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- 조승우 교수 연구팀, 조직 경화 진단을 위한 초음파 나노조영제 개발과 오가노이드 모델을 활용한 검증 연구
- 연세대학교 생명공학과 조승우 교수 연구팀은 고등과학원 천진우 원장(화학과, IBS 나노의학연구단장) 연구팀 및 캘리포니아공과대학(Caltech)의 미카엘 샤피로(Mikhail G. Shapiro) 교수 연구팀과 공동으로, 인체 조직의 경화도를 초음파로 정확하게 탐지해 질병 진단이 가능한 새로운 나노 기술을 개발하고 이에 대한 검증을 수행하였다. 현대 고령사회에서 빈번하게 발생하는 인체 조직의 섬유화증은 장기가 딱딱하게 굳는 질환이다. 폐 섬유화, 간경화증, 동맥경화, 암 등 다양한 질병에서 나타나며, 발견이 늦으면 생명을 위협하는 치명적인 질병이다. 무엇보다 근본적 치료제가 없어 조기진단이 매우 중요하다. 하지만 현재로서는 조직 검사 외에 조직의 경화도 측정 및 발병 여부를 정확히 확인하는 것은 쉽지 않다. 초음파는 체외에서 인체 조직 내부를 손쉽게 들여다볼 수 있는 대표적인 비침습적 의학 기술의 하나이지만, 조직 경화 상태를 정확히 볼 수가 없어, 새로운 기술 개발이 절실한 상태이다. 개발한 나노 자성-버블(magneto-gas vesicle, MGV)은 가스로 채워진 단백질에 자성나노입자가 결합된 나노 구조체로서 생체 조직과 상이한 물성에 의한 음파 산란을 통해 고성능 초음파 조영제로 작용한다. 특히, 나노 자성-버블은 적은 자기장에도 진동이 강한 음파 산란을 발생시켜 기존보다 최소 4~8배 더 밝고 정밀한 초음파 영상을 구현한다. 자기장에 의한 나노 자성-버블의 진동성은 주변 조직의 강도에 따라 변화한다. 따라서 기존의 초음파 기술로는 측정이 어려웠던 생체 조직의 경화도를 의학적으로 중요한 압력 범위(50Pa~5kPa)에서 뛰어난 민감도로 측정할 수 있다. 또한 나노 자성-버블 표면은 높은 생체적합성을 갖도록 개선돼 체내에서 부작용이 없이 생체 조직의 경화도 변화를 장기간 추적할 수 있다는 장점이 있다. 조승우 교수 연구팀은 오가노이드를 활용하여 개발된 물질의 생체 응용 가능성을 검증하는 실험을 진행하였다. ‘미니 장기’라고 불리는 오가노이드는 인체 장기의 세포 구성과 기능을 모사할 수 있어, 차세대 체외 모델로서 각광받는 기술이다. 이번 연구에서는 폐 및 간 오가노이드에 섬유화를 유도하였고, 이에 따른 조직 경화의 진행을 초음파로 실시간 측정할 수 있음을 검증하였다. 이 때, 나노 자성-버블은 폐 오가노이드 안쪽에 미세주입하는 방식을 통해 도입되었으며, 간 오가노이드는 오가노이드 제작용 하이드로겔에 섞어주는 식으로 도입되었다. 또한, 섬유증 치료제의 효과를 확인함으로써 나노 자성-버블로 처리된 오가노이드 모델이 약물 평가 플랫폼으로 활용될 수 있음을 확인하였다. 마지막으로, 나노 자성-버블을 활용해 살아있는 생쥐의 조직 경직화와 간 섬유화 발병을 비침습적으로 진단하는데 성공했다. 본 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials, IF 41.2)’에 10월 17일(한국시간) 게재되었으며, IBS 나노의학 연구단 연구원 김휘수 박사와 연세대학교 생명공학과 민성진 박사가 공동 제1저자로, 천진우 원장, 미카엘 샤피로 교수, 조승우 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 논문제목: Magneto-acoustic protein nanostructures for non-invasive imaging of tissue mechanics in vivo 논문주소: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01688-w [연구자 사진; (왼쪽부터) 고등과학원 천진우 원장, 캘리포니아공과대학 미카엘 샤피로 교수, 생명공학과 조승우 교수] [논문의 주요 내용 그림; 나노 자성-버블 모식도 및 이를 적용한 비침습적 조직 검사 실험 예]
- 생명공학과 2023.10.31
