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이번 런던 올림픽 펜싱 종목 여자 에페 개인전에서 신아람 선수는 ‘멈춰버린 1초’ 때문에 금매달을 빼았겼습니다.

이 경기에서 이긴 독일 선수 하이데만은 최근 인터뷰를 통해 “1초가 남긴 했지만 그러나 그것이 1.99 초인지, 0.99초인지 아무도 알 수 없었고, 가장 큰 문제는 시계가 제대로 작동되지 않았다는 것”이라고 말하기도 했는데요.

타이머에 1초가 표시는 경우 실제 남은 시간은 1초 이하입니다.

그런데 이번에 공개된 비디오 판독에서 마지막 세 번의 공격에 걸린 시간은 약 1.42초여서 공정하지 못했음을 드러냈습니다.


남자 자유형 200m 경기에서 박태환 선수는 2위로 터치패드를 찍었지만, 중국의 쑨양 선수와 동시에 1분 44초 93을 기록했습니다.

만약 0.001초 까지 측정이 됐다면 박태환 선수와 쑨양 선수의 우열을 분명히 가릴 수 있었을 것입니다.


한국표준과학연구원(KRISS)은 최근 런던 올림픽에서 우리나라 선수들이 석연치 않은 판정으로 금매달을 놓치는 것과 관련해 스포츠 경기에 사용되는 타이머의 측정범위 정확도를 현행 100분의 1초에서 1000분의 1초로 강화해야 한다는 입장을 밝혔습니다.

또 시간의 정확한 측정을 위해 스포츠 타이머와 정확한 표준시를 일치시키는 것도 필요하다고 의견도 내놨는데요.

우리나라 표준시는 표준연의 9대 원자시계에서 생성되며, 이는 국제표준 세계협정시와 300억 분의 1초 이내에서 일치하도록 유지되고 있습니다.

이 표준시는 방송국이나 통신회사에서 전화선이나 인터넷을 통해 표준연 타임서버와 접속, 일치시키고 있으며, 일반 국민들도 표준연 홈페이지에서 ‘UTCk3 프로그램’을 다운받아 표준시를 자유롭게 이용할 수 있습니다.

 

<대한민국 표준시 정하는 KRISS-1>

한국표준과학연구원(KRISS)에서는 3백만 년 동안 1초도 틀리지 않는 대한민국 표준시계 KRISS-1을 개발해 보유하고 있다.
KRISS-1은 순수 국내기술로 개발한 세슘원자시계로 우리나라를 대표하는 1차 주파수표준기(Primary Frequency Standard)다.
2008년 7월 말 발표된 이 시계는 기존 30만년에 1초 오차를 300만년에 1초로 줄여 정확도를 10배나 높였다.
이렇게 정밀한 시계를 만들 수 있는 나라는 한국을 포함해 7 곳(프랑스, 미국, 독일, 영국, 일본) 밖에 되지 않는다.

1초의 정의는 '세슘 원자가에서 나오는 복사선이 91억 9263만 1770번 진동하는 데 걸리는 시간'으로 1967년 국제도량형총회(CGPM)에서 결정됐다.
이 때 결정된 진동수는 주변 환경에 영향을 받지 않을 때를 전제로 한 것이다. 따라서 1초를 정확히 구현하기 위해서는 환경의 영향을 차단한 뒤 세슘원자의 고유한 진동수를 정확히 헤아려야 한다.
이에 연구팀은 자기장, 빛, 중력 등 세슘의 진동에 영향을 미치는 10 여 가지 주변의 물리적 요인에 의한 효과를 배제하여 정의된 1초를 구현하였다. 

KRISS-1 개발 이전 한국은 세슘원자시계 등 해외에서 들여온 세슘원자시계 5대와 수소메이저 4대를 이용해 대한민국 표준시를 산정했다.
KRISS-1이 2009년 2월 국제도량형국(BIPM)에 정식으로 등록되면서부터는 KRISS-1의 데이터가 선진국의 원자시와 나란히 실렸다. 시간 표준 분야에서 우리나라의 위상이 크게 높아진 것이다.

앞으로 KRISS 시간센터에서는 2013년을 목표로 1 억년 동안 1초가 틀리지 않을 정도의 정확도를 가진 세슘원자분수시계를 개발해 세계 최고 수준의 원자시계를 확보할 계획이다.

 

posted by 글쓴이 과학이야기

일반적으로 피부와 같이 내부 구조가 복잡한 매질은 들어오는 빛의 대부분을 그대로 반사시키고, 10% 이하의 극히 적은 빛만 투과시킵니다.

따라서 빛을 이용해 효과적으로 질병을 치료하기 위해서는 매질을 손상시키지 않고 빛 에너지를 원하는 깊이까지 그대로 전달해야 합니다.

■ 고려대 최원식 교수와 박규환 교수, 명지대 김재순 교수팀이 빛 에너지를 피부 속 깊은 곳까지 그대로 전달하는 방법을 개발해 빛을 이용한 질병치료의 효율을  높일 수 있는 가능성이 열었습니다.

