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- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수, 포스코사이언스펠로십 사업 대상자 선정
- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수, 포스코사이언스펠로십 사업 대상자 선정
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- 작성일 2022-09-27
- 조회수 0
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- 융합생명공학과 박우람 교수-GBME학과 박천권 교수, 효과적인 종양 치료 및 재발 억제 기술 개발
- 융합생명공학과 박우람 교수-GBME학과 박천권 교수, 효과적인 종양 치료 및 재발 억제 기술 개발 융합생명공학과 박우람 교수와 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수 공동 연구팀은 다기능성 하이브리드 나노입자와 비가역적 전기천공법을 이용하여 종양의 치료 및 재발 억제가 가능한 신규 병용 면역치료법을 개발하는 데 성공했다고 6일 밝혔다. 면역치료는 우리 몸의 면역세포를 활성화해 종양과 싸울 수 있게 해주는 치료법을 말한다. 최근 면역세포의 활성화를 위해 다양한 약물을 면역세포에 전달하는 기술이 연구되고 있다. 이번 연구에 사용된 면역활성 물질은 CpG 올리고핵산이며 항원제시세포인 수지상세포와 대식세포의 면역 활성물질로 잘 알려져 있다. 하지만 CpG 올리고핵산은 면역세포의 내부에 존재하는 톨유사수용체와 결합해야 면역세포의 활성화를 이끌 수 있다. 연구진은 세포의 내부에 쉽게 들어갈 수 있는 나노입자의 특성을 이용하여 나노입자의 표면에 CpG 올리고핵산을 부착하여 하이브리드 나노입자를 설계하였고 시험관 실험을 통해 나노입자가 효과적으로 면역세포 내부에 CpG 올리고핵산을 전달한다는 사실을 밝혔다. 면역세포의 세포 내 유입 경로를 분석해본 결과 CpG 올리고핵산은 세포막을 쉽게 투과할 수 없었지만, CpG 올리고핵산을 부착한 나노입자의 경우 면역세포에 존재하는 수용체와 결합하여 쉽게 면역세포 내부로 전달되는 것이 확인되었다. 또한 종양 내 주입 후에도 나노입자에 부착된 CpG 올리고핵산은 장기간 종양에 존재하며 치료 효과는 높이고 부작용은 감소시켰다. 또한 다기능성 하이브리드 나노입자는 산화철과 금으로 코어/쉘 구조로 구성되어 있어 자기공명영상(MRI)과 컴퓨터단층촬영(CT)을 통한 동시 영상화가 가능하기 때문에 의료 영상 기술을 적용하면 더욱 정밀하고 효과적으로 종양을 치료할 수 있을 것으로 기대된다. 이러한 다기능성 나노입자를 이용하여 강한 전기장으로 암세포의 사멸을 유도할 수 있는 기술인 비가역적 전기천공법을 병용 치료해준 마우스 대장암 및 유방암 모델에서 종양의 성장 억제와 면역세포의 활성을 분석한 결과 면역세포의 활성이 상승한 것을 밝혔다. 특히 마우스 대장암 모델에서는 병용 치료 시 100%의 마우스 생존율을 보였으며 치료된 마우스에 대장암세포의 재접종을 통하여 메모리 T 세포가 대장암을 인식하여 종양의 생성을 막았음을 밝혔다. 이는 이 기술이 암의 치료뿐만 아니라 암의 재발을 억제할 수 있음을 의미한다. 박우람 교수는 “효과적인 면역치료를 위하여 나노기술, 면역학, 의료영상, 및 의료기기와 같은 다학제적 접근을 통해 우수한 면역항암 병용 치료법을 개발할 수 있었다”라며 “암 환자에게 도움이 될 수 있는 다양한 의료기술 개발을 목표로 신규 고기능성 나노의약품에 연구에 매진하고 싶다”라며 후속 연구계획을 설명했다. 과기정통부 및 한국연구재단 중견연구사업으로 수행된 이번 연구 결과는 생체재료 분야 학술지 Biomaterials(IF: 15.304)에 8월 26일 온라인 게재되었다. ※ 논문: Image-guided in situ cancer vaccination with combination of multi-functional nano-adjuvant and an irreversible electroporation technique, Biomaterials (Impact factor: 15.304) ※ 제1저자: 한준혁, 이윤영; 교신저자: 박우람, 한동근, 박천권 ※ https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121762 ▲ 왼쪽부터 박우람 교수(융합생명공학과), 박천권 교수(글로벌바이오메디컬공학과), 한동근 교수(차의과대 의생명과학과), 한준혁 박사과정생, 이윤영 박사과정생
