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- 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수 연구팀 핵산 나노공학 기업 프로지니어(주)와 공동연구로 “mRNA 하이드로겔을 이용한 무세포단백질 발현”
- 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수 연구팀 핵산 나노공학 기업 프로지니어(주)와 공동연구로 “mRNA 하이드로겔을 이용한 무세포단백질 발현” - RNA 스스로 정밀한 구조체 형성, 안정성 등 RNA 본질적 한계 극복 - 단기간에 저비용으로 원하는 기능성 단백질 대량 생산 가능 - 세계적 학술지 Advanced Materials (IF = 30.849) 연구 논문 게재 [사진] 엄숭호 교수, 안소연 연구원, 김정훈 연구원(왼쪽부터) 화학공학/고분자공학부 엄숭호 교수 연구팀이 단기간 내에 저비용으로 원하는 기능성 단백질을 대량 생산할 수 있는 연구결과를 발표했다. 본 연구는 mRNA 하이드로겔을 이용해 무세포 단백질을 발현시킨 것으로, 국내 바이오 벤처 기업인 주식회사 프로지니어와 공동연구로 진행되었다. 의료용 사이토카인(Cytokine), 개인 맞춤형 신약 등 다양한 바이오 의약 분야에 적극적으로 활용될 것으로 기대되고 있다. 연구팀은 핵산 나노공학 기술 기반으로 환 전사 기법(Rolling circle transcription)과 핵산 사중 나선 구조를 규칙적으로 배열되게 디자인해 생리 화학적 기능을 갖춘 새로운 RNA 하이드로 겔 구조체를 만들었다. RNA는 생체 내에서 생리활성 조절과 발현에 매우 중추적인 역할을 담당하지만 불안정해 원하는 디자인 제작이 어려워 그 이용성이 매우 제한된다. 이처럼 심각한 본질적 한계가 지적되는 상황에서 이번 연구는 현명한 해결책을 제시하고 있다. 생체 모사를 통한 효소 촉매 작용, 단백질 합성 등 자연이 정의한 RNA의 생물학적 조절자 역할이 세포 외에서도 실제로 가능함을 입증하였다. 해당 기술로 생명의 중심원리, 센트럴 도그마(Central dogma)의 번역과정에서 ‘RNA가 시공간적으로 유도하는 밀집화(Spatiotemporal RNA-derived RNA phase transformation)’가 정확히 재현되었다. 이로써 겔 내부 구획화로 인한 폭발적인 단백질 생산이 가능하게 되었다. 1950년부터 ‘무세포 단백질 발현’ 기술로 세포 밖에서도 단백질을 만들 수 있게 되었다. 현대 바이오 의약품 시장의 발전과 함께 이는 세계적인 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 무세포 단백질 발현 기술의 치명적 단점인 효율성 부분을 극대화하는데도 크게 이바지하고 있다. 아울러, 최초로 RNA의 겔 형태가 가능해 다양한 기능을 갖춘 RNA가 상대적으로 높은 기계적 물성을 확보할 수 있게 되었다. 이는 유전정보를 탑재한 첨단 신소재의 개발 가능성도 시사한다. RNA의 근원적인 문제점을 해결하고 생명의 중심원리에도 기여하는 등 본 기술의 보편적 적용 가능성은 다양한 응용 기술의 탄생으로 발전되어 신분야를 개척할 것으로 기대를 모으고 있다. 이를 실현하기 위해 본 기술은 프로지니어(주)(대표이사 김철, 이영구)의 개인 맞춤형 항암백신 ProV-001과 기능성 단백질 합성 파이프라인에 직접 적용되고 있다. [연구그림] 하이드로 겔을 이용한 단백질 대량생산 엄숭호 교수는 “본 연구는 인류가 세계 최초로 ‘RNA 공장’을 직접 디자인 제작한 것은 물론 무세포 단백질 발현 기술과 접목되어 첨단 자연 모사(Bio-inspiration) 기술의 정점을 확립한 것으로 높게 평가받을 수 있다. 현재 인류는 모든 단백질을 천연 세포에 의존해서 오랜 시간 걸려야만 효과적으로 생산할 수 있다고 믿고 있다. 이는 필수적으로 고가의 생산시스템을 요구하는데, 본 연구로 인해 저가로 단시간 내에 원하는 기능성 단백질을 인위적으로 대량 생산할 수 있게 되었다. 이번 논문으로 세계적인 연구자들로부터 본 기술의 혁신성과 산업적인 이용 가능성을 인정받았다”라면서 “빠른 항체 치료제 개발을 통해 실제 임상 진입의 문턱을 낮추고 환자 맞춤형 치료 발전의 실현에 크게 이바지할 것”이라고 말했다. 본 연구성과는 4월 5일 세계적 학술지인 Advanced Materials(IF=30.849)에 표지논문으로 온라인 게재되었다. ※ 논문명 : Protein-encoding Free-standing RNA Hydrogel for Sub-compartmentalized Translation
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- 작성일 2022-04-11
- 조회수 504
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- 생명공학대학 권대혁 교수 연구팀, 항바이러스 중화항체 한계점 극복할 수 있는 나노디스크 기반 치료제 개발