연구팀은 우선 나노 입자로 구성된 복잡한 매질을 높은 투과도로 통과할 수 있는 특정한 빛의 패턴을 찾아냈습니다.

이어 액정을 이용한 디스플레이 장치로 특정한 패턴의 빛을 만든 후 복잡한 매질에 쏘여, 복잡한 매질 속을 투과하는 빛이 이론적으로 도달할 수 있는 최대까지(기존의 4배) 증폭시키는 실험에 처음으로 성공했습니다.

이번 성과는 물리적으로 복잡한 매질 내부에서 강한 보강간섭을 일으키는 공명모드를 찾아내고, 이 공명모드에 해당하는 빛을 쬐어 빛의 투과 에너지를 최대화시켰다는 것입니다.

또 이번 연구결과는 광열 치료와 광역학 치료 등 피부 손상 없이 높은 빛 에너지가 피부 속으로 전달되어야만 효율적으로 치료할 수 있는 광 치료기술에 모두 적용할 수 있기 때문에 향후 빛을 이용한 암세포치료 등의 효율성을 높이는데 크게 기여할 전망입니다.

이번 연구는 지난 30년간 물리학에서 이론적으로만 예측되었던 복잡 매질 속 공명모드의 존재를 가장 직접적으로 증명한 연구로 평가받고 있습니다.

연구결과는  광학 및 포토닉스 분야의 권위 있는 국제학술지인 'Nature Photonics (IF=29.278)'에 온라인으로(7월 22일) 발표되었습니다.
(논문명 : Maximal energy transport through disordered media with the implementation of transmission eigenchannels)

(오른쪽 위 그림)
연구팀은 선행연구로 간유리와 같은 복잡 매질 반대편에 있는 물체를 볼 수 있는 새로운 이미징 방법을 개발한 바 있으며 (Physical Review Letters, 107 023902 (2011)) 그 결과 일반적인 현미경에서는 간유리에 가려 볼 수 없던 물체(왼쪽 위 그림)를 선명하게 볼 수 있도록 하였다.
(오른쪽 아래 그림)
이번 결과는 이 이미징 방법을 한 단계 발전시켜, 복잡한 매질 내부에서 강한 보강간섭을 일으키는 공명모드를 찾아내고, 이 공명모드에 해당하는 빛의 패턴을 입사시킴으로써 빛의 투과 에너지를 최대화하였다. 이를 통해 일반적인 경우(왼쪽 아래 그림)보다 네 배나 많은 에너지를 전달할 수  있었다.

<연 구 개 요>

Maximal energy transport through disordered media
with the implementation of transmission eigenchannels

Moonseok Kim1, Youngwoon Choi1, Changhyeong Yoon1, Wonjun Choi1,
Jaisoon Kim2, Q-Han Park1and Wonshik Choi1*
1Department of Physics, Korea University, Seoul 136-701, Korea
2Department of Physics, Myongji University, Yongin 449-728, Korea
*Corresponding author: Wonshik Choi wonshik@korea.ac.kr


1. 연구 배경
최근 30여 년간 광학을 이용한 기술들이 질병 진단의 중요한 도구로 자리매김해 왔다.
생명공학에 광학 기술이 관심을 받아온 이유는 기존의 심층 영상 장비들 (MRI, PET, CT 및 초음파 영상 등)에 비해 해상도가 높아 대장암, 위암, 자궁암 및 피부암 등 각종 인체 질환의 초기 발병 시 수반되는 국지적인 생체 조직의 변화를 관측하는 것이 가능하기 때문이다. 그러나 광학을 이용한 기술들은 근본적인 한계를 안고 있는데, 그것은 바로 빛이 생체조직 깊이 투과하지 못한다는 점이다.
단백질, DNA 및 lipids 등 생체 세포를 구성하는 대부분의 분자들은 세포 내부에서 밀도에 따라 빛의 속도, 즉 굴절률을 변화시킨다. 복잡한 구조의 생체조직은 굴절률 분포가 불균일하여 빛을 다중 산란시키므로 빛이 피부 속으로 깊이 투과하지 못한다.

입사한 빛을 다중 산란시키는 이러한 복잡매질에서의 빛의 진행은 물리법칙으로 설명하기 어려운 무질서한 현상처럼 보인다.
그러나 내부구조가 아무리 복잡한 산란 매질이라 하더라도 그것은 여전히 선형시스템으로 해석할 수 있다. 즉, 두 개의 입사파가 매질을 통과할 때, 그 매질의 전체 투과파는 각각의 투과파의 선형 합과 같다. 따라서 무작위 매질에 대한 입사파와 투과파의 관계는 투과행렬(transmission matrix)로 설명할 수 있다.
80년대 초반 처음 제안된 무작위 매질 이론(random matrix theory)은 투과행렬을 이용하면 임의의 복잡매질에 대해 투과에너지가 최대가 되는 특정한 입사파가 존재함을 이론적으로 제시하였다.
투과 에너지가 최대가 되는 입사파는 수학적으로는 투과행렬의 eigenchannel 중 eigenvalue가 최대가 되는 것이고, 물리적으로는 복잡 매질을 통과한 빛의 보강간섭을 최대화하는 공명 모드를 의미한다.
지금까지 많은 사람들이 이러한 eigenchannel을 구현하고 투과에너지가 최대화 하기위해 노력해 왔지만 지금까지는 성공하지 못했었다.

