고려대학교 바이오의공학부

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  • Where Engineering Meets Medical Science!바이오의공학부 School of Biomedical Engineering
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2019.05.20 윤대성 교수팀, 암세포막 코팅 기법 적용한 정밀 혈당 측정기 개발
윤대성 교수팀, 암세포막 코팅 기법 적용한 정밀 혈당 측정기 개발 바이오센서분야 최고 권위지 Biosensors & Bioelectronics 논문 게재 당뇨 환자 혈당 측정 오차로 인한 위험성이 줄어들 것 기대 고기능성 생체 재료 개발 활발해질 것 기대 박진성 교수와 공동연구로 두 편의 논문이 같은 학술지에 게재되는 쾌거도 이뤄내 보건과학대학 바이오의공학과 윤대성 교수 연구팀이 체내에서 포도당을 과량 흡수하여 이상증식에 사용하는 암세포를 이용해 혈당 측정기기의 포도당에 대한 선택성을 높게 향상시키는 세포막 필터를 개발했다. 이로 인해 당뇨병 환자가 식습관이나 건강보조식품의 섭취에 의한 영향을 받지 않고 언제든 안정적으로 자신의 정확한 혈당을 측정할 수 있는 센서를 개발했다. ▲ 왼쪽부터 고려대 바이오의공학과 김인수 통합과정, 이규도 연구교수, 윤대성 교수 당뇨병은 높은 혈당 수치가 오랫동안 지속되는 대사 질환군을 말한다. 혈액 내에 과다한 혈당은 다양한 합병증을 유발할 수 있다. 대표적인 합병증으로는 심혈관질환, 뇌졸중, 만성신부전, 당뇨병성 궤양, 당뇨망막병 등 다양하다. 현대인의 식습관, 정신적 스트레스, 생활 패턴에 의하여 당뇨병을 앓는 환자의 수는 계속 늘어나는 추세이고, 2040년에는 전 세계 성인의 10%인 약 6억4200만 명으로 증가될 것으로 추정된다.(국제 당뇨 연맹) 이에 따라 연간 6730억 달러에 달하는 비용이 소모되고 있으며 이는 전체 헬스케어 시장의 12%에 해당한다. 당뇨환자들은 지속적으로 본인의 혈당 수치를 관찰하며 관리해야 한다. 이를 위해 혈당 진단 기기들이 개발됐고 일반적으로 전기화학적 방식*을 사용해 신속하며 높은 정밀도를 가지는 것을 목표로 한다. 특히 효소를 사용한 방법으로 혈액 내의 포도당을 전기적인 신호로 바꾸어 측정하는 기술이 상용화되어 있다. 다만, 상기와 같은 효소 기반 전기화학적 혈당 센서는 포도당 외에 포도당과 분자구조가 유사한 물포도당과 분자구조가 유사한 물질(과당, 자일로오스, 말토오스 등)과 산화 환원반응을 일으키는 물질들 (시스테인, 비타민C, 요산 등)에 의해 정확한 측정이 불가능하다는 단점이 있다. 전 세계적으로도 이러한 한계를 극복하기 위해 다양한 방법이 활발하게 연구되고 있다. * 전기화학적 방식: 물질간의 전자 이동에 의한 산화·환원 반응과, 그것들에 의한 여러 가지 현상을 측정하는 방식. 연구팀은 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 포도당을 선택적으로 흡수하는 암세포의 특성에 집중했다. 암세포는 체내에서 이상증식을 일으키는 세포이며, 이상증식을 하기 위해 여타 세포보다 많은 영양소(포도당)가 필요하다. 포도당을 과량으로 흡수하기위해 암세포의 표면에 암세포가 되기 전보다 더 많은 포도당 수송체*를 발현시킨다. 포도당 수송체 는 혈액 내의 수많은 물질중에서 포도당만을 선택적으로 세포 내로 수송하는 역할을 한다. 이러한 포도당 수송체를 혈당센서에 응용하기 위해 암세포의 막을 추출 및 정제하여 코팅하는 기술을 개발했다. 필요한 상황에 맞게 두께를 조절할 수 있고, 본 연구에서는 혈당을 측정하기 위해 약 200nm 두께의 막을 제조했다. 암세포 막을 코팅하여 만들어진 이 센서는 코팅되지 않은 센서에 비해 수많은 물질이 공존하는 사람의 혈청에서 안정적으로 정확히 포도당의 농도를 측정할 수 있었다. * 포도당 수송체: 막단백질의 일종으로 포도당이 세포의 내부로 이동할 수 있도록 촉진시키는 수송 단백질. 포도당은 모든 생명체의 에너지원이기 때문에 대부분의 세포에 존재하며, 특히 적혈구 및 암세포에 많이 존재한다. 본 연구를 통해 향후 정확도 및 안정성을 높인 혈당 센서의 개발로 당뇨병 환자의 혈당 측정 오차로 인한 위험성이 줄어들 것이다. 더욱이 암세포막 외에도 다양한 세포들의 세포막을 코팅하여 다양한 기능성을 갖는 생체 재료를 만들 수 있을 것으로 기대되어 기존 합성 물질의 성능을 뛰어넘는 고 기능성 생체 재료의 개발이 활발해질 것으로 보인다. 해당 연구결과는 Elsevier에서 발행하는 전기화학 (Electrochemistry)및 분석화학 (Analytical chemistry)분야의 최고 권위지인 Biosensors & Bioelectronics (IF=8.173, 분야별 상위 4% 이내) 6월 15일자로 출판될 예정이다. 