- 생명공학대학 권대혁 교수 연구팀, 항바이러스 중화항체 한계점 극복할 수 있는 나노디스크 기반 치료제 개발 [사진] 왼쪽부터 권대혁 교수, 정영훈 박사, 황재현 (박사과정) 성균관대학교(총장 신동렬) 생명공학대학 권대혁 교수 연구팀이 항바이러스 중화항체의 한계점을 극복할 수 있는 나노디스크 기반 치료제를 개발했다. 코로나바이러스와 인플루엔자 바이러스 등 호흡기 바이러스 감염을 치료하기 위해 중화항체 치료제가 많이 개발되고 있으나, 중증의 환자에게는 유의한 치료 효과가 나타나지 않는 한계가 드러나고 있다. 더 큰 문제점은 바이러스가 빠르게 변이를 일으키기 때문에 개발한 중화항체를 금방 쓸 수 없게 된다는 것이다. 권대혁 교수 연구팀은 이러한 한계점을 극복하고자 항체치료제가 바이러스의 사멸을 매개할 수 있도록 만들었다. 연구팀은 ‘좋은 콜레스테롤’로 불리는 HDL이 만들어지는 과정에서 납작한 디스크 형태의 작은 세포막 조각이 만들어지는데, 이를 이용해서 바이러스를 사멸시킬 수 있다는 사실을 네이쳐 커뮤니케이션스에 보고한 바 있다. 바이러스가 디스크 형태의 세포막 조각을 만나면 스스로를 파괴한다는 선행 연구에 기반하여 이번 연구에서는 항체와 상호보완하여 바이러스를 사멸할 수 있는 방법을 고안하였다. [연구그림]중화항체-나노퍼포레이터 복합체의 구조와 인플루엔자 바이러스 감염억제 기작 연구팀은 단백질공학을 활용해 디스크형 세포막 조각을 중화항체의 고유영역에 결합할 수 있도록 만들었더니, 중화항체를 단독으로 사용했을 때보다 훨씬 뛰어난 항바이러스 효과를 나타내는 것을 확인했다. 디스크형 세포막 조각은 감염된 세포가 스스로 사멸시킬 수 있도록 바이러스에 대한 저항력을 세포에 부여했다. 이는 단순히 바이러스의 활동을 억제하는 차원에서 한 발짝 더 나아가 바이러스를 사멸시키기 때문에 내성바이러스의 형성이 원천적으로 차단될 것으로 기대된다. 항체 의약품이 항암제 등의 개발에 널리 이용되는 것에 반해 항바이러스제의 개발은 그동안 성공적이지 못했는데, 본 기술은 기존의 다양한 항바이러스 항체의 치료제로서의 개발 가능성을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 연구팀은 현재 코로나바이러스에 본 기술을 적용하는 후속 연구를 수행 중이며, 벤처기업 엠브릭스(주)는 본 기술을 이전하여 항바이러스제로 개발할 계획이다. 본 연구는 삼성전자 미래기술육성센터가 주관하는 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 세계적 권위지인 ‘Small Methods’ (IF 14.188)에 2022년 2월 온라인 게재 및 표지 논문(back cover)으로 선정되었다. 연구에는 제1저자로 황재현 박사과정생, 정영훈 박사 외에도, 성균관대 정우재 교수, 생명공학연구원의 김상직 박사 등이 참여하였다. ※ 논문명 : Nanodisc-Mediated Conversion of Virustatic Antiviral Antibody to Disrupt Virus Envelope in Infected Cells
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- 작성일 2022-03-28
- 조회수 508
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- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀, 국소 스테로이드제가 필요없는 아토피 치료용 항산화 하이드로겔 패치 개발
- 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀, 국소 스테로이드제가 필요없는 아토피 치료용 항산화 하이드로겔 패치 개발 - 활성산소종 제거능 세리아 나노입자 담지 치료용 하이드로겔 개발 - 아토피 유발 피부의 활성산소종과 염증 면역 수치 감소 확인 [사진] 왼쪽부터 김예은 (석박사통합과정), 김재윤 교수, 최승우 박사 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학/고분자공학부 김재윤 교수 연구팀(제1저자 김예은 석박사통합과정, 최승우 박사)이 국소 스테로이드제의 사용 없이 아토피 염증 부위의 활성산소종을 효과적으로 제거해 아토피 피부염을 치료하는 항산화 하이드로겔 패치를 개발했다고 밝혔다. 활성산소종은 우리 몸에서 세포의 신호전달을 담당하는 필수 요소지만, 과도하게 많아지면 산화 스트레스가 증가함에 따라 DNA 파괴, 단백질 산화, 인지질의 과산화 등을 유발하여 세포의 사멸을 유도하거나 여러 염증성 사이토카인 등을 생성하여 노화 및 여러 질병을 유발한다. 또한 아토피 피부염 치료를 위해 스테로이드제, 항히스타민제, 항생제 등이 일반적으로 가장 많이 사용되고 있으나, 이 치료제들은 지속적인 사용 시 비만과 근육 약화, 혈압 상승 등을 유발하는 쿠싱 증후군이나 피부 장벽 약화, 졸음 등을 유발한다는 한계점이 존재한다. 특히 아토피 피부염은 만성 질환으로 발전하는 경우가 많고 재발가능성이 높아 지속적인 치료가 필요하기 때문에, 환자들은 이와 같은 부작용을 무릅쓰고 계속 치료제를 사용해야 한다. 따라서 안전하면서도 지속적인 치료가 가능한 치료법이 필요한 실정이다. [그림 1] 항산화 하이드로겔 패치의 아토피 피부염 치료 메커니즘 이에 연구팀은 해조류에서 유래한 생체 친화적인 알긴산 하이드로겔에 활성산소종을 제거하는 촉매 기능을 지닌 세리아 나노입자를 포함시키는 방법으로 아토피 치료용 항산화 하이드로겔 패치를 구현하였다. 아토피 피부염 부위에 존재하는 높은 농도의 활성산소종이 염증 부위에 부착된 하이드로겔 내부로 확산하여 세리아 나노입자에 의해 물과 산소로 전환되어 결과적으로 염증 부위의 산화스트레스 및 염증성 면역반응을 효과적으로 낮추는 원리이다. [그림 2] 항산화 하이드로겔 패치의 아토피 피부염 치료 메커니즘 (상세) 개발한 치료용 하이드로겔 패치는 필요에 따라 다양한 모양과 두께로 제작 가능하며, 부드럽고 유연한 소재이기 때문에 굴곡이 있는 아토피 피부염 부위에 맞게 적용이 가능한 장점이 있다. 