2. 연구결과 및 기대효과
연구팀은 선행 연구로 개발한 3차원 위상현미경을 사용하여 무질서도가 매우 높은 복잡매질의 투과행렬을 측정하였고, 이로부터 복잡매질 통과 시 보강간섭을 이루는 공명모드, 즉 eigenvalue가 최대가 되는 eigenchannel을 실험적으로 생성시켜 투과에너지를 극대화하였다.
이번 연구는 그 결과의 중요성을 인정받아 Nature Photonics지에 게재되었다.
연구에서 구현한 공명모드는 이론적으로 도달할 수 있는 투과에너지가 최대인 상태이고, 이 때 투과에너지의 증가율은 거의 네 배에 가까워 지금까지 학계에 보고된 것 중 최대이다.

본 연구 결과는 다양한 분야에 응용가능성이 있으며, 특히 생체조직 속 광에너지 심층전파로 발전시켜 의학기술 전반에 적용될 수 있을 것으로 기대한다.
현재 기술들은 피부 속으로 빛을 많이 전달하고자 할수록 피부 표면을 더욱 손상시키기 때문에 진단 및 치료의 효율성이 크게 제한된다.
그러나 본 연구를 통해 개발한 기술을 응용하면 빛을 이용하여 피부 속 깊이 존재하는 질병 세포들을 효율적으로 진단할 수 있게 할 것이고, 표면의 손상 없이 질병세포 만을 선택적으로 제거할 수 있을 것으로 기대한다.

3. 기타사항
□ 연구팀 홈페이지
 ○ 고려대학교 물리학과 바이오 이미징 연구실 http://bioimaging.korea.ac.kr/
 ○ 고려대학교 물리학과 바이오 이미징 연구실 http://nol.korea.ac.kr/
 ○ 명지대학교 물리학과 첨단 광응용 연구실 http://nemo.mju.ac.kr/

 

 용  어  설  명

투과행렬(transmission matrix)
빛이 복잡매질을 통과할 때 입사-투과 관계를 보여주는 행렬이다. 여러 각도의 입사파에 대한 투과파의 측정을 통하여 복잡매질의 투과행렬을 얻는다.

Eigenchannel
측정한 투과 행렬을 singular value decomposition(선형대수학의 행렬 대각화 방법) (T = USV*)하여 얻은 eigenvector이다. 여기서 S는 양의 실수인 singular value를 대각 원소로 갖는 정사각행렬이다. V 와 U는 eigenchannel의 input과 output을 그 열로 갖는 unitary 행렬이다. eigenvalue는 singular value의 제곱으로 얻을 수 있고 이것의 물리적 의미는 각 eigenchannel의 투과율의 기댓값이다.

공명모드
일반적으로 알고 있는 선형 공진기는 거울 두 개가 마주보고 있는 단순한 구조로 공진기의 크기에 맞는 조건의 파장의 빛에 대하여 보강간섭을 이루는 공명모드를 형성한다. 본 연구에서는 선형 공진기가 아닌 임의의 복잡매질에서의 보강간섭이 최대가 되는 공명모드를 구현하였다. 이 상태는 eigenvalue가 최대값을 갖는 eigenchannel이다.

매질(媒質, medium)
파동을 전달시키는 물질로, 대부분 매질의 탄성에 의해 파동이 전달됨

보강간섭(constructive interference)
같은 위상의 두 파동이 중첩될 때 일어나는 간섭으로, 마루와 마루 또는 골과 골이 만나 합성파의 진폭이 2배로 커짐

Nature Photonics
광학 및 포토닉스 분야의 가장 획기적인 연구 논문을 출판하는 저널로, 피인용지수(Impact Factor)는 2011년 기준 29.278 이며, 이는 광학 및 포토닉스(Optics and Photonics) 분야에서 1위이다 (SJR 기준).

 

 

<최원식 교수>

1. 인적사항
 ○ 성 명 : 최원식 (38세) 
 ○ 소 속 : 고려대학교 물리학과

2. 학력

 ○ 1993~1997  서울대학교 물리학과 학사
 ○ 1997~1999  서울대학교 물리학과 석사
 ○ 1999~2004  서울대학교 물리학과 박사

3. 주요경력
 ○ 2004~2005  서울대학교 물리학과 연구원
 ○ 2006~2009  Massachusetts Institute of Technology 연구원
 ○ 2009~현재  고려대학교 이과대학 물리학과 조교수
 ○ 2010~현재  Associate Editor, Biomedical Optics Express (SCI journal)

4. 주요업적
 ○ Nature Methods 논문 (2007년), The Economist, printed edition에 소개됨
 ○ Physical Review Letters 논문 (2011년), New Scientist 올해의 10대 뉴스에 선정됨
 ○ 연구 논문 40여 편

