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우리 학교 화학공학과 황종국 교수가 참여한 국제 공동 연구팀이 저가의 금속 산화물을 고부가가치의 금속유기구조체 및 탄소 소재로 전환하는 기술을 개발했다.황종국 교수(사진)와 폴란드 포즈난대학 조안나 고시안스카(Joanna Goscianska) 교수, 영국 글래스고대학 베른하드 슈미트(Bernhard Schmidt) 교수, 스페인 바스크과학재단 스테판 부트케(Stefan Wuttke) 교수는 관련 연구 성과를 영국왕립회학회가 발간하는 저명 학술지 <캐미컬 소사이어티 리뷰(Chemical Society Reviews), impact factor 40.443> 4월6일자 온라인판에 게재했다.논문의 제목은 ‘금속유기구조체와 탄소 소재의 형상제어: 형상제어 유도체로서 금속산화물(Controlling the morphology of metal-organic frameworks and porous carbon materials: metal oxides as primary architecture-directing agents)’이다.연구팀은 논문에서 저가의 금속 산화물을 고부가가치를 갖는 금속 유기구조체 및 탄소 소재로 전환하는 기술을 소개하고 ▲제조방법 ▲전환 메커니즘 ▲적용 방향 등을 제시했다.금속유기구조체(metal-organic frameworks, MOF)는 최근 주목받고 있는 다공성 소재로, 금속이온과 유기 리간드의 배위결합을 통해 연결되어 골격구조를 형성하는 결정성 물질이다. 뛰어난 물리화학적 특성(금속유기구조체 1g은 100m*70m 규격 축구장 만큼의 비표면적을 가짐)으로 인해 금속유기구조체는 가스의 저장과 분리, 비균질 촉매, 에너지 저장 및 전환 장치 등에 폭넓게 사용된다.기존에는 분자 수준에서 금속유기구조체의 망구조(topology)를 예측하고 실험적으로 구현하는 연구가 활발히 이루어져 왔다. 그 결과 지금까지 약 6000개의 금속유기구조체가 보고되었다. 하지만 분자 수준에서 빠르고 복잡하게 결정화되는 특성 때문에, 금속유기구조체가 최종적으로 어떤 거시적 모양과 형상을 가질지 예측하거나 조절하는 것은 매우 어렵고 도전적인 과제로 남아있다.<금속 산화물을 전구체로 사용하여 고부가가치를 갖는 MOF와 다공성 탄소 소재로 전환하는 모식도>황종국 교수는 “금속유기구조체의 고유 특성을 실험실 안에서만이 아니라 실제 산업계에서 구현하기 위해서는 금속유기구조체를 다양한 이종소재와 복합화하고, 그 형상을 원하는 형태로 조절하는 기술이 확보되어야 한다”며 “하지만 고가의 별도 장비가 필요하고, 최종적으로 얻을 수 있는 형상이 단순하고 간단한 것에 국한된다는 기술적 한계를 가지고 있다”고 설명했다.이에 공동 연구팀은 복잡하고 정교한 형상을 갖는 금속유기구조체를 제조할 수 있는 방법으로, 금속 산화물을 유기 리간드와 반응시켜 금속유기구조체로 직접 전환하는 방법을 제시했다. 금속 산화물은 기존의 기술을 통해 원하는 크기와 형상으로 쉽게 성형할 수 있을 뿐만 아니라 직물, 전도성 기판 등의 이종 소재와 복합화될 수 있다. 따라서 원하는 형태와 패턴으로 성형된 금속 산화물을 이용하면, 기존의 방식으로 구현할 수 없는 높은 수준의 복잡성·정교함과 기능성을 갖는 금속유기구조체 및 금속유기구조체 유래 탄소 소재의 합성이 가능하다.황종국 교수는 “이번 총설 논문을 통해 복잡하고 정교한 형상을 갖는 금속유기구조체의 제조법과 제조 메커니즘을 정리했다”며 “형상제어된 금속유기구조체는 향후 에너지, 환경, 의학을 포함한 다양한 분야에 응용이 가능할 것”이라고 말했다.그는 이어 “이 연구 분야는 아직 초기 단계로 장기적으로는 산업 부산물·폐기물과 같이 저렴하고 풍부한 금속원료를 고부가가치의 금속유기구조체와 탄소 소재로 전환할 수 있는 상용화 기술을 개발하는 것이 목표”라고 덧붙였다.황종국 교수는 지난 10여 년간 나노다공성 소재의 구조와 형상을 제어하는 연구를 수행해온 나노 에너지 소재 전문가다. 최근에는 개발한 소재합성 기술을 바탕으로 ▲ 차세대 이차전지 전극재의 맞춤형 설계 ▲고순도 수소 생산을 위한 촉매 개발 연구에 집중해 왔다.