또한 하이드로젤 고유의 높은 수분 함유도는 건조한 아토피 피부 관리에 필수적인 보습에 도움이 된다는 부가적인 장점을 지니고 있다. [그림 3] 항산화 하이드로겔 패치의 사진 (좌), 항산화 하이드로겔을 이용한 세포 내의 활성산소종 제거 (우) 아토피 피부염을 유발한 동물모델에 항산화 하이드로겔 패치를 부착하여 치료를 진행한 결과, 아토피 발현 부위의 활성산소종의 양이 현저히 줄어들었으며, 아토피 피부염의 대표적인 증상인 두꺼워진 표피층이 얇아졌고, 아토피와 관련된 면역학적 요소인 염증 유발 세포(비만세포)의 숫자와 염증성 사이토카인(신호전달물질)의 수치가 감소하여, 아토피 피부염이 치료됨을 확인하였다. [그림 4] 항산화 하이드로겔 패치를 이용한 아토피 피부염 치료 동물실험 결과 한편 최근 나노입자의 장기간 노출에 따른 인체 독성 문제가 이슈가 되고 있는데, 본 하이드로겔 패치의 경우 나노입자가 하이드로겔 내부에 완전히 갇혀 있는 형태로 나노입자가 하이드로겔이 부착된 피부 부위로 방출되지 않았다. 이는 본 하이드로겔 패치가 나노 독성을 유발할 가능성이 낮은 안전한 치료용 제제임을 시사한다. 김재윤 교수는 “일반적인 아토피 피부염 치료는 주로 염증 부위에 국소 스테로이드제를 적용하는 것인데, 이번에 개발한 하이드로겔 패치는 스테로이드제의 사용 없이 아토피 피부염에서 과발생하는 활성산소종을 선택적으로 소거하여 염증을 완화시키는 방식으로, 향후 후속 연구를 통해 다양한 피부 염증 질환에도 확대적용이 가능할 것으로 기대한다”고 설명했다. 본 연구 결과는 나노 과학&나노 공학 국제학술지 Nano Letters (IF: 11.189, JCR 분야 상위 9.06%)에 2월 28일 온라인 게재되었으며, 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 산림생명자원소재발굴연구사업 및 보건장학회의 지원으로 수행되었다. ※ 논문명 : Therapeutic Hydrogel Patch to Treat Atopic Dermatitis by Regulating Oxidative Stress
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- 작성일 2022-03-16
- 조회수 510
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- 의학과 이창우 교수,암을 공격하는 CD8+ T 세포의 항암 면역 기능 극복 연구
- 의학과 이창우 교수, 암을 공격하는 CD8+ T 세포의 항암 면역 기능 극복 연구 - 종양 침윤 CD8+ T 세포 기능이 억제되어 있는 기전 규명 - 새로운 항암 면역 극복 기술 제시 [사진] 좌측부터 이시연 대학원생, 이창우 교수, 박지현 박사 성균관대학교(총장 신동렬) 의학과 이창우 교수 연구팀(분자종양면역학연구실, 제1공동저자 박지현, 이시연)이 종양 미세환경에서 암세포를 공격하는 핵심적인 항암 면역 CD8+ T 세포가 Pellino1(Peli1) 유전자에 의해 기능이 억제되는 것을 밝히고, 암세포를 효율적으로 제거할 수 있는 항종양 면역 조절 연구에서 새로운 돌파구를 제시했다. 종양 미세환경(Tumor microenvironment)은 다양한 면역 세포들로 복잡하게 구성되어 있는데, 대표적으로 항종양 면역 반응과 면역 치료에 있어서 중요한 역할을 하는 CD8+ T 세포(CD8+ T lymphocyte)가 있다. CD8+ T 세포의 상태와 기능에 따라 면역 억제 또는 활성화시키며, 그중 CD8+ T 세포 활성을 억제하고 있는 신호를 차단함으로써 T 세포를 활성화시키는 면역 치료제는 다양한 암 및 면역질환을 치료함에 있어서 크게 각광받고 있다. 이러한 관점에서 유비퀴틴 E3 접합효소 Peli1을 통한 종양 면역 환경에서 CD8+ T 세포 활성 조절은 향후 항암제 개발에 새로운 전략으로 전망된다. [연구그림]Pellino1(Peli1)에 의한 종양 침윤 CD8+ T 세포의 활성 조절 본 연구는 분자생물학, 생화학, 종양면역학, 실험동물학, 임상병리학 및 데이터사이언스 등의 다학제 및 다기관(성균관대 의대, 서울아산병원, 국립암센터, 강남세브란스병원) 연구성과이다. 종양 침윤 CD8+ T 세포(Tumor infiltrating CD8+ T lymphocyte, TIL)에 존재하는 E3 접합효소 Peli1은 PKCθ와 직접적으로 결합하여 라이신 48 매개 폴리유비퀴틴화 (Lysine-48 linked polyubiquitination) 과정으로 CD8+ T 세포의 생존 및 증식 조절을 확인했다. 또한, B세포 림프종 환자의 CD8+ TILs에서 Peli1과 종양 면역 억제 수용체(inhibitory receptor) 간의 발현 상관관계를 규명했다. 이러한 결과들은 Peli1이 CD8+ T 세포의 활성을 조절할 수 있어, 면역 항암제 개발에 중요한 새로운 표적이 될 수 있음을 제시했다. 이창우 교수는 “종양 미세환경에서 새로운 항암 면역 기전을 규명한 연구 결과이며, CD8+ T 세포 활성에 관련한 Peli1 유전자의 중요한 기능을 밝힘으로써 새로운 면역 항암제의 표적으로 쓰이길 기대한다”고 설명했다. 본 연구성과는 저명한 미국암학회의 Cancer Immunology Research(SCI IF 11.151) 2022년 2월 온라인 게재되었다.