<박규환 교수>

1. 인적사항
 ○ 성 명 : 박규환 (53세) 
 ○ 소 속 : 고려대학교 물리학과

2. 학력
 ○ 1978 - 1982  서울대학교 물리학과 학사
 ○ 1982 - 1987  미국 Brandeis University 물리학과 박사

3. 경력사항
 ○ 1987 ? 1988  미국 Brandeis University 박사후연구원
 ○ 1988 ? 1990  미국 University of Maryland 연구원
 ○ 1990 ? 1992  영국 University of cambridge 연구원
 ○ 1992 - 2001  경희대학교 물리학과 조교수, 부교수
 ○ 2002 - 현재  고려대학교 물리학과 교수

4. 수상 경력
 ○ 2010 올해의 성도광과학상

<김재순 교수>

1. 인적사항


 ○ 성 명 : 김재순 (56세) 
 ○ 소 속 : 명지대학교 이과대학 물리학과

2. 학력
 ○ 1975~1980  서울대학교 물리교육학과 학사
 ○ 1980~1987  서울대학교 물리교육학과 석사
 ○ 1995~1999  고려대학교 물리학과 박사

3. 주요경력
 ○ 1990~현재  EOSYSTEM(주) 연구소장
 ○ 1999~2000 부원광학(주) 연구소장
 ○ 2000~현재  제노시스(주) 기술이사
 ○ 1998~현재  산업자원부 기술기획평가단 위원
 ○ 2000~2002  인천대학교 겸임교수
 ○ 2002~현재  KIST 외부위촉연구원
 ○ 2004~2010 지식경제부 차세대 핵심요소 기술개발 나노프로젝트 단장
 ○ 2002~2009 서울대학교 부교수
 ○ 2010~현재 명지대학교 교수
 ○ 2012~현재 지식경제부 반도체 디스플레이 검사장치개발 총괄책임

 

posted by 글쓴이 과학이야기

본 자료는 한국에너지기술연구원이 제주 해상에 설치한 해상풍력 플랜트에 관한 내용을 제주글로벌신재생에너지연구센터 경남호 박사가 작성한 것입니다.

이 자료에 관한 모든 권리는 한국에너지기술연구원에 있으며, 무단 전제, 부분 발췌, 변형 가공 등을 금지되며, 위반시 법적 조치가 불가피하니, 참고 자료로만 활용하시기 바랍니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

연구개발특구지원본부가 27일 연구개발특구진흥재단으로 새롭게 출발합니다.

연구개발특구진흥재단은 지난 2005년 9월 대덕연구개발특구지원본부로 출범, 지난해 1월 대구와 광주가 특구로 추가 지정되면서 대덕특구를 포함해 3개 특구를 관할하며 연구개발특구지원본부로 명칭이 변경됐었습니다.

이번에 새로 출발하는 연구개발특구진흥재단은 대덕, 대구, 광주 등 3개 특구의 기획 및 총괄 조정기능을 강화하고, 각 특구별 책임경영을 강화하는 내용으로 조직을 개편합니다.

이에 따라 이사장 산하 기획관리본부와 전략사업본부 및 3개 특구에 각각 본부를 두는 5본부 체제로 개편하고, 대외정책과 육성사업에 대한 기획·총괄 기능을 세분화 할 방침입니다.

이 같은 조직 편제는 연구개발특구 육성 정책의 전략적 추진을 위한 총괄기능을 대폭 강화한 것으로, 대덕-광주-대구 특구의 상호 연계는 물론 각 특구별 여건에 맞는 사업 추진에 자율과 책임을 강화하기 위한 조치입니다.

이를 바탕으로 특구진흥재단은 연구성과 사업화촉진, ▲벤처생태계 선순환체계 구축, ▲국내외 산학연 네트워크 활성화, ▲특구간 연계강화, ▲비즈니스 지향적 인프라 구축 등 5대 사업을 전략적으로 추진할 방침입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

한국항공우주연구원이 다목적실용위성 아리랑 3호가 7월 23일 촬영한 2012년 올림픽개최지 영국 런던 올림픽파크 영상을 공개했습니다.

이번애 공개된 위성영상은 해상도 0.7m의 고해상도로 올림픽 스타디움과 각 종목 주요경기장, 선수촌 아파트 등을 확인할 수 있습니다.

아리랑 3호는 지난 5월 18일 일본 다네가시마 우주센터에서 미쓰비시 H2A 로켓에 실려 궤도에 올라갔습니다.

<관련글>

아리랑 3호 영상 http://daedeokvalley.tistory.com/516

아리랑 3호 발사 연속 촬영 http://daedeokvalley.tistory.com/495

아리랑 3호 개발 과정 http://daedeokvalley.tistory.com/493

아리랑 3호 개발 에피소드 http://daedeokvalley.tistory.com/494

 

posted by 글쓴이 과학이야기

기존 항암제는 세포독성 부작용과 내성 발생에 따른 암 전이와 재발을 막지 못하는 한계가 있습니다.