또한 고려대학교 박진성 교수와의 공동연구인 세포막기반 광학센서와 더불어 두 편의 논문이 같은 학술지에 게재되는 쾌거도 이뤄냈다. 저널정보: 저자 : 김인수 통합과정, 권도형 학부과정, 이동택 통합과정, 이규도 연구교수, 윤대성 지도교수 논문명 : Permselective glucose sensing with GLUT1-rich cancer cell membranes 학술지명, 권, 호 : Biosensors and Bioelectronics, Volume 135, Pages 82-87 (2019). https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.04.007 저자정보 : 김인수 _ 제1저자, 고려대학교 바이오융합공학과 박사과정 이규도 _ 공동교신저자, 고려대학교 글로벌헬스텍연구소 연구교수 윤대성 _ 교신저자, 고려대학교 바이오의공학부 교수 ▲ 그림 1. 암세포막이 코팅된 혈당센서의 작동 모식도 ▲ 그림 2. 암세포막 코팅 전후의 방해물질의 영향 측정. 포도당과 방해물질을 함께 측정하였고, 단일 포도당의 신호 (100%)에 근접할수록 방해물질의 영향이 적음. 출처: http://www.korea.ac.kr/user/boardList.do?boardId=474633&siteId=university&page=1&id=university_060108000000&boardSeq=485204&command=albumView
2019.05.20 정아람 교수 연구실, Lab on a Chip 저널 표지 논문 선정
정아람 교수, Lab on a Chip 저널 표지 논문 선정 정아람 교수님 랩 연구 결과가 Lab on a Chip 저널 표지 논문 선정 되었습니다. 논문 링크: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/lc/c9lc00041k#!divAbstract Hydroporator: a hydrodynamic cell membrane perforator for high-throughput vector-free nanomaterial intracellular delivery and DNA origami biostability evaluation Royal Society of Chemistry의 LAP ON A CHIP저널은 Chemistry, Analytical 분야 상위 5.556%, Biochemical Research Methods 분야 상위 5.696%의 저널 (Impact factor = 5.995, 2017 JCR 기준) 이다.
2019.05.17 윤대성 교수 연구실 소속, 대학원생 춘계 한국바이오칩 학회 수상
윤대성 교수 연구실 소속 대학원생 춘계 한국바이오칩 학회 수상 5월15일-17일 서울에서 열린 춘계 한국바이오칩 학회에서 윤대성 교수님 연구실 소속 대학원생 김인수학생이 모의 투자 경진대회에서 동상을 그리고 대학원생 이동택 학생이 우수 논문상을 수상하였습니다.
2019.05.09 윤대성 교수, 고려대 공동연구팀, 세포막 담요 기법 이용한 고민감도 광학 바이오센서 개발
고려대 공동연구팀, 세포막 담요 기법 이용한 고민감도 광학 바이오센서 개발 전자∙기계융합공학과 박진성 교수, 바이오의공학부 윤대성 교수 공동연구팀 성과 바이오센서 분야의 최고 권위지 Biosensors and Bioelectronics 논문 게재 대표적 광학센서 중 하나인 ‘국소 표면 플라즈몬 공명* 기법 센서’의 민감도를 세포막 담요 기법을 통해 극대화시켜 섬유소원*을 초고민감도로 넓은 영역에서 검출하는 센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 고려대학교 전자·기계융합공학과 박진성 교수, 바이오의공학부 윤대성 교수 공동연구팀이 그 주인공이다. ▲ (왼쪽부터) 전자·기계융합공학과 조성재 박사과정, 바이오의공학부 윤대성 교수, 전자·기계융합공학과 박진성 교수 세포막은 세포와 세포 외부의 경계를 짓는 막으로 세포 내 물질을 외부로부터 보호함과 동시에 세포내에 영양분을 공급하고 노폐물을 배출하는 등 세포대사의 핵심적 역할을 담당한다. 연구팀은 이 세포막의 표면에 다양한 수용기가 있다는 점을 착안, 세포 중 적혈구를 선택하고 여기서 추출한 세포막을 금 나노입자* 기판 위에 담요처럼 얇게 덮어 기판을 제작했다. 1) 국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance, LSPR) 금속으로 이루어진 나노구조체는 외부에서 입사되는 특정한 파장의 빛에 의해 나노구조체 전도대에 있는 전자들의 집단적 진동이 유발되어 특정 파장의 빛을 강하게 산란 및 흡수하게 되는데, 이를 국소 표면 플라즈몬 공명이라 한다. 이때 이 흡수 특성은 금속 나노구조체의 표면 주위 매질의 복소 유전율에 민감하게 반응하게되며, 이러한 성질을 이용하여 물질을 민감하게 측정할 수 있다. 2) 섬유소원 : 혈액 응고작용의 핵심적인 역할을 하며 과잉시 심혈관계질환, 결핍시 혈우병의 원인이 됨 3) 금 나노입자(Gold nanoparticle): 금 나노입자는 입자의 크기가 나노미터인 입자로 10-9m의 크기를 가진 입자를 뜻한다. 