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- 작성일 2022-02-14
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- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수, 전자전기공학부 손동희 교수 공동 연구팀, 신축성 사람-로봇 인터페이스 구현을 위한 수분 및 열 저항성을 갖는 친환경 접착제 개발
- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수, 전자전기공학부 손동희 교수 공동 연구팀, 신축성 사람-로봇 인터페이스 구현을 위한 수분 및 열 저항성을 갖는 친환경 접착제 개발 - ACS 나노 1.10 (월) 논문 게재 - 사람-로봇 인터페이스에 사용 가능하고 수분 저항성을 갖춘 친환경 접착제 개발 [사진] 손동희 교수, 신미경 교수, 강규민 연구원, 최연선 연구원(왼쪽부터) 기존의 상업용 접착제(예: 시아노아크릴레이트, 에폭시 접착제)는 높은 접착력으로 인해 산업 및 건축 등 많은 분야에서 사용되어 왔지만, 수분이 있는 환경에서 접착력이 약하고 한번 떨어지면 접착력을 잃는 부분이 도전과제로 남아있다. 또한 생태계와 인체에 유해한 휘발성 유기화합물과 같은 부산물의 독성이 문제가 되었다. 최근 해양생물에서 영감을 받아 카테콜․갈롤 결합 중합체를 이용한 하이드로젤 기반 접착제가 개발되었지만, 여전히 변형에 대한 기계적 강도 및 습기와 열 같은 외부 영향에 저항하는 접착강도에 대한 개선이 필요하다. 이에 성균관대학교(총장 신동렬) 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수, 전자전기공학부 손동희 교수 공동 연구팀(제1저자 최연선, 강규민)은 녹차 추출물의 올리고머를 활용해 고밀도 재료의 응집력과 접착력을 동시에 높여 안정적으로 사람-로봇 인터페이스를 연결시킬 수 있는 친환경 고분자 접착제(Instantaneous polymeric adhesive with high strain tolerance)를 개발했다. 본 접착제는 사람의 움직임을 수중에서도 안정적으로 감지하고, 인체와 생태계에 유해한 휘발성 유기화합물을 전혀 발생시키지 않는다. [연구그림 1] 수중환경에서의 접착제 역할 연구팀이 개발한 친환경 접착제는 녹차 추출물인 에피갈로카테킨갈레이트(EGCG)의 올리고머와 생체적합성을 갖는 고분자인 폴리에틸렌글라이콜로 구성되어 있다. 두 가지 구성 성분이 수소결합을 통해 물이 상층액으로 빠져나오면서 고밀도로 응집력과 접착력을 동시에 보유한 접착제가 형성되고, 수중 환경에서도 안정적이고 가역적으로 접착력을 유지해 사람-로봇 인터페이스로써 정확한 신호 전달이 가능하다. [연구그림 2] 유무기 표면에서의 접착력 연구팀은 폴리페놀을 선형구조를 가지는 올리고머로 접착제를 제조했을 때, 기존에 가장 많이 사용해왔던 가지형 폴리페놀 탄닌산과 단분자 형태의 EGCG와 카테킨으로 만든 접착제와 비교하여 10배 이상의 높은 접착력을 보유하는 접착제를 만들 수 있음을 확인했다. 또한 다양한 유기, 무기 표면에서도 높은 접착력을 확보했다. [연구그림 3] 올리고머 접착제 본 연구에서 개발한 강력한 수분 접착성을 보유한 접착제는 건조환경과 수중환경 모두에서 딱딱한 센서와 유연한 장갑의 기계적 물성을 연결해줄 수 있는 계면소재로, 사람의 움직임에 의한 기계적 변형을 센서가 안정적으로 감지할 수 있게 하였다. 반면 기존의 3M 테이프는 건조환경과 수중환경 모두에서, 탄닌산 기반 접착제는 수중환경에서 센서와 장갑의 분리되어 센서가 변형을 정확히 감지할 수 없었다. 이를 통해 본 연구의 녹차 추출물 기반 접착제가 다양한 환경에서 사람-로봇 인터페이스를 안정적으로 연결할 수 있음을 확인했다. 본 연구는 기초과학연구원(IBS-R015-D1), 과학기술정보통신부-한국연구재단기초연구사업 (신진연구 No. 2020R1C1C1003903, No. 2020R1C1C1005567), 범부처전주기의료기기연구개발사업(202012D28) 과제 및 4단계 두뇌한국(BK)21사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지인 ACS 나노(ACS Nano, IF:15.881)에 1.10(월) 게재되었다. ※ 논문명 :Molecular Rationale for the Design of Instantaneous, Strain-Tolerant Polymeric Adhesive in a Stretchable Underwater Human–Machine Interface
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- 작성일 2022-01-18