이에 최근 개발되는 항암치료제는 암세포를 선택적으로 파괴하는데 초점이 맞추어져 이에 부합하는 자연살해세포를 활용한 면역치료법 개발이 활발히 시도되고 있습니다.

자연살해세포(Natural Killer cell)는 암세포만 선택적인 살해능력을 보이는 선천 면역세포로, 암세포의 발생과 증식, 전이, 재발을 효과적으로 억제할 수 있어 유망한 항암 면역세포로 주목 받고 있습니다.

자연살해세포는 특히 항암제에 대한 감수성이 적어 쉽게 내성을 보이며 암의 재발에 중요한 역할을 하는 암줄기세포(Cancer stem cell)를 효과적으로 제거할 수 있습니다.

하지만 자연살해세포의 정확한 활성화 기전이 규명되지 않아 자연살해세포를 새로운 치료제로 개발하는데 많은 어려움을 겪고 있습니다.

이는 자연살해세포가 다른 면역세포와 달리 다양한 면역수용체의 조합에 의한 통합적인 신호전달경로에 의해 활성화되기 때문입니다.

이 같은 이유로 기존의 자연살해세포를 이용한 치료법은 다양한 성장인자나 염증인자로 자연살해세포를 배양하여 항암활성을 증진시키는 비특이적인 방법에 의존하고 있습니다.

그러나 암 종류 및 개인별로 치료효과의 차이가 커서 자연살해세포의 정확한 활성화 기전을 바탕으로 항암활성을 최적화할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있습니다.

울산대 의대 김헌식 교수와 미국 국립보건원 에릭롱(Eric Long) 박사가 항암 면역세포 중 가장 주목받는 자연살해세포(NK cell)의 활성을 제어할 수 있는 새로운 원리가 규명해 신개념 항암면역치료법 개발 가능성을 열었습니다.

연구팀은 자연살해세포의 활성을 조절하는 핵심제어 단백질(SLP-76)을 새롭게 규명하고 조절을 통해 자연살해세포의 활성을 최적화한 신개념 항암세포치료제 개발의 단초를 열었습니다.

SLP-76은 면역세포 활성화에 필요한 단백질복합체 형성에 핵심적인 어댑터 단백질입니다.

 연구팀은 자연살해세포가 암세포를 인지할 때 다양한 면역수용체들이 필요하며, 이들은 공통적으로 SLP-76를 통해 자연살해세포를 활성화시킴을 밝혀냈습니다.

특히 주목할 점은 SLP-76는 인산화를 통해 자연살해세포의 활성을 조절하는데, 암세포가 제거될 때만 SLP-76가 상호보완적으로 완전히 인산화 된다는 것입니다.

특정 NK 수용체 조합에 의한 SLP-76의 상호보완적인 인산화

NK cell에서 항암활성 유도에 중요한 NKG2D, 2B4, DNAM-1 수용체는 SLP-76의 특정 아미노산에 선택적인 인산화를 유발한다. 이들 수용체 중 강력한 항암활성을 유도하는 수용체 조합에 의해서만 SLP-76의 상호 보완적인 인산화가 일어난다 (좌측). 반면에 T cell의 경우 항원수용체 단독에 의해서도 SLP-76의 완전한 인산화를 유도한다 (우측). 

즉 SLP-76의 완전한 인산화가 자연살해세포 활성화에 필수적으로, SLP-76가 자연살해세포 활성화를 제어하는 핵심스위치 역할을 함을 규명했습니다.

SLP-76의 상호보완적인 인산화에 의한 NK cell 활성화

SLP-76의 인산화가 억제되도록 만든 다양한 변이체를 NK cell에 넣어준 후 활성을 측정하였다. 그 결과 SLP-76 상호보완적인 인산화가 항암활성 (살해능력, 염증인자 분비)을 유도하는데 필수적임을 규명하였다.

또 SLP-76의 상호보완적인 인산화는 자연살해세포에서만 관찰되는 고유한 특징으로, 자연살해세포의 활성화 기전이 다른 면역세포와 근본적으로 다르다는 새로운 원리를 밝혀냈습니다.

이번 연구성과는 항암면역세포로 주목받는 자연살해세포의 활성조절기전이 다른 면역세포와 근본적으로 다르다는 새로운 원리를 밝혀낸 것으로, 향후 이를 활용해 자연살해세포 활성을 최적화하고 이를 통한 새로운 항암치료법 개발에도 기여할 수 있을 전망입니다.

연구결과는 세포신호전달분야의 권위지인 '사이언스 시그널링(Science Signaling)' 7월 10일자에 게재되었습니다.
(논문명: Complementary Phosphorylation Sites in the Adaptor Protein SLP-76 Promotes Synergistic Activation of Natural Killer Cells)

SLP-76의 상호보완적인 인산화에 의해 NK cell의 항암활성이 유도되는 것을 나타낸 모식도.

NK cell은 항암활성 스위치인 SLP-76의 완전한 인산화를 유도하는 특정 조합(예, NKG2D+2B4 조합)에 의해서만 활성화 한계점을 넘어 효과적인 항암활성을 유도한다.

