 로봇및기계전자공학과 이재홍 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 상처 부위의 염증 수준 변화를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 전자봉합사를 개발했다. 이 전자봉합사는 다양한 의료 분야에서 상처 관리와 맞춤형 치료에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 상처의 치유 과정은 매우 복잡하며 주변 환경에 큰 영향을 받는다. 부적절한 관리로 인해 치유가 지연되면 상처는 만성화될 수 있으며, 이로 인해 절단, 장애, 심지어 사망에 이를 수도 있다. 특히, 만성 상처의 경우 상태를 지속적으로 정확히 모니터링하고 조기에 감염을 진단하는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 지금까지 다양한 상처 관리 소자가 개발되었지만, 대부분 밴드나 패치 형태였다. 이러한 소자들은 피부 표면의 상처만 진단할 수 있어서, 피부 표층보다 깊은 곳에 위치한 상처의 치유 상태나 염증 상태를 정확하게 평가하는데 한계가 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 인체 내부와 외부 상처의 염증 상태를 장기간 모니터링 할 수 있는 봉합사형 상처 모니터링 시스템을 개발했다. 이 시스템은 일반 의료봉합사처럼 상처를 닫는 역할을 하면서도 동시에 봉합사가 적용된 상처 부위의 염증 상태 변화를 실시간으로 감지할 수 있다. ▲ 상용 의료봉합사와 결합된 형태의 의료용 생체 전자봉합사 시스템. 일반 의료 봉합 절차를 통해 원하는 부위에 섬유형 센서를 쉽고 안정적으로 고정시킬 수 있음. 기존의 의료봉합사는 상처를 닫는 역할만 수행했다. 반면, 이번에 개발된 전자봉합사는 상처의 염증 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있는 기능을 추가하여, 의료 현장에서 더 효과적인 상처 관리를 가능하게 한다. 이 전자봉합사는 상처 부위의 염증 상태를 실시간으로 감지하여 적절한 치료를 받을 수 있도록 돕는다. 또한, 감염 상태를 조기에 감지하여 치료 시기를 놓치지 않도록 하여 상처 회복을 촉진할 수 있다. ▲ 생체 전자봉합사의 효용성을 입증하기 위한 Ex-vivo 평가. 인공 피부 및 다양한 pH level을 가지는 돼지고기에 봉합된 생체 전자봉합사. 연구팀은 “이번 연구를 통해 봉합사형 체내삽입 전자소자 기술이 실제 의료 현장에서 활용될 가능성이 높아졌다” 며 “전자봉합사 개발 뿐만 아니라 다양한 형태의 생체 신호를 측정할 수 있는 인체 삽입형 헬스케어 기기 분야에 대한 후속 연구를 적극 진행할 것”이라고 밝혔다. ▲ 생체 전자봉합사의 동물 모델 평가를 통한 상처 부위의 회복 과정 정량 평가 연구팀의 연구결과는 7월 17일(수) 재료 과학 분야 저명 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF: 18.5)에 게재되었으며, 범부처전주기의료기기연구개발사업단의 범부처전주기의료기기 개발사업, 과학기술정보통신부의 우수신진연구자사업, 기초연구실사업, 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다. ○ 관련 언론보도 - "상처 치료 실시간 체크"…DGIST 등 연구팀, 전자봉합사 개발 <연합뉴스, 2024.07.30.> - DGIST-성균관대, 차세대 생체 전자봉합사 개발 <전자신문, 2024.07.30.> - 상처 꿰맨 전자실로 염증 실시간 확인 <조선비즈, 2024.07.30.> - 내 상처 얼마나 나았나…의료용 실·바늘이 실시간 체크한다 <머니투데이, 2024.07.30.> - "상처 얼마나 나았을까"…상처 봉합과 동시에 염증 실시간 감지 <디지털타임스, 2024.07.30.> - “내 상처 얼마나 나았나”…의료용 실·바늘로 실시간 확인 <데일리안, 2024.07.30.> - “상처 얼마나 나았나”… 의료용 실·바늘로 실시간 확인한다 <세계일보, 2024.07.30.> - 상처 얼마나 나았나.. 의료용 실과 바늘이 실시간으로 체크? <이웃집과학자, 2024.07.30.> - 상처 부위 염증 실시간으로 확인 '생체 전자봉합사' 개발
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- 작성일 2024-10-31
- 조회수 82
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- [연구] 김훈 교수, 난치암 연구 도전, 재발과 전이암에서 대규모 ecDNA 발견