- 조회수 484
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- 약학과 조동규, 이원식 교수 연구팀 코로나19 바이러스 전파 억제하는 엑소좀 기반의 치료기술 개발
- 약학과 조동규, 이원식 교수 연구팀 코로나19 바이러스 전파 억제하는 엑소좀 기반의 치료기술 개발 - 변이 코로나19 바이러스에 더 좋은 효과 보이는 치료제 개발 가능성 높여 [사진] 조동규 교수, 이원식 교수, 김학균 박사, 질병관리청 조준형 박사(좌측부터) 성균관대학교(총장 신동렬) 약학대학 중심의 공동 연구팀이 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)의 전파를 억제하는 엑소좀 기반 치료제를 개발했다. 성균관대 약학대학 조동규․이원식 교수 및 김학균 박사가 참여한 연구팀과, 질병관리청 국립감염병연구소 신종바이러스·매개체연구과 조준형 박사 연구팀 및 ㈜엑소스템텍(대표 조용우)이 공동으로 진행한 이번 연구를 통해 엑소좀 기반 코로나 바이러스 치료제 개발에 성큼 다가갔다. 2019년 겨울부터 코로나 바이러스의 창궐로 인해서 현재까지도 전 세계에서 많은 사람들이 고통을 받고 있다. mRNA 기반 차세대 백신이 도입되었지만 지속적으로 발생하는 변이들로 인해서 백신의 효과가 점점 떨어짐으로 인해 지속적으로 대유행이 발생하고 있다. 지금까지 코로나19에 대한 치료제로는 항체치료제가 주를 이루고 있다. 하지만 이러한 항체치료제는 계속해서 발생하는 다양한 변이들에 대한 효능이 점차 줄어들 수밖에 없다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하고자 개발된 엑소좀 기반 코로나-19 치료제는 바이러스의 세포수용체인 ACE2와 바이러스의 외피단백질인 SPIKE 단백질과의 결합력을 이용하여 고안되었다. 이 전략은 전염력이 높은 바이러스 변이들이 SPIKE 단백질의 ACE2에 대한 친화도가 증가하다는 점에 착안하였다. 바이러스 감염을 위한 수용체인 ACE2를 이용한 치료제이기 때문에 바이러스 감염에 대해서 치료 효능이 더 좋아지는 장점이 있다. 이에 더하여 SPIKE 단백질에 대한 친화도가 증가하는 걸로 알려진 ACE2 단백질의 변이형들을 이용하여, 그 효능을 더욱 증진시켰다. [연구그림 1] 신개념 엑소좀 기반 SARS-CoV-2 치료제 작용기작 개념도 기존 단백질 의약품의 제한된 약물동력학적 특징을 극복하고자, 엑소좀 표면에 바이러스 중화를 위한 ACE2 단백질의 세포외 부분(sACE2)과 그 변이형들을 엑소좀 특이적 마커와 융합시켰다. 이 방법을 통하여 단백질 단독으로 사용하였을 때 보다 더 적은양의 치료 단백질 양을 사용하면서 약물동력학적 약역학적 특성이 개선되어 뛰어난 효능을 나타내는 것을 확인하였다. ※ SPIKE 단백질 : SARS-CoV-2 바이러스의 외피에 있는 단백질로서 숙주세포의 수용체 인식과 세포막과의 융합 과정에서 중요한 역할을 하는 단백질 ※ sACE2(Soluble Angiotensin Converting Enzyme2) 단백질 : SARS-CoV-2가 숙주세포에 침입할 때 주로 사용하는 수용체는 ACE2이며, 이 ACE2 단백질의 세포외 부분이 잘려서 생기는 절편 단백질 [연구그림 2] 엑소좀 기반 SARS-CoV-2 치료제의 효능평가 이렇게 개발한 엑소좀 치료제는 바이러스의 외피단백질 부분만 SPIKE로 바꾼 슈도바이러스(유사바이러스)를 이용한 실험을 통해 야생형의 바이러스는 물론 베타변이, 델타변이 모두에서 억제효과를 확인하였으며, SPIKE에 변이가 있을수록 그 효능이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 슈도바이러스가 아닌 실제 코로나 바이러스와 델타 변이주를 이용한 실험에서도 엑소좀치료제가 바이러스의 전파를 막는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 효과는 더 나아가 동물 모델을 이용한 실험에서도 그 효능을 입증할 수 있었다. 조동규 교수는 “이번 연구를 통하여 새로운 엑소좀 기반의 COVID-19 치료제의 작용 원리와 실현 가능성을 제시하였다” 면서 “이번 연구는 ㈜엑소스템텍과의 공동연구를 통해 개발 중인 엑소좀 기반의 COVID-19 및 다양한 질환 치료제 개발의 새로운 동력이 될 것” 이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 해양수산부, 교육부, 보건복지부, 질병관리청 국립보건연구원의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 세계적 권위지인 ‘Journal of Extracellular Vesicles’ (IF 25.841)에 1.4(화) 발표되었다.
