고려대학교 바이오의공학부

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  • Where Engineering Meets Medical Science!바이오의공학부 School of Biomedical Engineering

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학부 소식

2021.06.22 정아람 교수 연구팀, 고비용 및 안전성 이슈 등 기존 암 면역세포치료 한계 극복 가능해져
고비용 및 안전성 이슈 등 기존 암 면역세포치료 한계 극복 가능해져 T세포(암 면역세포치료용) 유전자 편집·조작 가능한 바이오칩 개발 미세액적 기반 암 면역세포치료제 생산 플랫폼 선보여 정아람 교수팀, 연구결과 국제학술지 ‘ACS Nano’ 게재 ▲ 왼쪽부터 주병주 연구원(제1저자), 윤승규 의학과 교수, 정아람 바이오의공학부 교수 보건과학대학 바이오의공학부 정아람 교수 연구팀은 암 면역세포치료용 T세포 유전자 편집 및 조작이 가 능한 바이오칩을 개발했다. 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제 학술지 ‘ACS Nano(IF=14.588)’에 미국 현지시간 6월 18일자 온라인 게재됐다. 그동안 독성 항암제, 표적 항암제가 암 치료에 사용되고 있지만 궁극적인 암 완치에는 이르지 못하고 있는 것이 현실이다. 이에 새로운 대안으로 환자의 면역세포를 사용하여 암을 제거하는 ‘암 면역세포치료(cancer immuno-cell therapy)’가 최근 놀라운 효능으로 큰 주목을 받고 있다. 백혈병, 림프종 등 일부 혈액암에서의 완치 결과를 바탕으로 미국 FDA에서 승인받은 5가지의 암 면역세포치료제가 현재 암 치료에 사용 중에 있다. 보통 암 면역세포치료는 환자의 T세포를 분리한 후 암을 인지 및 공격 가능하게 하는 CAR(chimeric antigen receptor) 유전자를 T세포 안으로 넣고 이 세포들을 다시 환자에 주입함으로 치료가 이루어진다. 이때 유전자를 세포 안에 넣기 위하여 바이러스 사용하게 되는데 이로 인하여 발생되는 안전성의 문제와 낮은 생산량이 큰 단점으로 지적됐다. 또한 뛰어난 효과에도 불구하고 고가의 가격은 접근성에 있어서도 그 한계점이 분명하다. 이러한 한계점들을 근본적으로 해결하고자 정아람 교수팀은 미세액적(microdroplet)기반 암 면역세포치료제 생산 플랫폼을 개발했다. 해당 기술은 미세액적 속에서 물리적으로 세포막/핵막을 열어 효과적으로 유전자를 T세포 속으로 넣는 플랫폼 기술이다. 그 기술은 전달물질의 크기와 면역세포의 종류에 크게 구애받지 않는 특징이 있다. 또한 저비용으로 또 고효율로 유전자 전달이 가능한 높은 범용성을 증명했으며, 매우 적은 양의 핵산만을 사용하는 점에서 그 의미가 더욱 크다. 나아가 분당 백만 개 이상의 T세포를 대량으로 편집할 수 있는 높은 처리량을 고려했을 때 보고된 기술이 세포치료제 생산에 바로 사용될 수 있을 것이라 전망된다. ▲ 그림설명 : 미세액적 이용 세포치료제 생산 플랫폼의 모식도, 작동 원리 그리고 전달결과 논문의 제1저자인 주병주 연구원은 “미세유체기반 세포 내 물질전달은 세포 치료제 개발을 포함한 다양한 생명공학 연구에 응용 가능한 잠재력을 가진 기술”이라며 “이번 연구는 기존의 보고된 기술들보다 높은 T세포 형질전환 수율을 얻었다는 점에서 주목할 만한 성과”라고 연구 의의를 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 개인연구지원사업과 고려대의 지원 아래 고려대 안암병원 진단검사의학과 윤승규 교수와의 공동 연구로 수행됐다. * 논문 제목: Highly Efficient Transfection of Human Primary T Lymphocytes