- 난치암 연구 도전, 재발과 전이암에서 대규모 ecDNA 발견 - 약학과 김훈 교수 연구팀, 네이처 자매지 Nature Genetics에 연구성과 발표 암의 재발 및 전이 과정에서 ‘ecDNA가 중요한 역할을 한다’는 연구 결과가 약학과 김훈 교수 연구팀과 미국 예일대학교 의과대학의 Roel Verhaak 교수 연구팀에 의해 밝혀졌다. 이 연구는 전이암에서 ecDNA(염색체외 원형 DNA)*가 암의 확산을 돕는 핵심 요소임을 대규모로 규명한 것이다. * ecDNA: Extrachromosomal DNA, 암세포의 확산을 촉진하는 염색체 외부의 원형 DNA ecDNA는 다양한 종양 유전자를 포함한 원형 DNA로 멘델의 유전 법칙을 따르지 않으며 종양의 이질성을 크게 증가시키고 유전자 발현을 증폭시키는 역할을 한다. 연구진은 2018년과 2020년 교모세포종을 포함한 난치암에서 ecDNA가 높은 비율로 발견된다는 선행 연구 결과*를 Nature Genetics에 발표한 바 있다. * Nature Genetics 2018, Nature Genetics 2020 이번 연구에서는 원발암뿐만 아니라 전이암도 포함하여 9,000명 이상의 환자 정보를 활용해 대규모 전장유전체 빅데이터를 클라우드 컴퓨팅 기술로 분석하였다. 그 결과 원발암보다 전이암에서 ecDNA가 더 많이 존재한다는 사실을 세계 최초로 확인하였다. 연구팀은 화학치료 후 전이가 발생한 환자들이 다수의 ecDNA를 보유하고 있음을 발견하였고 이로 인해 치료 저항성 과정에서 ecDNA의 역할이 존재함을 확인했다. 또한, 다수의 암 재발 및 전이가 이루어진 환자의 종양 조직에서 ecDNA가 보존되는 양상이 확인되었으며, 이를 통해 ecDNA가 암의 재발 및 전이 과정에서 중요한 구동자(Driver)로서의 가능성을 제시하였다. ▲ 암종 별 ecDNA 보유 비율 ecDNA 연구는 암의 진행 및 전이 과정에서 암세포가 유리한 환경을 조성하는 메커니즘을 밝히고 있으며 난치암 극복의 핵심 분야로 떠오르고 있다. 특히, 선진국 주요 연구기관에서도 이 분야의 중요성을 인식해 대규모 연구를 선도적으로 추진 중이며 앞으로 ecDNA가 난치암 치료의 중요한 기전으로 주목받을 것으로 기대된다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 STEAM 연구사업의 지원을 받아 진행되었다. 연구 결과는 Nature 자매지인 Nature Genetics에 10월 14일 온라인으로 게재되었다. ※ 논문명: Mapping extrachromosomal DNA amplifications during cancer progression ※ 저널: Nature Genetics(IF: 31.7) ※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41588-024-01949-7
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- 작성일 2024-10-31
- 조회수 89
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- [연구] 조한상 교수, 반복적인 보톡스 투여의 뇌 면역체계 교란 및 뇌 신경손상 유발 규명
- 조한상 교수, 반복적인 보톡스 투여의 뇌 면역체계 교란 및 뇌 신경손상 유발 규명 - 약물중독에 의한 뇌질환 기전 연구 및 치료제 개발 초석이 될 연구 - Advanced Science 2월호 게재 ▲ 양자생명물리과학원 조한상 교수(왼쪽, 교신저자)와 Ghuncha Ambrin(오른쪽, 제1저자) 양자생명물리과학원(IQB) 생명물리학과 조한상 교수 연구팀은 매사추세츠주립대(Massachusetts Dartmus) Bal Ram Singh 교수, 노스캐롤라이나주립대(North Carolina Charlotte) Charles Y. Lee 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 반복적으로 투여된 보톡스가 말초신경을 거슬러서 뇌로 침투하여 뇌 면역체계를 교란시키고 뇌 신경세포 손상을 유발한다는 사실을 세계 최초로 규명하였다. 보툴리눔 톡신(Botulinum Neurotoxin)은 식중독균인 클로스트리디움 보툴리눔(Clostidiumbotulinum)이 생산하는 신경독소(neurotoxin)로서 적절한 치료를 하지 않으면 호흡이 마비되어 사망할 수 있으며 사망률이 5~10%에 이르며 이는 다른 식중독에 비해 높은 편이다. 하지만 이 보툴리눔 톡신을 극소량으로 한정적인 부위에 선택적으로 사용하면 근육 및 신경질환 등의 증상을 치료하거나 미용 성형 분야에서 주름제거 효과가 있어 저농도의 보툴리눔 톡신 A는 보톡스(Botox)라는 이름으로 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 조한상 교수 연구팀은 3차원 미세유체요소 기반의 플랫폼에 인간 신경 줄기세포와 면역세포를 3차원 배양한 인간 미니뇌 모델을 개발하고, 이를 활용하여 보톡스에 의해 유도되는 뇌 신경염증 활동 및 뇌 신경세포 손상을 구현하고 그에 관한 세부 기전을 명시했다. 