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- 작성일 2022-09-13
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- 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀, 자유연상을 통해 감정의 뇌과학 단서 제공
- 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀, 자유연상을 통해 감정의 뇌과학 단서 제공 - 생각의 흐름 패턴 모델링을 통해 우울, 불안 예측 - 개인 고유의 뇌 활성화 패턴 규명 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀이 최근 기능자기공명뇌영상(fMRI)을 이용한 실험을 통해 인간의 생각 흐름을 모델링하고 개인의 우울과 불안 수준을 예측할 수 있는 연구 결과를 발표하였다. 생각과 의식의 자연스러운 흐름이 뇌 신경세포들의 자발적 활성화 메커니즘과 관련되어 있을 것이라는 추측이 있었지만 이를 직접적으로 밝히기에는 많은 어려움이 존재하였다. 특히 자유로운 생각의 흐름에 대해 정량적으로 접근할 수 있는 연구 방법론이 부족한 것이 주요 문제였다. 이를 극복하기 위해 우충완 교수 연구팀은 애리조나 대학의 제시카 앤드류즈해나(Jessica Andrews-Hanna) 교수와 공동연구를 통해 기능자기공명뇌영상(fMRI)을 촬영하면서 동시에 자유로운 생각의 흐름을 연구할 수 있는 자유연상 과제를 개발하였다. 자유연상 기법은 이미 150여 년 전부터 심리학, 정신과학 연구 등에 사용해왔지만 결과에 대한 분석과 해석이 정량적이지 못하다는 비판으로 현대 과학에서는 주목받지 못했었다. 하지만 최근 인공지능, 자연어처리 등의 계산과학적 분석방법론이 발전하면서 자유연상에 대한 관심이 다시 증가하고 있다. 우충완 교수 연구팀은 60명 이상의 피험자를 대상으로 한 자유연상 fMRI 실험을 통해 생각의 흐름 패턴을 모델링하고 이를 통해 개인의 우울과 불안 수준을 예측할 수 있음을 밝혀냈다. 또한 단어들의 의미를 생각하는 동안 나타나는 뇌활성화 패턴을 분석하여 자신과 관련된 생각을 하고 있는지 또는 긍정적 혹은 부정적인 생각을 하고 있는지 등에 대해 예측할 수 있었다. 특히 이러한 뇌활성화 패턴은 자기 자신과 관련된 생각을 할 때 다른 사람과는 다른 개인 고유의 특징을 나타낸다는 사실을 밝혔다. 이번 연구를 이끈 우충완 교수는 “이 연구는 자유연상이 개인 내면의 생각과 감정을 드러내는 매우 효과적인 도구라는 사실을 과학적으로 보여주었다는 데 의의가 있다”며 “특히 인공지능, 자연어처리 등 현대 계산과학의 렌즈를 통해 역사 속 오랜 아이디어를 바라보면 인간에 대한 새로운 통찰과 임상적으로도 유용한 방법론을 얻을 수 있다”고 말하며 과학기술과 인문학의 통섭을 강조하였다. 제1저자인 김별 박사과정생(다트머스 대학)은 “본 연구는 언어와 감정, 뇌 활성화, 생리반응을 통해 자연스러운 생각의 여러 측면을 탐구함으로써 인간의 심리를 입체적으로 분석한 독특하고 특별한 연구”라고 연구 소감을 밝혔다. 이번 연구는 사이언스 어드밴시즈(Science Advances, IF=14.14)에 8월 31일 게재됐다. ※ 논문명: When self comes to a wandering mind: Brain representations and dynamics of self-generated concepts in spontaneous thought ※ https://doi.org/10.1126/sciadv.abn8616 ▲ 왼쪽부터 우충완 교수(교신저자, 성균관대), 김별(제1저자, 다트머스대학), 한지훈(성균관대), 이은진(성균관대), Jessica Andrews-Hanna(애리조나대학교)
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- 작성일 2022-09-01