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- 작성일 2022-01-10
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- 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 및 분자세포생물학 교실 류동렬 교수 공동 연구팀, 원-스텝 미세유체시스템 개발을 통한 인공세포조직체 개발
- 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 및 분자세포생물학 교실 류동렬 교수 공동 연구팀, 원-스텝 미세유체시스템 개발을 통한 인공세포조직체 개발 - 세포간 상호작용을 통한 노치 신호전달 경로 조절 가능 - 마우스 근육 손상 모델에 이식 후 효과적인 근 섬유 재생 및 근 기능 향상 [사진] 김근형 교수, 류동렬 교수, 이형진 박사, 김주연 연구원(왼쪽부터) 세포 함유 구조체는 재생의학 분야에서 효과적인 조직 재생 및 재건을 위해 다양하게 응용되고 있다. 하지만 기존의 바이오프린팅된 세포 함유 구조체는 낮은 수준의 세포간 상호작용으로 인해 노치 신호전달 경로(Notch signaling pathway)의 기능을 잘 수행하지 못하는 한계가 있다. 이에 성균관대학교(총장 신동렬) 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 연구팀(공동 제1저자 김주연 연구원, 이형진 연구원)은 의과대학 분자세포생물학 교실 류동렬 교수 연구팀(진은주 연구원, 조윤주 연구원, 강배기 연구원)과 함께 원스텝 미세 유체 시스템을 개발했다. 이 시스템은 세포 비드 제작에 사용되는 생체재료의 점성, 온도 및 유속 조건을 제어하여 균일한 형태의 조직세포 및 줄기세포가 함유된 세포 응집체를 비드 형태로 자유자제로 제작할 수 있다. 제작된 세포 비드는 스페로이드 유사 구조체의 특징을 보였다. [연구 그림1] 세포 비드 함유 구조체 제작을 위한 원스텝 공정 연구팀은 바이오프린팅과의 결합을 통해 3차원 형태의 하이드로겔 스트럿 내부에 세포 비드를 함유한 기능성 하이브리드 구조체를 제작하였다. 제작 공정에서 세포 비드간 거리 또는 크기를 제어할 수 있는데, 이는 결과적으로 세포간 상호작용을 향상시켜 노치 신호 전달체계의 효율적인 조절이 가능하다. 이를 통해 제작된 다양한 조직세포(근육 및 뼈) 비드를 포함한 하이브리드 구조체는 생체외(In vitro) 평가에서 뛰어난 세포 성장 및 분화를 보였다. 나아가 연구팀은 인간 지방유래 줄기 세포 비드가 포함된 하이브리드 구조체를 제작하고 마우스의 근육 결손 모델을 이용한 생체내(In vivo) 평가를 진행하였다. 그 결과 구조체 이식 4주 후 하이브리드 구조체는 기존 바이오프린팅된 구조체에 비해 전체적인 근육 볼륨 및 무게가 증가하였으며, 조직학 및 면역형광 염색 평가에서 향상된 근 섬유 생성 및 근 기능을 보였다. [연구 그림2] 하이브리드 구조체 또한 연구팀은 개발된 구조체의 근 재생 효능을 추적하기 위해 실시한 유전자 염기서열(RNA sequencing) 분석에서 줄기세포 비드 포함 하이브리드 구조체는 근육 재생에 유리한 유전자들을 활발히 발현시키는 반면 염증 유발 관련 유전자들은 낮게 발현시키는 유전적 패턴을 보였다. 결과적으로 줄기세포 비드 포함 하리브리드 구조체는 손상된 근육 재생에 매우 탁월한 효과를 보임을 확인할 수 있었다. 김근형 교수는 “이번 연구 결과는 기존에 바이오프린팅으로 제작된 세포 구조체의 한계점을 획기적으로 극복 가능한 솔루션을 제공해 줄 수 있는 시스템이며, 향후 재생의학 분야에서 인체 장기 유사 제작 플랫폼으로 다양하게 활용될 수 있다”고 설명했다. 이번 연구 성과는 한국연구재단의 자연모사혁신기술개발사업, 기초연구사업 및 질병관리청 기초과학연구사업의 지원으로 수행되었으며, 나노재료과학분야 국제학술지인 “스몰 (Small, IF = 13.281)”에 2021년 12월 온라인 게재 및 표지 논문으로 선정되었다. *노치 신호전달 경로(Notch signaling pathway): 줄기세포의 분열, 생존, 분화 및 사멸 등 세포의 운명을 결정하는 데 매우 중요한 역할을 함 *세포 스페로이드(Cell spheroid): 3차원 형태의 세포 집합체로 생체 장기와 유사한 구조 및 기능을 갖음. 조직 공학, 암 연구, 약물 개발, 정밀 의료등 다양한 재생의학 분야에 활용됨 *논문명 : A microfluidic device to fabricate one-step cell bead-laden hydrogel struts for tissue engineering
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- 작성일 2022-01-10
- 조회수 437
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- 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀, 종양유래 엑소좀 억제제 기반의 면역치료 전략 제시