Using Droplet-Enabled Mechanoporation * 논문 링크: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.0c10473 * 저자정보: 주병주(고려대, 제1저자), 허정수(고려대), 김기범(고려대), 윤승규(고려대), 정아람(고려대, 교신저자) 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 자료출처 : 고대소식ㅣ고대뉴스 ㅣ 연구 http://korea.ac.kr/user/boardList.do?boardId=474633&command=albumView&page=1&boardSeq=490406&id=university_060108000000
2021.06.21 '2021 한국바이오칩학회 춘계 국제학술대회' 우수 구두 발표상 및 우수 포스터 발표상 수상
'2021 한국바이오칩학회 춘계 국제학술대회' 우수 구두 발표상 및 우수 포스터 발표상 수상 '2021 한국바이오칩학회 춘계 국제학술대회'가 6/16일부터 6/18일에 홍천 비발디파크에서 진행되었다. 학술대회에서 허정수 학생(지도교수 정아람)이 "Human Primary T Cell Engineering via Microfluidic Cell Stretching for Cancer Immunotherapy" 발표로 우수 구두 발표상을 수상하였고, 김기범 학생(지도교수 정아람)이 "Clogging-Free Hydropoator for Cell Engineering" 발표로 우수 포스터 발표상을 수상하였다. 바 이 오 의 공 학 부
2021.06.20 '대한의용생체공학회 2021 온라인 춘계학술대회' 우수 포스터상 수상
'대한의용생체공학회 2021 온라인 춘계학술대회' 우수 포스터상 수상 5/12일부터 5/14일에 열린 '대한의용생체공학회 2021 온라인 춘계학술대회'에서 권찬 학생(지도교수 정아람)이 "Microfluidic cell shearing enables highly effective macromolecule intracellular delivery" 발표로 우수 포스터 상을 수상하였다. 바 이 오 의 공 학 부
2021.03.16 윤대성 교수팀, “인공나노적혈구 이용한 심혈관질환바이오마커 검지”
“인공나노적혈구 이용한 심혈관질환바이오마커 검지” 고려대-광운대 공동연구팀, 고정밀 피브리노겐 검출 센서 개발 나노기술과 바이오기술을 접목, ACS Nano 온라인 커버로 게재돼 ▲ 왼쪽부터 보건과학대학 바이오의공학과 윤대성 교수(교신저자), 과학기술대학 생명정보공학과 이규도 교수(공동교신저자), 광운대 정기공학과 이정훈 교수(공동교신저자), 고려대 바이오의공학과 김인수 대학원생, 제1저자) 심혈관질환은 생명을 위협할 수 있는 위험한 질병이며 심부전, 심근 경색, 뇌졸중 등의 질병이 속해있다. 심혈관질환 발생 후 바로 병원에서 치료를 받지 않으면 생존률이 극도로 낮아지는 무서운 질병이다. 이러한 질병은 발생할 경우 일회성으로 발병하고 치료하면 해결되는 질병이 아니며, 당뇨병과 같이 지속적으로 환자의 상태를 관찰하고 위험성을 확인해야 한다. 심혈관질환의 위험성과 관련있는 체내 바이오마커들이 연구되어 왔고, 한가지 바이오마커로는 정밀한 진단이 어려움이 밝혀졌다. 기존의 질병의 위험성을 확인하기 위한 기술들에 더하여 심혈관질환의 발생 전후로 체내에 농도가 크게 증가하는 단백질인 피브리노겐을 측정했다. 기존의 피브리노겐 측정 기술의 경우 효소를 사용하는 방식으로 정확도가 낮고 오차 범위가 커서 정확한 측정이 불가능했다. 고려대학교(총장 정진택) 윤대성 교수와 이규도 교수, 광운대 이정훈 교수 공동연구팀은 이러한 한계를 극복하고자 적혈구 세포막에 존재하는 피브리노겐 수용체 (인테그린 αIIbβ3)를 이용했다. 