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- 의과대학 이기영 교수 연구팀, 폐암 환자 데이터 기반 폐암 진행 조절 메커니즘 제시
- 의과대학 이기영 교수 연구팀, 폐암 환자 데이터 기반 폐암 진행 조절 메커니즘 제시 Stratifin(SFN)에 의한 폐암세포 자가소화작용 조절 (주)차백신연구소 전은영 박사(연구 부소장) 연구팀과 공동연구 의과대학 이기영 교수 연구팀은 (주)차백신연구소 전은영 박사(연구 부소장) 연구팀과 공동연구를 통해 폐암 환자 유전자 데이터를 기반으로, 폐암 진행에 있어서 Stratifin(SFN) 단백질이 암세포 자가소화작용 활성화를 통해 폐암의 성장 및 진행을 조절하는 새로운 분자․세포 메커니즘을 제시했다. 폐암의 발병 및 진행은 암세포의 내재적 요인 및 암세포 미세 환경에 존재하는 외적 인자들에 의해 유도된다. 내재적 요인은 암세포의 내부 무작위 돌연변이로 정의되며, 이는 암세포의 증식 및 분화에 영향을 주는 인자이다. 외적 인자는 암세포 미세 환경에 존재하는 다양한 인자로 내재적 요인과 더불어 암세포 증식 및 분화 그리고 발달에 영향을 주는 인자이다. 최근 폐암세포에서 발현하는 톨유사수용체(Toll-like receptor, TLR) 자극과 관련된 자가소화작용 활성화 작용이 폐암세포 발달 및 증식을 조절하는 데 중요한 인자로 규명되고 있으며, 이에 따라 암세포 자가소화작용 활성화조절은 새로운 폐암 표적 치료로 고려되고 있다. 14-3-3 단백질 패밀리의 구성원인 Stratifin(SFN)은 세포 주기 및 세포 사멸 신호 전달 경로를 조절하여 세포 증식 및 분화에 관여함이 보고되었으나, Stratifin(SFN)이 톨유사수용체 자극에 의한 폐암의 발병 및 진행에 미치는 연구는 수행되어진 바 없었다. 폐암환자 유래 The Cancer Genome Atlas(TCGA, 암 게놈 아틀라스) 데이터는 폐암의 발달 및 진행에 관한 다양한 정보를 제공하고 있다. 본 연구에서는 폐암관련 TCGA 데이터 및 연구팀이 보유하고 있는 31명의 폐암환자의 유전자 분석 데이터를 이용하여 Stratifin(SFN)이 폐암의 발달 및 진행에 연루되어 있는지를 분석하였으며, 이러한 폐암 환자 데이터 분석 결과를 기반으로 Stratifin(SFN)이 폐암에 미치는 영향을 크리스퍼 유전자가위 기술법 및 분자․세포분석법을 이용해 분석했다. 본 연구 결과 Stratifin(SFN) 발현이 폐암환자 조직에서 현저한 증가를 확인할 수 있었으며, 또한 폐암 발달 및 진행에 중요한 유전자들의 발현과 연관성이 있음을 확인되었다. 분자․세포 기전연구를 통해 Stratifin(SFN)이 톨유사수용체4에 의한 자가소화작용 활성화 유도에 중요한 TRAF6-Vps34-BECN1 단백질 복합체 구성을 촉진한다는 새로운 기전을제시했다. 이기영 교수팀과 전은영 박사팀은 “본 연구는 폐암환자 임상 데이터를 기초연구에 접목한 암 중개연구로서 중요한 의미가 있으며, 향후 폐암 표적 치료에 개발에 있어서 미래지향적 임상-기초-산학 간 연구협력 모델이 될 수 있다고 전망 한다”고 연구의 의의와 산학협력연구의 중요성을 강조했다. 본 연구성과는 한국연구재단(NRF-2021R1F1A1049324 / NRF-2021R1A2C1094478)·선도연구센터(MRC, Medical Research Center, NRF-2016R1A5A2945889)의 지원으로 수행되었으며, 세계적 임상 중개 의학 국제학술지‘Clinical and Translational Medicine (Impact factor : 11.492)’에 6월 12일 게재되었다. ※ 논문 - Stratifin (SFN) regulates lung cancer progression via nucleating the Vps34-BECN1-TRAF6 complex for autophagy induction. Clin Transl Med (Impact factor : 11.492). 2022년 6월 12일 온라인 게재. 제1저자: 김지영, 교신저자: 이기영 / 전은영 (https://doi.org/10.1002/ctm2.896)
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- 작성일 2022-07-14