반복적으로 투여된 보톡스는 신경세포 분비 전달물질인 아세틴콜린의 양을 줄이고 이에 따라 미세아교세포가 활성화하고 전환성장인자에 의해 신경세포의 보완단백질(C3, C5)이 생성된다. 연구팀에 따르면 미세아교 세포의 염증 활동이 신경세포 시냅스를 감소시키고 치매유도물질로 알려진 타우(tau) 단백질을 축적하며 신경세포 사멸을 유도한다는 것이다. ▲ 인간 미니뇌에서 보톡스 처리 전(좌)에 비해 처리 후(우)에 줄어든 신경세포 조한상 교수는 “이번 연구결과는 보톡스의 반복적인 투여가 퇴행성 뇌질환을 일으킬 수 있음을 밝힘으로써 보톡스 투여에 대한 경각심을 높일 수 있을 것이다”라고 설명했다. 이번 연구결과는 다학제 분야 세계적 학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF: 15.1) 2월호에 게재되었다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, 과학기술정보통신부 및 보건복지부 치매극복연구개발사업(Korea Dementia Research Center, KDRC)의 지원으로 수행되었다. ※ 논문제목: Botulinum Neurotoxin Induces Neurotoxic Microglia Mediated by Exogenous Inflammatory Responses ※ 저널: Advanced Science ※ DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202305326
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- 작성일 2024-10-31
- 조회수 90
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- [연구] 조동규 교수 연구팀, 엑소좀 기반 후성유전 교정을 통한 치매 치료기술 개발
- 약학과 조동규 교수 연구팀, 엑소좀 기반 후성유전 교정을 통한 치매 치료기술 개발 - 광 절단성 단백질 함유 엑소좀을 이용한 세포 내 치료 단백질 전달 기술 개발 - MAPLEX 시스템 통해 치료 단백체 전달 및 인지능력 개선 등 치료 효과 확인 ▲ 조동규 교수(왼쪽)와 한지훈 박사(오른쪽) 약학과 조동규 교수 연구팀이 빛을 이용한 엑소좀 기반 세포 내 치료 단백질 전달 기술을 개발했다. 조동규 교수와 (주)엑소스템텍이 공동으로 진행한 이번 연구는 엑소좀을 통한 CRISPR 등 치료 단백체를 생체 내에 효과적으로 전달함으로써 알츠하이머 치매 등의 질환 치료에 적용할 수 있음을 보여주었다. 현재 임상적으로 사용되고 있는 단백질 치료제(단일클론항체, 사이토카인, 호르몬)는 모두 세포 외부에서 작용한다. 하지만 대다수의 질병들은 세포 내부에 특정 단백질/유전자의 돌연변이 혹은 이들의 기능 장애로 인해 발병되며, 이러한 질병들을 효과적으로 치료하기 위해서는 치료적 단백질을 세포 내부로 전달하는 기술이 필요하다. ▲ 조동규 교수가 개발한 MAPLEX 시스템과 이의 응용 연구팀은 목적 단백질의 세포 내 전달 매개체로 엑소좀을 이용했다. 연구팀은 광 절단성 단백질인 mMaple3를 목적 단백질과 엑소좀 마커 사이에 융합시켰다. ‘목적 단백질 - mMaple3 - 엑소좀 마커’로 이루어진 융합단백질을 엑소좀 생성 세포에 과발현시켜 엑소좀을 추출한 뒤 405-nm의 빛을 조사해 mMaple3을 절단시켜 목적 단백질을 엑소좀 마커로부터 분리하였다. 연구팀은 빛을 조사한 엑소좀이 목적 단백질을 효과적으로 타겟 세포 내부로 전달한다는 사실을 확인했다. 더 나아가 연구팀은 이 MAPLEX 시스템을 이용하여 CRISPR/Cas 기반 후성유전학 편집기를 알츠하이머 모델 마우스인 3xTg-AD와 5xFAD의 뇌에 효과적으로 전달함으로써, 아밀로이드 생산 효소인 Bace1의 발현을 감소시키고 인지기능 개선을 비롯한 치료 효과를 확인했다. 약대 조동규 교수는 “바이러스 사용 없이 다양한 치료 단백질을 세포 내부로 효과적으로 전달 할 수 있는 새로운 전달 시스템을 개발한 연구”라며 “이 시스템을 이용하여 CRISPR 기반 유전자 교정 및 다양한 치료 단백질의 전달이 가능할 것이며 이를 통해 다양한 질환 치료제 개발이 가능할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 선도연구센터(MRC) 등의 지원으로 수행되었으며, 의학 분야 세계적 학술지인 Science Translational Medicine(IF: 15.8, JCR ranking 0.8%)에 8월 7일(미국 동부시각 기준) 발표되었다. ※ 논문명: Engineered exosomes with a photoinducible protein delivery system enable CRISPR/Cas-based epigenome editing in Alzheimer’s disease ※ 논문링크: https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.adi4830