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- 작성일2020-04-20
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우리 학교 윤태종 교수 연구팀이 나노-유전자 가위 기술을 활용해 대장암 치료제를 개발하는 데 성공했다. 현재 널리 쓰이고 있는 대장암 항암제에 치료 효과를 보이지 않는 유전자 변이 대장암 환자들을 위한 치료법이다.윤태종 교수(약학과)는 조영석 가톨릭대 교수(의과대학 내과학교실)와 함께 나노 전달체에 유전자 가위 단백질 구조체를 탑재하는 방식을 통해 유전적 이상 부위를 효과적으로 편집함으로써 새로운 대장암 치료제를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 관련 내용은 저명 학술지 <나노 리서치(Nano Research)> 4월4일자 온라인판에 게재됐다. 논문의 제목은 ‘항암제 내성 대장암을 치료하기 위한 유전자 편집 나노 입자 시스템의 치료적 접근(Gene editing particle system as a therapeutic approach for drug-resistant colorectal cancer)’이다.윤 교수팀이 개발한 방법은 현재 대장암 치료를 위해 널리 사용되고 있는 약물에 저항성을 가져 치료가 어려웠던 환자들을 위한 것이다. 세툭시맙(cetuximab) 항암제는 대장암 치료를 위해 많이 쓰이고 있지만 암세포의 성장과 관련된 KRAS 유전자의 변이로 인해 치료 효과를 보지 못하는 환자가 많다는 점이 한계로 지적되어 왔다.대장암은 현대인의 식습관과 생활방식 탓에 지속적으로 발생이 증가하는 질병이다. 때문에 치료제 개발이 매우 활발히 진행되고 있으며, 주로 항체를 기반으로 한 약물이 사용되고 있다. 이 때쓰이는 약물은 EGFR 수용체에 결합, 암세포의 성장과 생존을 억제함으로써 치료 효과를 보인다. 그러나 대장암 환자 중 60% 정도는 약물에 저항을 나타내 더 이상 치료효과를 보이지 않는 것으로 알려져 있다. 이러한 경우는 암세포 성장과 관련된 KRAS 유전자의 변이에 의한 것으로, 관련된 환자들의 경우 예후가 매우 좋지 않다.많은 연구자들이 KRAS 유전자 변이에 의한 암을 치료하기 위해서 노력하고 있으나, 유전자 변이로 인해 지속적으로 암이 재발하면서 근본적 치유 방법에 대한 연구가 요구되어 왔다. 때문에 유전자 가위 기술유전자 가위 기술을 활용하는 것이 대안으로 제시되어 왔으나, 단백질 형태의 유전자 가위 소재가 체내에서 안정성이 크게 저하되어 효율성 문제의 해결이 쉽지 않았다.이에 윤태종 교수 연구팀은 나노 전달체에 유전자 가위 단백질 구조체를 탑재하여 유전적 이상 부위를 효과적으로 편집함으로써, 높은 치료 효과를 거둘 수 있음을 밝혀냈다. 연구팀은 나노 리포좀 구조체나노를 사용하여 KRAS 유전자 변이 부위를 편집할 수 있는 유전자 가위 단백질 소재를 탑재했다. 또한 이 나노 구조체 표면에 대장암 표적을 위한 항체를 도입함으로써, 유전자 가위 소재의 안정성과 치료 효과를 극대화할 수 있음을 확인했다. 생체 내 실험(in vivo)에서 암조직으로의 유전자 가위 소재 전달 효율은 60%에 달했으며, 동물 모델에서의 치료 효과는 대조군 대비 높은 치료 효과를 보였다.윤태종 교수는 “기존 유전자 형태의 유전자 가위 소재는 바이러스 전달체를 이용, 생체에 적용하는 구조로 전달 효율이 낮고, 원치 않는 부위까지 편집하게 되는 부작용(off-target 효과)이 문제였다”며 “이에 대안으로 단백질 구조체로 이뤄진 유전가 가위 소재가 부상했지만, 생체 내 주입 이후 효소들에 의해 분해되면서 전달·편집 효율이 낮아 한계를 보여 왔다”고 설명했다.이에 윤 교수 연구팀은 생체 적용이 가능한 소재로 이뤄진 나노 구조체를 발굴해 적용했다. 