이를 위해 적혈구에서 세포막과 막단백질을 추출하여 70nm 직경의 금 나노입자에 코팅하여 나노 크기의 적혈구 모방체를 만들었다. 이 모방체를 이용할 경우 일반 적혈구와 동일하게 상처가 났을 때 발생하는 혈액응고과정을 모방할 수 있다. 구체적으로 피브리노겐에 반응하여 적혈구 모방체가 응집하며, 피브리노겐의 농도가 높을수록 응집도가 증가했다. 이와 같은 피브리노겐의 농도에 따른 응집도의 정도에 따라 금 나노입자의 표면 플라즈몬 공명 현상이 변화하여 이를 관측할 수 있게 했다. 이번에 개발된 바이오센서 기술은 기존의 병원에서 사용하는 피브리노겐의 분석법에 비해서 다양한 이점을 갖는다. 기존 방법은 피브리노겐의 중합체인 불용성 피브린을 분석하는 간접적인 방식이나 개발된 센서의 경우는 수용성의 단량체 피브리노겐을 직접 검지하는 방식이다. 뿐만 아니라 혈액응고과정에서 발생하는 다양한 간섭물질들에 영향을 받지 않고 오로지 프브리노겐에 만 반응하는 등 민감도와 특이도가 대폭 개선된 결과를 나타냈다. 심혈관질환 위험군 환자들은 언제 심혈관질환이 재발할지 걱정하며 삶을 살아가고 있다. 이러한 위험군 환자들이 스스로 자신의 상태를 모니터링하여 심혈관질환 발생 위험성을 확인한다면 환자들의 불안감을 줄일 수 있을 것이다. 더욱이 발생할 심혈관질환을 예방하여 보다 많은 생명을 살릴 수 있을 것으로 기대된다. 이와 관련하여 영국 케임브릿지 대학교 공중보건학과 선임연구원 Stephen Kaptoge는 피브리노겐과 CRP의 농도를 측정하여 기존 심혈관질환 위험성 평가할경우 심혈관질환이 발생하기 전 약물치료만으로 위험 요소를 제거하여 질병 발생 건당 23,000 달러의 절약효과가 있다고 언급했다. 이는 심혈관질환이 발생한 후 드는 입원비, 수술비, 간호비가 경감되기 때문에 가능한 수치이다. (https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/nejmoa1107477) 윤대성 교수는 “이번에 개발된 센서의 경우는 혈액응고과정이라는 인체의 생체현상을 자연모사하여 개발된 세포막기반 바이오센서로, 이러한 세포막 생체모방의 개념은 다양하게 확장될 수 있다. 예를 들면 다양한 질병의 발병과정을 자연모사하여 질병에 원인이 되는 세포막을 코팅한 바이오센서를 개발할 수 있고, 암 혹은 자가면역질환, 감염성질환과 같은 질병을 진단할 수 있는 다양한 생체모방형 바이오센서를 구현할 수 있다.” 고 말했다. 이번 연구성과에는 김인수 박사과정생 (고려대 바이오의공학과, 제 1저자), 윤대성 교수 (고려대 바이오의공학과, 교신저자), 이규도 교수 (고려대 생명정보공학과, 교신저자), 이정훈교수 (광운대 전기공학과, 교신저자)가 주저자로 참여했다. 이번 연구는 자연모사혁신기술개발사업(한국연구재단) 연구과제의 일환으로 진행됐고, 나노기술 및 다학제간 재료의 분야의 권위 있는 국제 학술지인 ACS Nano (IF 14.588, 상위 5.3%) 1월 30일 온라인판 커버로 발표됐다. 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr) 출처 : http://korea.ac.kr/user/boardList.do?boardId=474633&siteId=university&page=3&search=&column=&boardType=02&listType=&id=university_060108000000&parent=&boardSeq=489621&command=albumView&chkBoxSeq=&chkBoxId=&chkBoxPos=&chkBoxDepth=&chkBoxFamSeq=&warningYn=N&categoryId=&categoryDepth=&totalYn=&searchDate1=&searchDate2=
2021.03.16 윤대성 교수팀, 단백질 코로나, 알츠하이머 치료제 개발 도울 실마리