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- 작성일 2024-10-31
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- [연구] 박성수 교수 연구팀, 식물유래 나노바디 항체의 유방암 항암제 저항성 규명
- 기계공학부 박성수 교수 연구팀, 식물유래 나노바디 항체의 유방암 항암제 저항성 규명 - HER2+형 유방암 항암제 저항성 문제 해결 가능성 확인 - 국제학술지 ACS Nano 표지 논문으로 선정 ▲ (왼쪽부터) 기계공학부 박성수 교수, 오스트리아 린츠대학교 오유진 박사, 중앙대학교 고기성 교수, 성균관대학교 박찬용 박사 기계공학부 박성수 교수 연구팀은 오스트리아 린츠대학교 오유진 박사, 중앙대학교 고기성 교수와 공동으로 식물 유래 나노바디 항체가 HER2+형 유방암의 항암제 저항성을 극복하는 데 효과적이라고 밝혔다. 유방암은 여성암 중 발병이 가장 흔한 암으로 매년 발병건수가 지속적으로 증가하고 있다. 특히 HER2+형 유방암은 전체 유방암 환자의 약 20%를 차지하며, 다른 유방암에 비해 재발률과 전이율이 높고 예후도 나쁜 것으로 알려져 있다. HER2+형 유방암을 치료하기 위해 표적항암제라고 불리는 Trastuzumab 항체 항암제가 널리 사용되지만, HER2의 돌연변이로 인한 저항성 문제로 치료에 어려움을 겪고 있다. 기존에는 세포와 항체 간의 상호작용을 매크로 수준에서 분석하기 때문에 저항성 세포 수용체와 항체 간의 미세한 상호작용에 대한 분석이 어려워 저항성 메커니즘을 밝히기 어렵다는 한계가 있었다. 박성수 교수 공동연구팀은 이를 해결하고자 원자힘 현미경 기반 단일분자 힘 분광학 기술을 사용하여 매크로 수준이 아닌 단일 분자 수준에서 접근했다. 원자힘 현미경 팁에 항체를 연결하여 살아있는 세포 위에서 낚시하듯 결합과 해리를 반복함으로써 단일 분자 수준에서 HER2와 항체 항암제 간의 친화성과 특이성을 확인했다. 또한 크기가 작은 식물유래 나노바디 항체는 Trastuzumab 항체 항암제에 비해 높은 결합력과 특이성을 가지며, 저항성을 가진 세포에서도 효과적으로 작동하였다. 이 연구 결과는 면역결핍 쥐를 대상으로 한 실험에서도 식물유래 나노바디 항체가 Trastuzumab보다 우수한 항종양 활성을 보여 식물유래 나노바디 항체가 Trastuzumab 내성 유방암 환자에게 잠재적인 면역 치료 옵션으로 사용될 수 있음을 보여주였다. 또한 식물유래 나노바디 항체는 안정적이며 저렴한 형질전환 식물을 기반으로 제작되므로 대규모 제조가 가능하여 항암제 제조 비용도 낮출 수 있을 것으로 기대된다. 연구에 참여한 박찬용 박사는 “유방암 치료에서 항암제 저항성을 극복하는 것은 큰 도전 중 하나”라며 “이번 연구는 원자힘 현미경기반 단일분자 힘 분광법을 통해 단일 분자 수준에서 세포와 항암제 간의 상호작용을 분석해 항암제 저항성 문제를 해결할 수 있는 중요한 발전”이라고 전했다. 연구팀의 이번 연구 결과는 오스트리아 과학재단 FWF 프로젝트, 국가과학기술연구회 사업, 한국연구재단의 기본연구, 과학기술정보통신부와 오스트리아 교육과학연구부의 과학기술협력 한-오스트리아 인력교류 사업, 국가과학기술연구회 UnTACT융합연구단의 지원으로 수행되었으며, JCR 상위 5.8% 국제학술지 ACS Nano (IF: 15.8)에 6월 25일자 표지 논문으로 게재되었다. ▲ 표지논문 이미지 ※ 논문명: Plant-Derived Anti-Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 Antibody Suppresses Trastuzumab-Resistant Breast Cancer with Enhanced Nanoscale Binding ※ 저자명: 박성수 (공동교신저자), 오유진 (공동교신저자), 고기성 (공동교신저자), 박찬용 (제1저자) ※ DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c00360
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- 작성일 2024-10-31
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