유전자 가위 기술을 이용해 유전자적 문제 부위를 편집하면 근본적 치료 가능성이 높아지나, 체내 주입 시 안정성이 떨어졌던 문제를 극복해낸 것.윤 교수는 “지금 현재는 암 치료를 위해 시험관 환경(in vitro)에서 면역 세포의 활성을 조절하는 수준의 유전자 가위 기술이 사용되고 있다”며 “앞으로는 직접 체내 주사를 통해 치료 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대한다”고 전했다. KRAS 유전자 변이에 의한 암은 대장암뿐 아니라 췌장암, 폐암, 난소암 등 많은 암 질환과 관련되어 있어, 치료가 어려운 암 질환의 극복을 위해서는 나노-유전자 가위 기술에 대한 연구가 더욱 긴요하다.윤태종 교수는 지난 20여 년간 다양한 바이오 물질을 효과적으로 세포나 조직에 전달할 수 있는 나노 소재를 연구해온 전문가다. 최근에는 유전자 가위 기술의 한계로 지적되어 온 ▲낮은 체내 안정성과 세포 침투율 ▲국부 치료가 불가능하다는 문제점 등을 극복하고자 나노 기술을 접목하는 연구에 집중해 왔다. 윤 교수는 우리 학교 산학협력단 산하의 엔포유 기술지주회사 ㈜무진메디의 대표를 맡고 있고 이 회사를 통해서 임상 시험을 진행할 계획이다.
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- 작성일2020-04-08
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최상돈 교수와 김욱 교수를 비롯한 우리 학교 교수들이 참여한 연구팀이 자가면역·염증성 질환 치료제를 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 전신홍반루푸스, 류마티스관절염을 비롯한 질환에 대한 치료 효과를 입증해냈다.관련 논문은 국제 학술지 <바이오매터리얼스(Biomaterials)> 3월17일자 온라인판에 게재됐다. 최상돈 교수(생명과학과·대학원 분자과학기술학과)가 교신저자로 참여했고, 김욱 교수(대학원 분자과학기술학과), 의대 서창희 교수(류마티스내과)와 김순선·정재연 교수(소화기내과)가 함께 했다. 우리 학교 샤 마사드 연구교수와, 경희대 강동병원 이상호 교수(신장내과)도 연구에 참여했다. 분자과학기술학과 대학원에 재학중인 김기영 학생, 아스마 아첵 학생도 공동 제1저자로 이름을 올렸다.연구팀은 자가면역·염증성 질환 펩타이드 치료제를 개발해 비알콜성 지방간염, 전신홍반루푸스, 류마티스관절염, 건선과 패혈증 질환에 대해 동물모델에서 치유효과를 입증해냈다.자가면역질환은 신체 조직이나 세포에 대한 비정상적 면역반응이 나타나 발생하는 질환이다. 전신홍반루푸스를 포함해 약 80여가지의 질환이 알려져 있다. 염증성 질환은 염증을 주병변으로 하는 질병의 총칭으로 비알콜성지방간염, 알츠하이머병, 패혈증 등이 포함된다.자가면역·염증성 질환의 초기 발병원인은 크게 두 가지다. 미생물과 병원체에서 유래된 물질에 의해 감염성 염증 반응을 일으키거나, 인체 내부 면역숙주에서 유래된 물질에 의해 비감염성 염증 반응을 일으키는 것. 모두 톨-유사 수용체의 부적절한 활성화로 생기는 반응이지만 이에 대한 이해나 기전 규명은 매우 부족한 상황이다. 이에 우리 학교 연구팀은 광범위한 톨-유사 수용체 제어능력을 가진 펩타이드(MIP2)를 발굴, 염증성 사이토카인 제어 기능을 확인해냈다.최상돈 교수는 “펩타이드(MIP2)를 투여한 질환동물모델에서 비알콜성지방간염, 전신홍반루푸스, 류마티스관절염, 건선과 패혈증 등이 치유되는 효과를 관찰했다”며 “이번 연구 이외에도 인플라마좀을 억제하는 신규 물질로 알츠하이머, 제2당뇨병, 다발성경화증 등 염증성 질환에 대한 유효성 연구를 진행하고 있다”고 설명했다.이번 연구는 보건복지부 연구중심병원 육성 R&D 및 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 기초·원천연구지원 사업의 지원으로 수행되었다.