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- 화학공학/고분자공학부 김태일 교수, 무선 뇌-인공지능 자동제어 인터페이스 개발
- 화학공학/고분자공학부 김태일 교수, 무선 뇌-인공지능 자동제어 인터페이스 개발
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- 작성일 2022-06-27
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- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀, 고강도·고강성·고전도성 하이드로겔 및 겔전해질 개발
- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀, 고강도·고강성·고전도성 하이드로겔 및 겔전해질 개발 - 단순한 제조 공정을 통해 매우 높은 강도와 강성을 지닌 하이드로겔 개발 - 이온 전도 특성을 추가해 겔전해질로서 활용성 증명 [사진] 김재윤 교수, 지동환 박사 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀(제1저자 지동환 박사)이 김덕준, 박호석 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 단순한 제조공정으로 매우 높은 강도와 강성을 지닌 하이드로겔을 개발하고, 이온 전도성을 추가해 겔전해질로서 활용성을 보였다. 하이드로겔은 물을 다량 함유한 3차원 고분자네트워크로 이루어진 부드러운 소재이다. 최근 수계 에너지저장장치의 기계적·화학적으로 불안정한 전해액/분리막을 대체할 소재로서 반고체형 ‘겔전해질’에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이를 위해 매우 높은 기계적 물성과 이온전도성을 보유한 하이드로겔 개발이 필요하다 이에 연구팀은 기존의 약하고 부드러운 하이드로겔을 변형하여 기계적 물성이 획기적으로 향상된 하이드로겔을 제조하는 재구조화 공정을 제안했다. 해조류에서 유래한 생체친화적인 알긴산 하이드로겔(프리겔)을 건조하여 얇은 필름을 만들고, 이를 알긴산 고분자의 가교제인 금속 이온 용액에 담그어 추가가교 및 수화를 유도해, 고분자 네트워크가 초고밀집화된 하이드로겔을 제작했다. 재구조화된 하이드로겔은 프리겔의 두께 대비 97% 감소해 아주 얇은 형태로, 단면에서 큰 기공을 보이는 일반적인 하이드로겔과는 달리 매우 균일한 고밀집 구조를 보인다. 강도와 강성이 수십 kPa밖에 되지 않는 기존 하이드로겔과 비교해 재구조화된 하이드로겔은 가교 이온의 종류에 따라 8−57MPa의 인장강도와 94−1,290 MPa의 탄성계수(강성)를 나타내었다. 특히 철(Fe3+) 이온으로 가교된 하이드로겔의 강도와 강성은 초기 프리겔과 비교하여 각각 10,800배, 95,000배 상승했다. 연구팀은 개발한 하이드로겔을 수계 에너지저장장치의 전해액/분리막을 대체해 적용하여 겔전해질로서 특성을 검증했다. 재구조화 하이드로겔은 고농도(1M)의 리튬 이온 용액에서도 외형과 기계적 물성을 유지하고, 동시에 흡수된 리튬 이온으로 높은 이온 전도성을 보였다. 전기/이온전도성 하이드로겔과 이온전도성 하이드로겔이 샌드위치 방식으로 적층된 겔전해질을 제작하여 슈퍼커패시터의 전해액/분리막을 대체해 적용한 결과 장시간의 충방전에도 안정적으로 작동하는 것을 확인했다. 김재윤 교수는 “인대나 힘줄과 같이 매우 질긴 생체조직과 유사한 물성의 하이드로겔 개발 기초연구로 시작해 겔전해질로의 활용 가능성을 확인하였다. 향후 생체모사 및 에너지 소재 등 다양한 적용 분야의 니즈에 적합한 고기능성 하이드로겔을 제작하여 응용할 수 있을 것으로 기대한다”고 설명했다. 본 연구 결과는 ‘Superstrong, superstiff, and conductive alginate hydrogels’제목으로 Nature Communications에 5월 31일 게재되었으며, 과학기술정보통신부/한국연구재단의 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 산림청/임업연구원의 산림생명자원소재발굴연구사업 지원으로 수행되었다.