단백질 코로나, 알츠하이머 치료제 개발 도울 실마리 아밀로이드 올리고머 표적 고효율 약물 스크리닝 기술 개발 윤대성-이규도 교수 공동연구팀, 네이처 커뮤니케이션즈 논문 게재 ▲ 왼쪽부터 이동택 고려대 바이오의공과 석박사 통합과정(제1저자) , 이정훈 교수(교신저자), 이규도 교수(교신저자), 윤대성 교수(교신저자) 알츠하이머병의 원인으로 밝혀진 아밀로이드 베타(Amyloid-β, Aβ) 올리고머를 나노입자 표면에 합성하고 이를 이용해 아밀로이드 베타 올리고머를 분해하는 화합물이나 생체단백질을 빠르게 발굴할 수 있는 길이 열렸다. 보건과학대학 바이오의공학과 윤대성 교수 연구팀은 생명과학대학 생명정보공학과 이규도 교수, 광운대 이정훈 교수, 경희대 황교선 교수와 공동으로 나노입자 표면에 단백질 코로나 형태로 아밀로이드 베타 올리고머를 합성, 수많은 화합물 가운데 올리고머만 선택적으로 분해하는 화합물을 탐색(스크리닝)할 수 있는 플랫폼을 개발했다. * 단백질 코로나(protein corona) : 마치 태양의 코로나처럼 단백질들이 나노입자 표면에 응집해 이룬 응집체를 뜻함. 태양의 상층부 대기를 뜻하는 코로나는 태양 주변으로 뻗어 나오는 형상이 왕관(corona)을 닮았다 하여 붙여진 이름. 이번 성과로 인해 화합물을 탐색하는 데 걸리는 시간을 기존 수 일에서 하루 이내(예: 3~6 시간)로 단축, 알츠하이머 치료제 후보물질 발굴에 새로운 활기가 될 것으로 기대된다. 고가인 아밀로이드 베타를 아주 조금(기존 대비 50배 이하)만 사용해도 되는 것도 장점이다. 현재 알츠하이머병의 주요 원인물질로 아밀로이드 베타 플라크에서 아밀로이드 베타 올리고머로 초점이 맞춰지고 있다. 그러나 순수한 올리고머 합성과 정제가 어려운데다 올리고머를 표지할 수 있는 형광물질도 없어 이를 표적으로 하는 약물 후보물질을 대량으로 탐색하기가 쉽지 않았다. 연구팀은 플라즈모닉 나노입자 표면에 단백질 코로나 형태로 순수한 아밀로이드 베타 올리고머 만을 코팅하는데 성공하였으며, 후보화합물에 의해 단백질 코로나가 분해될 시 나노입자 표면이 노출, 나노입자가 서로 응집하여 흡광도 변화를 유도, 용액이 적색으로 변하는 원리를 이용하여 약물탐색 플랫폼을 개발했다. * 플라즈모닉 나노입자 : 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 띄는 금속나노입자 * 국소화 표면 플라즈모닉 현상 : 금속 나노입자와 빛이 반응하여 일어나는 광학적 특성. 나노입자의 크기 및 구조에 따라서 독특한 흡광특성을 나타냄 형광물질이나 추적을 위한 추가적인 처리 없이 용액 색 변화로 올리고머를 선택적으로 분해하는 화합물이나 생체단백질을 선별할 수 있도록 한 것이다. 실제 알츠하이머 완화에 도움이 된다고 알려진 저분자 화학물질 6종 및 생체 내 아밀로이드 베타를 제거하는 생체단백질 2종을 이용해 이 플랫폼을 검증했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업, 원천기술개발사업 및 4단계 BK21 사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 1월 27일 게재됐다. * 논문명 : Plasmonic nanoparticle amyloid corona for screening Aβ oligomeric aggregate-degrading drugs * 저널명 : Nature Communications * 저 자 : 윤대성 교수 (고려대, 교신저자), 이규도 교수 (고려대, 교신저자) 이정훈 교수 (고려대, 교신저자, 이동택 박사과정 (고려대, 1저자), 박동성 박사과정 (고려대), 이상원 박사 (고려대), 이원석 박사 (고려대), 황교선 교수 (경희대) [ 그 림 설 명 ] (그림 1) 플라즈모닉 나노입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)을 이용한 비색법 약물 스크리닝. (a) PNAC의 복합체 형성 과정. (b, c) 형성과정의 TEM 이미지. (d) 약물 처리에 따른 아밀로이드 코로나의 분해 양상 Cryo-TEM 이미지. (e) PNAC을 이용한 비색법 약물 스크리닝. 