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- 작성일2020-04-01
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우리 학교 최상돈 교수가 전신홍반루푸스 치료제를 개발했다. 전신홍반루푸스는 전신의 다양한 조직에 자가면역으로 인한 염증반응이 발생하는 질환이다.최상돈 교수(생명과학과·대학원 분자과학기술학과, 사진) 연구팀은 루푸스 동물모델에서 질병 치료 효과를 검증, 혁신적 치료 선도물질을 도출해 내는 데 성공했다고 밝혔다.관련 논문은 이바이오메디슨(EBioMedicine, 의학 분야 상위 7.7% ) 2월호 에 게재됐다. 논문의 제목은 “TIRAP 핵심 β-시트 영역 유래 펩타이드의 TLR4 제어를 통한 생쥐 모델에서의 염증성 및 자가면역 증상 완화(A peptide derived from the core β-sheet region of TIRAP decoys TLR4 and reduces inflammatory and autoimmune symptoms in murine models)"이다.전신홍반루푸스는 전신 침범 조직에 따라 피부 발진, 광과민성, 관절염, 구강궤양, 신장염, 혈구감소증, 혈관염, 장막염 등 다양한 증상을 나타낸다. 유전적인 소인을 가진 사람에게서 특정 바이러스 감염이나 자외선을 비롯한 환경적인 요인에 의해 발병한다고 알려져 있다.국내 루푸스 연도별 환자 수 추이는 2015년 2만902명에서 2019년 2만6556명으로 매년 증가하고 있다. 세계적으로는 500만명 이상이 루푸스의 한 형태인 질병에 걸린 것으로 알려져 있다. 대부분 루푸스는 20~30대 가임기의 여성에게 발병한다.최 교수팀은 루푸스 환경에서 생성되는 내인성 손상연관분자유형에 의한 톨-유사 수용체(Toll-like receptor; TLR) 신호 활성화를 자가 면역성 면역세포 촉진인자로 규정하고, 루푸스 동물모델에서 TLR7/9 제어 물질의 질병 치료 효과를 검증함으로써 혁신적인 치료 선도물질을 도출했다.이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단이 지원하는 원천기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다. 우리 학교 의과대학의 서창희 교수와 대학원 분자과학기술학과 김욱 교수, 경희대 의과대학의 함대현 교수가 함께 연구에 참여했다. 이번 연구 성과는 한국연구재단의 국민체감형 연구성과로 선정, 홍보 전시되고 있다.최상돈 교수는 ”TLR 제어를 응용한 의약품은 한 가지 자가면역질환에 효과가 증명되면 다양한 다른 자가면역질환 및 염증성 질환에도 적용이 가능하다“며 ”초대형 블록버스터가 될 가능성이 충분하다“고 전했다.