 

<연 구 개 요>

Complementary Phosphorylation Sites in the Adaptor Protein SLP-76 Promote Synergistic Activation of Natural Killer Cells
Hun Sik Kim and Eric O. Long. (Science Signaling - 2012. 7.10)

은 현대의학이 정복하지 못한 대표적인 난치성 질환 가운데 하나이다.
전 세계적으로 연간 3천만 명의 암 환자가 증가하고 있으며 한국인의 사망원인 1위는 지속적으로 암이 차지하고 있다.
기존의 항암치료는 외과적 수술, 항암제 투여, 방사선 조사 등이 대세를 이루고 있다.
그러나 세포독성 등 심각한 부작용과 암의 전이·재발 등으로 인해 새로운 치료법 개발이 절실히 요구되고 있는 상황이다.
이에 따라 최근 개발되는 암 치료제의 경우 정확히 암세포만 파괴하는데 초점이 맞춰지고 있으며 이러한 방안의 하나로 암세포를 특이적으로 파괴하는 자연살해세포(Natural Killer cell)와 살상 T cell을 활용한 면역치료법 개발이 활발히 시도되고 있다.

자연살해세포(NK cell)은 선천성 면역세포의 하나로 암세포에 대해 선택적인 살해능력을 보임으로써 그 존재가 알려졌다.
또한 추가적인 연구를 통해 NK cell은 인체의 암세포 및 바이러스에 감염된 세포를 제거하고 골수·조직이식, 태아의 착상 및 생식조절에도 중요한 역할을 함이 규명되었다.

더불어 NK cell은 수지상세포(dendritic cell), 대식세포(macrophage), T cell같은 다른 면역세포와 직접적 상호작용 및 염증인자에 의한 간접적 상호작용을 통해 면역반응을 조절한다.
이를 통해 만성염증질환, 자가면역질환 및 천식 등 각종 난치성질환의 발병에도 중요한 역할을 하고 있음이 밝혀지고 있다.

현재 NK cell을 이용하여 각종 암 및 감염질환을 치료하기 위한 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있으며 사람을 대상으로 한 임상연구 또한 큰 가능성을 보여주고 있다.
특히 NK cell은 항암 면역치료제 개발 측면에서 다른 면역세포들과 비교하여 많은 장점을 가진다.
이는 NK cell이 암세포의 발생, 증식, 전이를 억제할 뿐만 아니라 암의 재발에 가장 중요한 암 줄기세포(cancer stem cell)을 효과적으로 제거할 수 있다는 보고에 기인한다.

이러한 중요성에도 불구하고 NK cell의 구체적 활성화 기전이 아직까지 규명되지 않아 NK cell을 새로운 치료제로 개발하는데 많은 어려움을 겪고 있다.
실제로 기존의 NK cell을 이용한 암치료는 IL-2 같은 염증인자로 NK cell을 배양하여 항암활성을 갖는 LAK (lymphkine activated killer) cell을 만들거나 NK cell의 억제적(inhibitory) 수용체의 활성을 막는 것이 대세였다.
그러나 이들 방법들은 암 종류에 따라 효과가 없거나 개인별 치료효과의 차이 및 지속성 등 여러 문제점이 나타나 NK cell의 정확한 활성화 기전을 바탕으로 항암활성을 최적화하여 암을 효과적으로 치료할 수 있는 방법의 개발이 요구되고 있다.
따라서 NK cell의 활성을 최적화하는 원천 기술이 개발되면 항암면역반응을 조절하여 암을 치료하는 새로운 방법이 가능해 질 것으로 기대되고 있다.

NK cell 활성화의 가장 큰 특징은 다양한 활성화(activation) 및 억제적 수용체의 특정 조합을 통해 그 활성이 유도된다는 것이다.
더불어 NK cell에는 B-cell의 BCR이나 T-cell의 TCR 같은 지배적(dominant)으로 활성을 유도하는 항원 수용체가 존재하지 않아 과연 그 활성이 어떻게 각종 수용체의 조합에 의해 결정되는지 현재까지 미제로 남겨져 있다.
이러한 의문을 해결하기 위해 NK cell의 항암활성 유도에 가장 중요한 NKG2D 수용체가 2B4, DNAM-1 수용체 중에서 선택적으로 2B4와의 조합에 의해서만 강력한 항암활성을 유도하는 기전을 연구하였다.
그 결과 여러 adaptor 단백질 중 SLP-76가 선택적으로 상기의 과정을 조절한다는 것을 규명하였다.
흥미롭게도 SLP-76의 활성화 관련 인산화는 NK cell의 경우 NKG2D+2B4같은 특정 조합에 의해서만 상호보완적으로 일어나는데 반해 T-cell의 경우 TCR 자극 하나만으로 이러한 인산화가 일어나는 것을 규명하였다.
따라서 NK cell은 T-cell, B-cell과 달리 그 활성화에 왜 상호보완적인 NK 수용체의 조합이 필요한지를 알 수 있었으며 더불어 NK cell 활성 조절을 위한 새로운 이론적 근거를 마련하였다.