크기가 매우 작아 일반적인 광학현미경으로 관찰이 어려워 원자 힘 현미경, 투과 전자 현미경, 주사 전자 현미경 등 고해상도 현미경을 이용하여 관찰할 수 있다. 금 나노입자는 다양한 물질들로 기능화 하여 센서에 널리 쓰이는 물질 중 하나이다. 금 나노입자 기판을 이용한 이 센서는 적혈구에서 추출한 적혈구 막을 마치 담요처럼 기판에 덮어 나노입자를 안정적으로 고정화시킴과 동시에 입자간 뭉침을 방지하여 국소 표면 플라즈몬 공명 효과를 극대화시켰다. 그 결과 기존 센서의 검출 가능 영역보다 수천 배 넓은 검출 범위(0.001–5 mg/mL)와 높은 민감도를 가질 수 있었다. 섬유소원의 정상 영역뿐만 아니라 과잉과 결핍이 되는 모든 영역을 민감하게 검출하고 혈장 내 측정 가능성 또한 확인했다. 세포막 담요 기법을 광학 센서에 이용한 새로운 검출 방식이 제시된 것이다. 이로써, 세포막 담요 기법을 통하여 섬유소원 외에도 세포막과 반응하는 다양한 바이오물질을 검출할 수 있는 새로운 지표를 열었다. 실험을 진행한 조성재 박사과정 연구원은 “세포막 담요 기법을 통하여 기존에 검출하지 못한 새로운 바이오마커를 검출하고 싶다”는 포부를 밝혔다. 이번 연구는 한국 연구재단의 기초연구사업(중견연구-전략과제), 바이오·의료기술개발사업, 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과를 인정받아 바이오센서 분야의 최고 권위지 중 하나인 Biosensors and Bioelectronics (Impact factor : 8.173, 분야별 상위3%)에 4월 17일자 온라인에 게재됐다. * 논문명 : Highly sensitive and wide-range nanoplasmonic detection of fibrinogen using erythrocyte membrane-blanketed nanoparticles) * 저널정보 : Seongjae Jo, Insu Kim, Wonseok Lee, Minwoo Kim, Joohyung Park, Gyudo Lee, Dae Sung Yoon, Jinsung Park, Highly sensitive and wide-range nanoplasmonic detection of fibrinogen using erythrocyte membrane-blanketed nanoparticles, Biosensors and Bioelectronics, Available online 17 April 2019, ISSN 0956-5663, https://doi.org/10.1016/j.bios.2019.04.030 < 그 림 설 명 > ▲ 세포막 담요 기법을 이용한 국소 표면 플라즈몬 공명 기판 제작 방법과 이를 이용한 섬유소원(fibrinogen) 검출 기법의 모식도 출처: 고려대학교 홈페이지 >고대뉴스>연구 http://www.korea.ac.kr/user/boardList.do?boardId=474633&siteId=university&page=1&search=&column=&boardType=02&listType=&id=university_060108000000&parent=&boardSeq=485175&command=albumView&chkBoxSeq=&chkBoxId=&chkBoxPos=&chkBoxDepth=&chkBoxFamSeq=&warningYn=N&categoryId=&categoryDepth=&totalYn=&searchDate1=&searchDate2=
2019.05.07 최연호 교수 연구실, Analytical Chemistry 저널 표지 논문 선정
최연호 교수, Analytical Chemistry 저널 표지 논문 선정 최연호 교수님 랩 연구 결과가 Analytical Chemistry 저널 표지 논문 선정 되었습니다. Identification of Newly Emerging Influenza Viruses by Detecting the Virally Infected Cells Based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy and Principal Component Analysis, Anal. Chem., 2019, 91 (9), pp 5677–5684. American Chemistry Society의 Anaytical Chemistry 저널은 Chemistry, analytical 분야의 상위 4.32% 저널(IF=6.042, 2017 JCR 기준)이다. 논문 링크: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.8b05533
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