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- 작성일 2022-06-27
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- 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 연구팀, 메디컬용 형상기억 콜라겐-복합소재 제작 기술 개발
- 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 연구팀, 메디컬용 형상기억 콜라겐-복합소재 제작 기술 개발 [사진] 김근형 교수, 이지운 연구원(왼쪽부터) 인체를 구성하는 주요 단백질인 콜라겐은 조직공학제제 및 인공조직 제작을 위한 구조체의 기본 소재로 널리 사용되고 있으나, 체외 환경에서 제작된 콜라겐 세포담체(scaffold)는 낮은 기계적 강도와 외력에 의해 쉽게 변형된다는 한계를 갖고 있다. * 세포담체 : 세포가 원활히 성장할 수 있는 미세 공간을 확보하여 세포의 원활한 증식과 분화를 돕는 ‘세포 집’과 같은 지지체를 뜻한다. 이에 성균관대학교(총장 신동렬) 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 연구팀(제1저자 이지운 연구원)은 콜라겐 특성을 활용한 제작 공정을 도입해 다양한 구조를 갖는 콜라겐 하이드로겔을 제작하였으며, 그중 두 가지 타입에서 형상기억 하이드로겔(shape memory hydrogel; SMH) 특성을 보이는 것을 확인했다. 저온 공정을 통해 제작된 SMH(Cryo-gel)의 경우 형상 복원 속도가 매우 빠르지만, 인체와 유사한 환경에서 구현되는 콜라겐 특유의 섬유화를 이루지 못해 낮은 세포활성도를 보이는 한계를 보였다. 반면 콜라겐 섬유화를 통해 제작된 SMH(F-gel)의 경우, 상대적으로 구조가 느리게 복구되었으나 나노 섬유상의 구조로 인해 높은 세포 활성을 촉진시켰다. * 형상 복원능은 구조체 내부의 마크로/마이크로/나노 단위의 기공 구조가 모두 상호 연결되어 압축에 의한 외력이 가해졌을 때 하이드로겔 내부의 수분이 구조 파괴 없이 내·외부로 자유롭게 이동되어 구현된다. 연구팀은 이러한 특성을 보고하는 것뿐 아니라, 두 가지 SMH의 장점을 융합한 복합 하이드로겔을 제작하기 위한 공정을 개발하였으며, 제작된 형상기억 복합 하이드로겔(shape memorable biocomposite hydrogel)은 Cryo-gel의 빠른 형상 복원능을 보유할 뿐 아니라, 구조 내에 F-gel과 같은 나노 섬유망을 구축하고 있어, Cryo-gel 보다 우수한 세포 활성도를 보이는 것을 확인했다. 나아가 개발된 형상기억 복합 하이드로겔의 기능성을 더 추가하기 위해 생체활성물질 방출 지연에 활용되는 헤파린(heparin) 또는 인체 골조직의 주요 구성성분인 수산화인회석(hydroxyapatite)을 혼합한 구조체를 제작했다. 연구팀은 이와 같은 다양한 소재들이 혼합되더라도, 제작된 하이드로겔 모두 형상 기억능을 보유한 것을 확인했다. 또한 제작 공정을 3D 프린팅 기술과 접목해 3차원 구조체 제작이 가능함을 보였으며, 제작된 3차원 구조체를 주사바늘에 주입한 후 방출했을 때 초기 형상으로 복구되는 것을 보고해, 비침습법 수술(minimally invasive operation)에 활용 가능한 주입가능 세포담체(injectable scaffold)로의 활용 가능성 역시 확인했다. 김근형 교수는 “이번 연구 결과는 기존의 콜라겐 기반 구조체가 쉽게 파손 및 변형되는 한계점을 극복하고, 해당 소재의 다양한 메디컬영역으로의 적용 범위를 넓힌 기술로 기대를 모으고 있다”고 설명했다. 추가적으로 김근형 교수 연구팀은 바이오프린팅 기술을 활용해 근육-인대 복합 인공 조직 모델(myotendinous junction)(제1저자 김원진 연구원) 및 지방유래 줄기세포가 포함된 콜라겐/바이오세라믹 다공성 구조체(제1저자 구영원 연구원)를 제작해, 단순히 세포가 포함된 3차원 세포-구조체에 비해 뛰어난 복합조직-재생능을 구현할 수 있음을 보고했다. 