플라즈모닉 나노입자를 기반으로 하여, 아밀로이드 베타 (Amyloid-β, Aβ)를 증착시켜 단백질 코로나 형태로 플라즈모닉 나노입자 아밀로이드 코로나 (PNAC)을 합성함. 이 기술은 나노입자 응집에 의한 국소 플라즈몬 공명 (Localized surface plasmon resonance, LSPR) 현상을 기반으로 하여 용액의 색 변화를 통해 (비색법) 약물의 효능을 정량적으로 평가하는 기술임. (그림 2) PNAC 표면의 아밀로이드 코로나 형태분석. (a, b) 그래핀-항체 바이오센서를 이용한 아밀로이드 코로나 구성 검증. (c) PNAC의 표면전하 및 크기 분석. (d) XPS를 이용한 PNAC의 성분 분석. (e) PNAC의 동결-건조 테스트 결과 PNAC 표면에 존재하는 아밀로이드 코로나의 형태적 특성을 파악하기 위해 그래핀-항체 바이오센서를 이용함. Aβ 특이적 6E10 항체, 올리고머 특이적 A11 항체 및 피브릴 특이적 항체 OC를 통해서 아밀로이드 코로나의 형태적 특성을 알츠하이머의 주 원인 물질로 알려진 Aβ 올리고머임을 검증함. 또한, 다양한 생화학적 검증 방식을 통해 균일한 아밀로이드 코로나가 PNAC 표면에 형성됨을 확인함. (그림 3) PNAC을 이용한 다양한 단백질 분해 효소의 Aβ 분해기작 검증 Aβ를 분해할 수 있는 단백질 효소로 알려진 Protease XIV와 Metrix metallopeptidase 9 (MMP-9)을 통해 Aβ 올리고머 분해 효능을 정량적으로 분석함. 특히, MMP-9의 경우는 Aβ의 구성의 종류 (Aβ(1-42) 또는 Aβ (1-40)에 따라 분해 활성이 극명히 다름을 규명함. 또한, 효소 활성을 극저농도 (10 fg/ml) 수준에서 검출이 가능함을 확인함. (그림 4) 비색법 약물 스크리닝 기술을 이용한 다양한 저분자 물질들을 이용한 검증 (a-e) EGCG, curcumin, glutathione, rutin 그리고 tramiprosate 처리에 따른 PNAC의 흡광도 변화, (f) 용량-반응 관계 (dose-response relationship)로 모델링한 각각의 약물의 분해효과 정량화 (g) 이에 따른 파라미터 (Hillslope, ECG50, Maximal Efficacy), (h) Max efficacy/EC50으로 나타낸 각각의 약물의 아밀로이드 분해 효능 PNAC을 이용하여 알츠하이머 치료에 도움이 된다고 알려진 저분자 물질들의 Aβ 올리고머 분해효과를 정량적으로 분석함. 이런 분석결과들을 바탕으로 본 연구팀이 개발한 약물 스크리닝 플랫폼은 알츠하이머 주 원인물질로 알려진 Aβ 올리고머 제거할 수 있는 약물을 발굴하는데 활용할 수 있음을 검증함 커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr) 출처: http://korea.ac.kr/user/boardList.do?boardId=474633&siteId=university&page=2&search=&column=&boardType=02&listType=&id=university_060108000000&parent=&boardSeq=489636&command=albumView&chkBoxSeq=&chkBoxId=&chkBoxPos=&chkBoxDepth=&chkBoxFamSeq=&warningYn=N&categoryId=&categoryDepth=&totalYn=&searchDate1=&searchDate2=
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