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- 작성일2020-03-09
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윤태종 교수 연구팀이 호르몬성 탈모 치료를 위한 나노 기술 접목 유전자 편집 기술을 개발했다. 이에 부작용을 최소화하고 효능을 극대화할 수 있는 탈모 치료 약물의 개발 가능성이 높아질 것으로 기대된다. 윤태종 아주대 교수(약학과, 사진)는 초음파에 반응하는 나노 입자를 이용한 유전자 편집 소재 전달 기술을 통해 호르몬성 탈모 치료에 탁월한 치료 효과를 냄을 확인했다고 밝혔다. 관련 내용은 저명 학술지 ( 바이오머티리얼즈(Biomaterials) ) 12월28일자 온라인판에 게재됐다. 논문 제목은 ‘CRISPR/Cas9 단백질 구조체 전달용 초음파 활성 나노 입자를 이용한 호르몬성 탈모 치료제 (Ultrasound-activated particles as CRISPR/Cas9 delivery system for androgenic alopecia therapy)’이다.호르몬성 탈모는 남성 호르몬인 테스토스테론이 두피 모낭세포에 존재하는 SRD5A2 환원 효소에 의해서 DHT라는 호르몬으로 변화되고, 이 호르몬이 두피 모낭세포의 성장을 억제함으로써 발생한다. 스트레스, 흡연 등에 따른 환경적 요인의 탈모와는 그 원인과 양상이 다른 것. DHT 생성의 원인이 되는 환원 효소는 앞머리와 윗머리 부위에 집중되어 있고 유전적으로 환원 효소가 과발현된 경우 해당 위치에 탈모가 발생한다. 이에 반해 환경적 요인의 탈모는 위치에 무관하게 발생한다. 유전적 탈모가 발생한 환자는 스트레스를 많이 받게 되고, 이는 삶의 질 악화로 이어지기 때문에 많은 관련 연구자들이 이를 치료하기 위한 약물 개발에 집중하고 있다. 현재 호르몬성 탈모 치료제로는 두타스테라이드, 피나스테라이드 등의 환원 효소 억제제를 임상적으로 사용하고 있다. 하지만 이러한 억제제들은 구강 투여제로, 두피뿐 아니라 다른 장기에 존재하는 환원 효소에도 영향을 미쳐 ▲저혈압 ▲남성의 여성 유방화 ▲간 독성 ▲성기능 장애 등의 다양한 부작용이 따르는 것으로 알려져 있다. 때문에 호르몬성 탈모를 호소하는 환자들로서는 장기 복용에 대한 부담감이 높았다. 윤태종 교수 연구팀은 외부 초음파의 자극에만 반응하는 미세 공기 방울을 활용할 경우, 일반적인 나노 구조체로 전달되기 어려운 부위에 매우 효과적으로 유전자 가위 소재(Cas9, sgRNA)를 전달할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 호르몬성 탈모 모델에서 이를 구강 투여가 아닌 두피 도포제 형태로 적용한 나노-유전자 가위 기술을 개발해냈다. 호르몬성 탈모가 유도된 동물 모델을 대상으로 미세공기방울-나노 리포좀 구조체에 단백질 형태의 유전자 가위 물질을 탑재, 피부에 도포한 후 초음파를 탈모 부위에 가했을 때 탁월한 치료 효과를 거둘 수 있음을 확인한 것. 또한 전달된 유전자 가위가 타깃하는 SRD5A2 환원 효소 유전자를 삭제해 근본적으로 효소 생성을 억제한다는 부분도 확인했다. 이는 수 차례의 도포 처리만으로도 영구적으로 탈모 질환을 치료할 수 있음을 보여주는 결과다. 기존의 호르몬성 탈모 치료제 약물에서 나타났던 여러 부작용은 목격되지 않았고, 8주 만에 모발 생성이 회복됨을 확인할 수 있었다.윤태종 교수는 “침투가 어려운 모낭세포에 간단한 초음파 자극만으로도 빠르게 단백질 형태의 유전자 편집 물질을 전달할 수 있다는 것을 발견했다는 점이 이번 연구의 중요한 성과”라며 “유전자를 직접 편집할 수 있는 유전자 가위 기술이 근본적 탈모 치료에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 전망되어 왔으나 그동안 나노 기술의 접목이 쉽지 않았다”고 말했다.이어 윤 교수는 "나노 기술의 유전자 가위 기술 접목에 따른 시너지 효과로 부작용을 최소화하고 효능은 극대화할 수 있어, 유전자 가위 기술이 가지는 무한한 가능성을 활용할 경우 기존 약물로는 극복하기 어려운 난치·불치성 질환을 치료할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.윤태종 교수는 지난 20여 년간 다양한 바이오 물질을 효과적으로 세포나 조직에 전달할 수 있는 나노 소재를 연구해온 전문가다. 최근에는 유전자 가위 기술의 한계로 지적되어 온 ▲낮은 체내 안정성과 세포 침투율 ▲국부 치료가 불가능하다는 문제점 등을 극복하고자 나노 기술을 접목하는 연구에 집중해 왔다.
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- 작성자연구팀
- 작성일2020-01-21
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