NK cell 활성화의 핵심 신호전달 경로를 규명한 본 연구결과를 활용하여 NK cell의 활성을 조절한다면 암과 감염질환뿐 아니라 NK cell이 중요한 역할을 하는 다양한 난치성질환(골수이식, 자가면역질환, 불임, 천식 등)의 치료법 개발에도 응용 가능하리라 기대된다.



 용  어   명


항암면역세포 
암세포에 선택적인 항암 활성을 보이는 면역세포로 기존 항암제의 세포독성 같은 심각한 부작용이 거의 없음. 또한 기존의 항암치료 후에 남아있는 잔존 암까지 제거해주어 암의 재발과 전이를 방지할 수 있음. 무엇보다 기존의 항암치료와 병행치료가 가능하며 환자의 면역력까지 높여주어 암치료효과를 극대화 할 수 있음.

자연살해세포(Natural Killer Cell)
다양한 암세포에 선택적인 항암활성을 보이는 선천성 항암면역세포로서, 암세포의 발생, 증식, 전이를 효과적으로 억제할 수 있으며 더불어 암의 재발에 가장 중요한 암 줄기세포도 효과적으로 제거할 수 있어 유망한 항암면역세포로써 주목 받고 있음.
 
암 줄기세포(Cancer stem cell)
암세포의 모(母)세포로 줄기세포처럼 무한히 분열 증식하여 암의 재발에 중요한 역할을 함. 따라서 암을 완전히 제거하기 위해서는 이 세포를 반드시 제거해야 함. 대부분의 항암제에 쉽게 내성을 보임.

면역수용체
면역반응을 유도하는 일차적인 스위치로, 주로 면역세포의 표면에 발현되어 있음. 암세포나 병원균에 특이적인 다양한 외부인자를 인지하여 면역세포에 활성화 신호를 전달하는 역할을 함.

SLP-76
자극된 면역수용체는 다양한 단백질들과 복합체를 형성한 후 활성신호를 전달함. SLP-76는 이 단백질 복합체가 형성되고 안정화되어 면역반응이 일어나도록 하는 뼈대역할을 함.

Science Signaling지
세계 최고 권위 학술지인 Science의 첫 번째 자매지로서 세포신호전달분야의 가장 중요한 연구결과를 주간으로 발간하는 세계적으로 권위 있는 학술지.

 

<김헌식 교수>

1. 인적사항                          
 ○ 성 명 : 김헌식 
 ○ 소 속 : 울산대학교 의과대학 대학원 의학과 
 
2. 학력사항
 ○ 1990.3 - 1994.2    연세대학교 생명공학 학사   
 ○ 1996.3 - 2001.2    한국과학기술원 생명과학 박사 
    
3. 경력사항 
 ○ 2000.12 - 2003.3     한국과학기술기획평가원 선임연구원
 ○ 2003.09 - 2007.5    성균관대학교 의과대학 연구조교수
 ○ 2007.05 - 2010.11  미국 국립보건원 Research Fellow
 ○ 2010.12 - 현재  울산대학교 의과대학 대학원 의학과 조교수
 ○ 2012.01 - 현재  대한면역학회, 전산운영위원장
 
4. 주요성과 
Hun Sik Kim and Eric O. Long. 2012. Complementary Phosphorylation Sites in the Adaptor Protein SLP-76 Promote Synergistic Activation of Natural Killer Cells. Science Signaling. 5, 232, ra49.

Hun Sik Kim, Asmita Das, Catharina C. Gross, Yenan T. Bryceson, and Eric O. Long. 2010. Synergistic Signals for Natural Cytotoxicity Are Required to Overcome Inhibition by c-Cbl Ubiquitin Ligase. Immunity. 32, 175-186.

Hun Sik Kim, Myoung Sook Han, Kun Wook Chung, Sunshin Kim, Eunshil Kim, Myoung Joo Kim, Eunkyeong Jang, Hyun Ah Lee, Jeehee Youn, Shizuo Akira, and Myung-Shik Lee. 2007. Toll-like Receptor 2 Senses β-Cell Death and Contributes to the Initiation of Autoimmune Diabetes. Immunity. 27, 321-333.


 

posted by 글쓴이 과학이야기

전립선비대증은 40대 전후 남자들에게 많이 발병하는 우리나라에서 가장 흔한 남성 비뇨기 질환입니다.

우리나라 40세 이상 남성 중 약 28%정도가 전립선비대증 환자로 분류되고, 연령이 높아질수록 전립선비대증의 유병율도 비례해서 60대에는 약 60%가,  70대는 약 70%가 앓고 있는 만성질환입니다.

전립선비대증은 빈뇨, 절박뇨 등의 배뇨장애를 유발하며, 장기간 방치하게 되면 방광 및 신장 기능 이상을 초래하고 심할 경우 요도 폐색을 초래할 수도 있습니다.

한국한의학연구원 신현규 박사팀이 동물 실험을 통해 육미지황탕(六味地黃湯)을 경구 투여 했을 때 전립선비대증(BPH)이 크게 개선된다는 사실을 밝혔습니다.