이번 연구 성과는 한국연구재단 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 응용 물리학 분야 국제학술지인 어플라이드 피직스 리뷰(Applied Physics Reviews, IF = 19.2, 22년 6월)에 feature article로 게재되었으며, 의공학 분야 국제학술지인 바이오엔지니어링 & 트랜스레이셔널 메디슨(Bioengineering & Translational Medicine, IF = 10.7, 22년 3, 4월)에 각각 게재되었다. ※ 논문명 - Collagen-based shape-memory biocomposites (Applied Physics Reviews) - A bioprinted complex tissue model for myotendinous junctionwith biochemical and biophysical cues (Bioengineering & Translational Medicine) - Bioprinted hASC-laden collagen/HA constructs with meringue-like macro/micropores (Bioengineering & Translational Medicine) ※ Feature article 소개 링크: https://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0011692
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- 작성일 2022-06-20
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- 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀, 통증의 개인차에 대한 뇌과학적 단서 규명
- 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀, 통증의 개인차에 대한 뇌과학적 단서 규명 통증 경험 시 사람마다 다르게 나타나는 뇌활성화 패턴 규명 통증 정밀의료를 위한 초석 닦아 같은 세기의 통증 자극이라도 사람마다 느끼는 통증의 세기와 뇌 반응은 모두 다르다. 하지만 이제까지 대부분의 통증 뇌연구는 모든 사람에게서 공통적으로 보이는 뇌 반응 패턴에만 집중해왔다. 이에 성균관대학교 글로벌바이오메디컬공학과 우충완 교수 연구팀(제1저자 라다 코호토바 연구원, 공동저자 이동희, 이성우 연구원)은 미국, 독일, 네덜란드, 프랑스, 캐나다 등 국제 연구자들과의 공동연구를 통해, 각자의 뇌에서 다르게 나타나는 고유한 통증 활성화 패턴을 규명했다고 밝혔다. 통증은 생존에 매우 중요한 기능이어서 진화적으로 잘 보존된 뇌 처리 기제를 지닌다. 실제로 통증을 경험하는 동안 기능자기공명영상(fMRI)을 통해 뇌를 들여다보면, 사람들은 매우 비슷한 활성화 패턴을 보인다. 하지만 매운 맛에 사람마다 다른 반응을 보이듯, 같은 통증 자극에 대해서도 각자 다른 경험을 한다. 통증은 정의상 개인적이고 주관적인 경험이기 때문이다. 이러한 통증의 개인차에는 다양한 기여 요인들이 있겠지만, 최근에는 뇌 안에 존재하는 통증 처리 경로가 하나가 아니라 여럿 존재한다는 사실이 밝혀지고 있으며, 이것이 통증의 개인차를 설명하는 중요한 요인일 것이라 제안되고 있다. 우충완 교수 연구팀은 400명이 넘는 피험자에게 열통증 자극을 주면서 관찰되는 뇌의 활성화 패턴을 분석했으며, 기계 학습 알고리즘을 이용해 개인 맞춤형 통증 예측 모델을 개발하였다. 이렇게 개발된 개인 맞춤형 통증 모델을 이용하여 여러 사람에 걸쳐 비슷한 패턴을 보이는 뇌 영역과, 사람마다 고유한 활성화 패턴을 보이는 뇌 영역을 확인하였으며, 이를 120명 이상의 독립적인 피험자를 대상으로 반복 검증했다. 우충완 교수는 “이번 연구를 통해 이전에는 놓치고 보지 못했던 통증에 중요한 뇌 영역들을 추가로 확인할 수 있었다”며 “특별히 더 발전된 기술보다는 약간의 관점 변화, 즉 집단 특성보다 각 사람의 고유성에 집중한 덕분에 가능했다. 