- 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀, 종양유래 엑소좀 억제제 기반의 면역치료 전략 제시 - 세포 독성 T 세포활성화를 통한 면역관문억제제의 한계 극복 기대 [사진] 박재형 교수, 신정민 박사(왼쪽부터) 성균관대학교(총장 신동렬) 화학공학/고분자공학부 박재형 교수 연구팀(제1저자 신정민)이 경북대학교 의과대학 백문창 교수 연구팀(공동 제1저자 이찬형)과 함께 암세포의 엑소좀(exosome) 생성 및 분비를 억제하는 약물을 기반으로 면역관문억제제의 효능을 크게 향상시키는 병용치료 기술을 개발했다. 면역관문억제제(immune checkpoint inhibitor)는 세포 독성 T세포(cytotoxic T cell)의 활성을 유도하는 항체기반 면역치료제로서, 흑색종, 두경부암, 폐암, 유방암 등 다양한 암 종에 효과가 있다. 특히, 일부 말기 암 환자를 완치시키는 놀라운 효과로 인해 3세대 항암제로 부각되고 있으며, 2018년 노벨 생리의학상을 수상한 꿈의 치료제이다. 하지만 이러한 꿈의 치료제도 단일요법으로는 효과를 보이는 환자가 15-45%에 불과해 여전히 많은 사람들이 치료제의 혜택을 보지 못하고 있는 실정이다. [그림 1] SFX와 aPD-L1 항체의 치료기작 개념도 최근 면역관문억제제가 듣지 않는 결정적 이유로 엑소좀 PD-L1(exosomal PD-L1)이 지목되었다. 종양세포에서 분비된 엑소좀 PD-L1은 혈액을 통해 온몸을 순환하면서 세포 독성 T세포의 사멸을 유도하고 면역관문억제제의 기능을 저해하는 것으로 알려져 있다. 즉, 암세포는 엑소좀 PD-L1을 이용해 암 세포를 공격하는 면역세포를 비활성화 시키고 투여된 치료제를 무력화시키는 전략으로 대항을 하고 있는 것이다. [그림 2] 엑소좀 분비 억제 및 종양 성장 억제 효능 공동연구진은 암 세포의 엑소좀 분비를 억제할 수 있다면 면역관문억제제의 한계를 극복할 수 있을 거라는 판단아래, 임상에 적용되고 있는 약물을 대상으로 고속대량스크리닝(high throughput screening)을 통하여 기존에 항생제로 사용되고 있던 설피속사졸 (sulfisoxazole, SFX)을 후보약물로 선정하여 연구를 수행하였다. 그 결과, SFX는 암세포의 엑소좀 PD-L1 분비를 효과적으로 억제하였고, 이러한 억제 효과가 T 세포의 활성화로 이어짐을 확인하였다. 또한, 동물실험을 통해 면역관문억제제와 SFX의 병용 투여가 T 세포 기반의 항암면역반응을 유발하여 단일 요법 대비 종양 치료 효과를 대폭 향상시킬 수 있음을 검증하였다. 연구를 주도한 박재형 교수는 "종양유래 엑소좀 PD-L1 분비억제 기능이 있는 SFX는 면역관문억제제로 치료가 되지 않거나 효능이 미비한 환자에게 적용 가능하며, 기존 면역관문억제제로 치료되지 않았던 다양한 암종에 확대적용 가능 할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 설명하였다. 현재 SFX는 엑소좀 치료제 바이오 벤처인 ㈜엑소스템텍에 기술 이전되어, 엑소좀 분비억제제와 면역관문억제제 병용치료로는 세계 최초 사례로 임상시험(1/2a 상)이 진행 중이다. 연구팀은 후속 연구로 SFX를 포함하는 고분자-약물접합체(Polymer-Drug Conjugate, PDC)와 항체-약물접합체(Antibody-Drug Conjugate, ADC)기반의 나노의약품 개발에 매진하고 있다. 본 연구성과는 삼성미래기술육성센터가 주관하는 삼성미래기술육성사업의 지원으로 수행되었으며, 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science, IF 16.806)'에 12월 20일(월) 게재되었다. ※ 논문명 : Sulfisoxazole elicits robust antitumour immune response along with immune checkpoint therapy by inhibiting exosomal PD-L1
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- 작성일 2021-12-30
- 조회수 352
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- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 연구팀,육안으로 혈액 응고 여부 식별 가능한 인체 내부 출혈 방지용
- 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 연구팀, 육안으로 혈액 응고 여부 식별 가능한 인체 내부 출혈 방지용 광학 이방성 액정 지혈제 개발 - 최소 침습 수술시 내부 출혈을 국소적으로 방지하고 진단하는 광학 이방성 액정 기반 차세대 지혈제 개발 [사진] 신미경 교수, 진수빈 연구원(왼쪽부터) 기존의 임상 환경에서 만성으로 혈액 응고 장애를 갖는 환자들(선천적인 혈우병, 당뇨병 등)은 외과적 수술 혹은 최소 침습적인 시술 중에 과도한 내부 장기 출혈, 지연되는 지혈, 지혈 이후에도 발생할 수 있는 재출혈로 고통받아왔다. 상용화된 지혈 제재들은 내재적 혈액 응고를 촉진하는 원리로 작동하기 때문에 다양한 환자군에서 지혈 효과를 기대할 수 없으며, 낮은 조직 접착력으로 내부 출혈시 국소적으로 도포하기 어려운 문제점 등이 야기되어 왔다. 또한 지혈 이후에도 재출혈에 대한 지속적인 모니터링을 위해 빛과 초음파 기반 고가 장비의 활용이 요구되는데, 어둡고 움직임이 제한된 수술 환경에서 이러한 출혈과 지혈을 조기에 명확하게 식별하는 것은 여전히 어려운 상황이다. [그림 1] 지혈을 육안으로 모니터링하는 과정 이에 성균관대학교(총장 신동렬) 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수 연구팀은 광학 이방성을 갖는 콜레스테롤 액정을 이용하여 최소 침습적인 시술․수술의 어두운 환경에서도 육안으로 지혈 및 출혈 여부를 식별할 수 있는 국소 지혈코아세르베이트(Hemostatic coacervate)를 개발했다. [그림 2] 코아세르베이트의 조직 접착력 및 지혈 효과 연구팀이 개발한 지혈제는 광학 이방성을 갖는 콜레스테롤 액정과 식물 유래 폴리페놀 중 하나인 탄닌산으로 구성되었으며, 콜레스테롤 액정을 코어로, 탄닌산을 쉘로 하는 ‘코어-쉘 콜로이드 입자’ 형태를 갖는다. 