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- 조승우 교수팀, 심장질환 치료용 유도심근세포 생산 기술 개발
- 심장질환 치료용 유도심근세포 생산 기술 개발 생명시스템대학 생명공학과 조승우 교수 연구팀(진윤희 박사, 現 우리 대학교 의과대학 조교수)은 가톨릭대 서울성모병원 박훈준 교수 연구팀(김혁 박사)과 공동연구를 통해 난치성 심장질환의 치료를 위한 고품질 심근세포 생산 기술을 개발했다. 공동연구팀은 심장 미세 환경을 모사하는 생체 재료를 이용해 체세포를 심근세포로 전환시키는 직접 리프로그래밍의 효율 및 분화를 증가시키는 삼차원 세포 배양 시스템을 개발했다. 심장질환은 전 세계적인 주요 사망 원인으로, 국내에서는 암 다음으로 가장 흔한 사망 원인이다. 그 중에서도 심근경색증은 특히 사망률이 높고, 생존하더라도 심근경색증 이후 진행되는 만성 심부전을 초래한다. 근본적인 치료를 위해 줄기세포를 적용하는 임상 연구가 세계적으로 진행되고 있으나, 효과에 한계가 있으며, 그 한계를 극복할 해결책도 모호한 실정이다. 환자 시료(조직 혹은 혈액 샘플)에 존재하는 체세포를 원하는 다른 조직세포로 전환하는 ‘직접 리프로그래밍’은 면역 거부 반응, 암 발생, 윤리적 문제 등을 피할 수 있어 환자 맞춤형 세포 치료제 생산 기술로 주목받고 있는 기술이다. 하지만 대부분의 직접 리프로그래밍 기술은 유전자 조작을 통해 세포 전환을 시도한다는 점에서 안전성 문제가 지속적으로 제기돼 왔다. 최근 세포 내로 유전자 전달 없이 화합물 조합만을 가지고 유도심근세포를 제작하는 기술이 등장했으나 생산 효율 및 기능성이 매우 낮다는 한계점이 있다. 공동연구팀은 심장조직 특이적인 성분을 가공해 화합물 전달로 유도된 심근세포의 생산 효율을 높일 수 있는 세포 배양 플랫폼을 개발했다. 기존 세포 분화 기술에 비해 공동연구팀이 개발한 시스템은 실제 심장과 유사한 수준으로 심근세포를 제작하며 높은 생산 효율을 보였다. 또한, 개발된 배양 시스템을 통해 제작된 고품질의 유도심근세포가 심근경색이 유발된 실험 쥐의 심장 기능을 유의미하게 향상시킨다는 점을 검증했다. 조승우 교수는 “이번 연구는 실제 심장에 존재하는 복합적인 미세 환경을 제공해 뛰어난 안전성을 지닌 심근세포 생산 기술을 제시한 것”이라며 “향후 치료용 심근세포의 생산 기술에 적용돼 심근경색을 포함한 다양한 난치성 심장질환 환자의 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.”고 연구의 의의를 설명했다. 본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 중견연구자지원사업과 기초과학연구원(IBS) 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 12월 14일 게재됐다. 논문제목: Three-dimensional heart extracellular matrix enhances chemically induced direct cardiac reprogramming 논문주소: https://doi.org/10.1126/sciadv.abn5768
- 생명공학과 2022.12.26
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- 권호정교수님, 생화학분자생물학회(KSBMB) 회장 선출
- 생명공학과 권호정 교수님께서 금회 생화학분자생물학회 학술대회에서 2024년 생화학분자생물학회 회장으로 선출되셨습니다. 교수님께서 "학과 교수님과 구성원들의 그동안 따뜻한 격려와 성원에 깊이 감사드리며, 우리 학과와 대학의 지속적 발전을 위해 미력이나마 기여할 수 있도록 최선을 다하고자 합니다."라며 소회를 밝히셨습니다. [학회소개] 생화학분자생물학회 (KSBMB)는 현재 1만 7천여명의 회원을 보유한 바이오 분야 최대 규모의 학회로서, 연간 5번 이상의 학술행사 개최 및 3종의 정기 간행물과 웹진을 발간하고 있다. 또한 대한의학회에서 시상하는 의학학회 대상을 4회 수상하였으며 2019년에는 과학기술정보통신부 장관상을 수상한 우수한 학회로서, 명실공히 국내 바이오 분야의 대표학회로 자리매김하고 있다.
- 생명공학과 2022.06.03