앞으로도 한명 한명의 개인이 지닌 통증의 고유한 특성을 조사해 임상적으로 유용하게 사용할 수 있는, 개별 사람 중심의 신경과학 기술 개발을 위해 더 많은 노력을 기울일 것”이라고 밝혔다. 이번 연구의 제 1저자인 라다 코호토바는 “사람의 뇌에서 통증이 어떻게 처리되고 조절되는지에 대해서는 이미 우리가 답한 질문보다는, 앞으로 답해야 할 질문들이 더 많다”며, “본 연구가 통증의 개인차와 개별 특성에 대한 연구를 더욱 촉진하길 바란다”고 말했다. 본 연구는 기초과학연구원 뇌과학이미징연구단(IBS-R015-D1), 한국과학기술연구원 주요사업(2E30410-20-085), 한국연구재단의 우수신진연구(2019R1C1C1004512), 차세대바이오 사회밀착형지원사업(2021M3A9E4080780), 초융합 AI원천기술개발사업(2021M3E5D2A01022515)의 지원을 받아 수행되었다. 이번 연구는 세계적인 학술지 네이쳐 뉴로사이언스(Nature Neuroscience, IF 24.88)에 5월 30일 게재됐다. ※ 논문에 대한 자세한 내용은 저자의 유튜브 영상 초록을 참고하면 된다. https://youtu.be/jEy6vrKJuYM
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- 작성일 2022-05-31
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- 화학공학/고분자공학부 김태일 교수 연구팀, 세계적 학술지 Science에 진동노이즈 선택적 제거 연구결과 발표
- 화학공학/고분자공학부 김태일 교수 연구팀, 세계적 학술지 Science에 진동노이즈 선택적 제거 연구결과 발표 - 차세대 웨어러블, 삽입형 소자를 위한 발걸음 - 거미 다리의 패드를 모사해 전자 소자 개발 [사진] 김태일 교수, 박병학 박사 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학/고분자공학부 김태일 교수 연구팀은 박병학 박사의 주도 아래 거미 다리의 패드를 모사하여 외부 노이즈를 선택적으로 제거하는 댐핑 소재 및 이를 이용한 전자 소자를 개발하는 데 성공했다. 최근 생체 전자 소자는 상용화된 스마트워치 및 스마트폰을 비롯해 몸에 부착되거나 삽입된 형태로 중요한 생체 신호를 측정한다. 더 정밀한 측정을 위해 소자의 성능을 높이려는 연구가 많이 진행되었으나, 소자의 성능이 증가함에 따라 생체 신호 측정 시 움직임에 의한 노이즈를 비롯하여 다양한 생체 신호의 간섭이 원하는 신호를 구분하는 데 어려움을 주는 문제가 있다. 특히, 단순한 걷기, 움직임과 같은 생활 노이즈들은 대부분 30Hz 미만의 대역을 가지며 필연적으로 생체 신호 수집을 방해하는 요인 중 하나이다. 상용화된 전자 소자를 비롯하여 노이즈를 줄이기 위한 현재 연구 단계는 신호 처리 기술 및 이를 이용한 머신러닝 기반의 신호 분류가 많이 집중되고 있다. 하지만 이는 신호의 왜곡을 야기하고 추가적인 회로가 필요하며 즉각적인 신호 대역을 바꾸기 어렵다는 단점이 있다. 이 외에 다른 충격 흡수(댐핑) 재료들의 경우 선택적인 흡수가 아닌 모든 파장대를 흡수하는 문제점이 있다. 이에 연구팀은 위의 문제점을 자연의 재료로부터 영감을 받아 해결하고자 했다. 거미의 경우 매우 민감한 진동 수용체를 가지고 있어 적이나 먹이, 혹은 짝으로부터의 진동 신호를 민감하게 받아들일 수 있다. 흥미롭게도 바람이나 비와 같은 외부 노이즈들에서도 원하는 신호를 잘 읽을 수 있는데, 이는 진동 수용체 아래에 위치한 점탄성 패드(cuticular pad)가 선택적으로 낮은 주파수의 신호를 흡수하고 높은 주파수 대역을 진동수용체로 전달하기 때문이다. [연구그림 1] 젤라틴/키토산 기반의 점탄성 하이드로젤 이를 바탕으로 연구팀은 거미의 패드의 원리를 모사하여 필요한 영역대의 상대적으로 높은 주파수 대역을 갖는 생체 신호를 통과시키고, 낮은 주파수 대역을 갖는 노이즈들을 선택적으로 제거하는 새로운 소재를 세계 최초로 개발하였다. 