우수한 조직 접착력을 갖는 탄닌산 쉘이 과도한 출혈에서도 우수한 지혈능을 갖게 하였으며, 거즈 등 다양한 의료용 소모품에 효과적으로 코팅할 수 있을 뿐만 아니라, 그 자체로 글루 형태를 가질 수도 있어 지혈 기능성을 갖는 다양한 제형을 확보할 수 있었다. [그림 3] 지혈 코아세르베이트의 편광 방출 해당 지혈 코아세르베이트는 탄닌산과 혈액 내 구성성분들과 강한 응집력, 강한 조직 접착력에 의해, 출혈 부위에서 혈액과 즉각적으로 반응하여 ‘탄닌-혈액 장벽’을 조직 위에 형성할 수 있으며, 동시에 콜레스테롤 액정의 광이방성이 육안으로 식별 가능하여 혈액 응고 과정을 시각화할 수 있었다. 이를 이용하여 내시경과 같은 최소 침습적이고 시야가 제한된 환경에서도 육안으로 지혈을 모니터링 할 수 있었다. 신미경 교수는 “기존의 지혈제가 단순히 출혈을 방지하는 역할로서 사용되었던 과는 달리, 혈액 응고 과정을 효과적으로 식별할 수 있는 진단 기능성을 갖는 차세대 기능성 지혈제를 개발한 것으로, 위급한 사고 현장, 움직임과 빛이 제한된 의료 현장 등에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구 의의를 설명했다. 본 연구는 기초과학연구원(IBS-R015-D1), 과학기술정보통신부-한국연구재단기초연구사업(신진연구 No. 2020R1C1C1003903), 범부처전주기의료기기연구개발사업(202012D28) 과제 및 4단계 두뇌한국(BK)21사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced Functional materials, IF:18.808)에 12.19(일) 게재되었다. * 논문명 : Optically Anisotropic Topical Hemostatic Coacervate for Naked-Eye Identification of Blood Coagulation
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- 작성일 2021-12-30
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- 의학과 이창우 교수, 세포 및 조직 특이적 유전자 발현의 ‘새로운 기전’ 규명
- 의학과 이창우 교수, 세포 및 조직 특이적 유전자 발현의 ‘새로운 기전’ 규명 - 포유류 유전자 발현 가소성 조절의 새로운 가설 제시 [사진] 이창우 교수, 김현수 박사 의과대학 의학과 이창우 교수 연구팀(분자종양면역학연구실, 제1저자 김현수 박사)은 연세대 생명공학과 신용 교수 연구팀과의 공동연구를 통하여 포유류 세포 및 조직 특이적 유전자 발현의 새로운 기전을 밝혀내고, 탈인산화효소 Ssu72의 활성이 RNA 중합효소 II(RNA polymerase II 혹은 RNA Pol II)의 전반적인 전사 과정 조절에 핵심인 것을 밝혀냈다. 우리 몸을 구성하는 기관(organ) 및 조직(tissue)들은 다양한 세포들로 이루어져 있으며, 이러한 세포들은 내재되어 있는 그 고유의 특이적인 유전자들의 발현 및 적절한 억제를 통해 세포 항상성을 유지하며, 그 고유한 기능을 유지하고 있다. 특히 임상적으로 다양한 기관 및 조직들의 유전자 발현 조절 실패는 암을 비롯한 여러 대사성 질환, 면역성 질환의 원인임이 잘 알려져 있어서, 탈인산화효소 Ssu72를 통한 세포 및 조직 특이적 유전자 발현 조절은 향후 다양한 인간 질병 치료제 개발에 새로운 전기를 마련할 것으로 사료된다. 연구팀은 본 연구에서 여러 분자생물학, 생화학적 및 생명정보학적 실험방법들을 활용하여 효모에서 부분적으로 알려진 탈인산화효소 Ssu72의 기능을 마우스 조직 안의 다양한 세포들을 이용하여 심도 있게 연구한 결과이다. 이번 연구에서 포유동물의 탈인산화효소 Ssu72는 RNA 중합효소 II 전사 과정 (transcription)의 모든 단계[개시 단계 (initiation step), 전사 신장 단계 (elongation step), 종결 단계 (termination step)]에서 RNA 중합효소 II C-terminal domain (CTD)의 탈 인산화 작용을 통하여 유전자 발현을 조절함을 확인하였다. 또한, Ssu72는 조직 특이적으로 활성화된 유전자들을 우선적으로 통제함을 규명하였고, 이러한 결과들은 Ssu72가 세포내 특이적이고 안정적인 환경을 제공할 수 있는 정교한 유전자 발현기전을 통제하고 있음을 처음으로 밝힌 연구란 점에서 매우 커다란 의의를 갖는다. 이창우 교수는 “우리 몸을 구성하는 다양한 세포들의 특이적 유전자 발현에 대한 새로운 기전을 규명한 연구결과이다” 면서 “특이적 유전자 발현에 관련된 탈인산화효소 Ssu72의 핵심적인 기능을 밝힘으로써 다양한 인간 질환들의 진단 및 새로운 치료제 개발에 도움이 되길 기대한다”라고 설명했다. [연구 그림] 본 연구 성과는 Theranostics (SCI IF 11.556) 2021년 11월 온라인(2022년 1월 offline)으로 게재되었다.
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- 작성일 2021-12-07
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