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작성일 : 18-10-23 15:29
나노 일렉트로닉스 기술 활용한 생체 내 세포 운명 전환 기술 개발
 글쓴이 : 관리자
조회 : 1,956  
 
▲ 바이오 융합 나노 일렉트로닉스 기술을 이용한 신개념 도파민 신경세포 세포 전환 기술 개발
a) 전자기화된 금 나노입자가 처리된 조건에서 피부세포를 리프로그래밍 유도해 도파민 신경세포가 만들어지는 모식도이다.
b) 나노 일렉트로닉스 기술을 이용한 마우스 생체 내(in vivo) 직접교차분화 분석나노 일렉트로닉스 기반 생체 내 직접교차 리프로그래밍을 증명하기 위해, 유전적으로 표식된 별아교세포에서 신경으로 전환했을 때, GFP를 발현하게 하여 별아교세포로부터 직접교차 리프로그래밍이 유도됐음을 증명했다.
   
▲ 나노 일렉트로닉스 기술을 이용한 신개념 생체 내(in vivo) 도파민 신경세포 직접교차분화 리프로그래밍
a) 6-OHDA와 MPTP를 이용해, 파킨슨 질환 마우스를 제작하고 전자기화된 금나노 입자를 이용해 생체 내 직접교차분화를 진행했다.
b) Open field test를 이용해 마우스의 행동성을 분석하고, 발자취를 추적한 실험 결과이다. 스마트 나노입자를 이용한 실험군 마우스에서, 파킨슨병이 치료됨을 확인할 수 있었다.
c) 파킨슨 마우스 모델에서 스마트 나노입자를 이용한 생체 내 리프로그래밍을 실행하고, 면역염색법을 통해 도파민 신경세포의 생성을 확인한 결과, 많은 양의 뉴런이 대조군에 비해 생성됨을 확인할 수 있었다.
d, e) 파킨슨 마우스 모델에서 스마트 나노입자를 이용한 생체 내 리프로그래밍을 실행하고, 전기생리학 분석을 한 결과, 나노 일렉트로닉스를 이용한 실험군에서 전기생리학적 성질이 나타남을 확인했다.
f) 나노 일렉트로닉스를 이용한 파킨슨 모델 마우스의 생체 내 리프로그래밍 실험에서, 도파민 용출양 분석을 한 결과, 많은 양의 도파민이 검출된 것을 확인했다.
 
 
동국대학교 김종필 교수 연구팀이 세계 최초로 나노 일렉트로닉스라는 개념의 전자기화된 금 나노입자를 활용한 신개념 ‘세포 직접교차분화 리프로그래밍’ 기술을 개발해 혁신적인 생체 내 세포 운명 전환 기술을 확립했다고 미래창조과학부가 밝혔다.
‘세포 직접교차분화 리프로그래밍’은 세포의 운명을 자유자재로 조정해 특정 세포를 타겟 세포로의 전환을 유도하는 기술로 현재 재생의학에서 기존 줄기세포치료제의 한계를 극복할 수 있는 차세대 기술로 주목 받고 있는 분야이다.
직접교차분화(Direct lineage reprogramming)는 분화가 끝난 세포에서 전혀 다른 세포로 세포 운명 전환을 유도하는 과정이다.
연구팀은 나노 일렉트로닉스라는 개념의 전자기화된 금 나노입자를 활용해 체외(in vitro)에서 이미 분화를 마친 마우스 및 사람의 피부 세포를 신경세포로 전환하는 데 성공했으며, 이 기술을 파킨슨 질환 모델 마우스에 적용해 생체 내(in vivo)에서 도파민성 신경 세포를 생산함으로써 파킨슨 질환의 치료 효과를 확인했다.
이번 연구를 통해 바이오·나노·전자 공학이 융합된 새로운 줄기세포 분야를 개척했으며, 기존 기술을 뛰어넘는 줄기세포 세포치료 기술 확보의 가능성을 제시했다.
김종필 교수는 이번 연구 결과로 “파킨슨 병뿐만 아니라 다양한 퇴행성 뇌신경 질환에 대한 줄기세포 기반 세포 치료제의 실용화 가능성이 높아졌다“며 세포 전환 기술 및 리프로그래밍 연구에서 혁신적 성과로 세계를 선도해나가겠다는 포부를 밝혔다.
이 연구는 미래창조과학부 바이오‧의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐고, 동국대 김종필 교수와 유준상 연구원의 이번 연구 결과는 생명과학분야 학술지 네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology, IF=38.986) 7월 18일자에 ‘Electromagnetized gold nanoparticles mediate direct lineage reprogramming into induced dopamine neurons in vivo for Parkinson’s disease therapy‘, 김종필(교신, 동국대 교수), 유준상(제1저자, 박사과정) 등으로 게재됐다.