거미의 패드의 경우 키틴이라는 당과 단백질로 이루어져있고, 키틴의 경우 인접한 고분자 사슬끼리 많은 수소결합을 형성하고 단백질의 경우 사슬 사이에서 상변화를 유도한다는 것을 확인하고, 젤라틴/키토산 기반의 점탄성 하이드로젤을 제작하였다. 실제로 젤라틴/키토산 기반의 점탄성 하이드로젤은 다른 소재보다 높은 충격흡수 에너지 및 주파수 선택도를 갖는 것을 확인하였다. 또한 온도를 외부에서 45도까지 조절하면 약 1 Hz에서 50 Hz 까지 댐핑 영역대를 실시간으로 조절할 수 있음을 확인하였다. [연구그림 2] 젤라틴/키토산 기반의 점탄성 하이드로젤 생체 응용 이를 이용하여 스트레인 센서와 결합하여 목 진동, 심박수 등의 기계적 생체 신호를 노이즈 하에서 높은 신호대 잡음비로 읽을 수 있고, 심전도, 뇌파 등의 전기적 생체 신호 역시 노이즈 하에서 안정적으로 검출이 가능함을 확인하였다. 신호처리를 이용하여 노이즈를 제거한 기존의 방법보다 높은 신호대 잡음비를 얻는 것으로, 재료가 선택적으로 노이즈를 댐핑하는 것이 기존의 방법보다 훨씬 효과적임을 입증하였다. 연구를 진행한 박병학 박사는 “이 연구는 자연이 가진, 거미의 특수한 기계적 성질을 모방하여 기존의 전자 소자가 가지고 있던 고질적인 노이즈 문제를 재료적으로 해결한 사례”라며, “전자 소자의 성능만을 높이는 것 뿐 아니라 선택적으로 외부 노이즈를 줄이는 것이 더 효과적인 생체 신호 수집의 방법이 될 수 있다”고 설명했다. 김태일 교수는 “노이즈를 최소화하여 생체 신호 모니터링 연구가 활성화되어 실시간으로 얻기 어려웠던 민감한 신호를 읽어내 진단 및 의공학 분야에서 큰 활용이 있을 것으로 전망한다”고 연구의 의의와 후속연구 계획을 설명했다. 본 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래창조과학부의 학문균형발전지원사업(NRF-2019R1I1A2A01061966), 휴먼플러스융합연구개발사업(NRF-2020M3C1B8016137), 뇌과학원천기술개발사업(NRF-2019M3C7A1032076), 산업통상자원부 및 산업기술평가관리원 주관 2020년 산업기술거점센터 육성시범사업(20013794) 그리고 산업통상자원부 및 한국산업기술진흥원 주관 2021년 산업혁신인재성장지원사업(해외연계)(P0017305)의 지원으로 수행되었으며, 세계적 국제학술지 ‘Science’에 5월 6일 게재되었다.
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- 작성일 2022-05-09
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- 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수, ‘메디포스트 신진과학자상’ 수상
- 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수, ‘메디포스트 신진과학자상’ 수상 글로벌바이오메디컬공학과 박천권 교수가 4월 29일 차바이오컴플렉스에서 개최된 2022 한국조직공학재생의학회 신진연구자 심포지움 및 정기총회에서 ‘메디포스트 신진과학자상’을 수상했다. 신진과학자상은 조직공학 및 재생의학 분야의 탁월한 학술업적이 인정되는 만 42세 미만의 신진과학자를 대상으로 수여하고 있으며, 줄기세포치료제 개발 전문기업인 메디포스트에서 후원하고 있다. 박천권 교수는 조직공학 및 생체재료분야에서의 학술 업적과 학회 발전에 기여한 공로를 높이 평가받아 수상자로 선정됐다. 한국조직공학재생의학회는 조직공학 및 재생의학 분야 국내 대표학회로 의학, 자연과학, 공학 등 재생의료에 관련된 학계, 연구소, 기업들이 회원으로 있는 다학제, 융합학회이다.
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- 작성일 2022-05-06
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