육미지황탕은 한의원과 한방병원 등 한방의료기관에서 가장 많이 쓰이는 대표 처방으로, 치료 효과 및 작용기전을 동물실험을 통해 밝혀낸 것은 이번이 처음이다.

신 박사팀은 △음성대조군(정상쥐-생리식염수 투여군) △전립선비대증 유도군(전립선비대증유도군-육미지황탕 비투여) △실험군(전립선비대증 유도군에 회당 각 200mg/kg 및, 400mg/kg 육미지황탕 투여) 등 총 4개 군에 각 7마리씩 시험을 실시했습니다.

실험군에 대해서는 육미지황탕을 4주간 매일 1회씩 경구 투여 후 전립선조직과 호르몬 및 단백질 분석검사를 통해 효과를 평가했습니다.

신 박사팀은 이번 실험에서 전립선비대증 유도군의 전립선 무게를 측정한 결과 정상 쥐보다 전립선 무게가 2배 이상 증가했고 전립선조직의 상피세포 과형성을 관찰했습니다.

육미지황탕을 경구 투여한 실험군에서는 전립선비대증 유도군의 전립선무게가 최고 54.5%까지 감소했고(200mg/kg는 54.5%, 400mg/kg는 50.8% 각각 감소), 전립선조직 내 상피세포의 과형성도 완화됐습니다(상피세포 두께가 200mg/kg는 36.3%, 400mg/kg는 37.4% 각각 감소).

또한 혈청 및 전립선내에 작용하는 전립선비대증의 주요한 원인 중 하나로 알려진 디하이드로테스토스테론(dihydrotestosterone)은 전립선비대증 유도군에 비해 육미지황탕을 투여했을 경우 혈청에서는 최고 36.2%(200mg/kg는 36.2%, 400mg/kg는 22.8% 감소), 전립선내에서는 최고 38.6% (200mg/kg는 38.6%, 400mg/kg는 31.6% 감소) 이상 감소했습니다.

정상 쥐보다 전립선비대증유도 쥐의 전립선 상피세포가 과형성됐고, 육미지황탕을 투여했을 경우 상당히 줄어들었음을 보여줌.

전립선비대증 유도 쥐의 경우 혈청 및 전립선 내 디하이드로테스토스테론의 양이 정상 쥐에 비해 크게 증가하는데 반해, 육미지황탕 투여 쥐의 경우 전립선비대증 유도 쥐보다 현저하게 디하이드로테스토스테론의 양이 감소함을 보여줌.

육미지황탕은 안전성 시험기준인 KGLP 인증기관을 통해 안전하다는 것이 검증된 한약으로, 향후 임상시험을 거쳐 장기 투여용 전립선비대증치료제로 활용될 전망입니다.

이번 연구결과는 'BMC Complementary and Alternative Medicine'에 게재됐습니다.
(논문명 : Inhibitory effect of Yukmijihwang-tang, a traditional herbal formula against testosterone induced benign prostatic hyperplasia in rats, IF=2.24)

 

 용  어  설 


전립선비대증 (Benign Prostatic Hyperplasia, BPH)
호르몬이상, 비만, 음주, 나이 등의 다양한 원인에 의해 전립선이 증대된 상태를 말하며, 이로 인해  방광 하부의 소변이 나오는 통로를 막아 빈뇨, 절박뇨 (소변을 볼 때 뜸을 들여야 소변이 나오는 현상), 단절뇨 (소변의 흐름이 끊기는 현상), 방광의 배출장애가 일어나고 심한 경우 요도 폐색을 일으킬 수 있다.
 우리나라에서 전립선비대증은 가장 흔한 남성 비뇨기 질환이며, 남성 40세 전후에서부터 주로 발병한다. 현재 우리나라에 40세 이상 남성 약 28%정도가 전립선비대증 환자로 분류되고, 연령이 높아질수록 전립선비대증의 유병율도 비례하여 60대에 약 60%, 70대에 약 70%에 이른다.
이러한 유병율의 증가는 고령화 시대를 맞이하는 우리나라로서 매우 중요한 질환 중 하나임을 의미한다. 전립선비대증은 빈뇨, 절박뇨 등의 배뇨장애를 유발하며, 장기간 방치하게 되면 방광 및 신장 기능 이상을 초래하여 40대 이상 남성들에게 육체적·정신적 고통을 야기한다.
또한, 장기적인 치료를 요하는 질환으로 노동력의 상실과 함께 경제적 손실도 매우 큰 질병이다.
지금까지 알려진 전립선비대증 치료제들은 약물부작용이 큰 문제가 되고 있다.
따라서 효과가 뛰어나고 부작용이 적은 치료제의 개발이 절실히 요구되며 이를 위해서 식물에서 추출한 천연 물질을 이용한 치료제의 개발이 진행되고 있다.

육미지황탕 (六味地黃湯)
육미지황탕은 간(肝)과 신(腎)의 음(陰)이 모두 허(虛)한 병증인 간신음허증(肝腎陰虛證)의 대표적인 처방으로 임상에서 널리 활용되고 있다.
면역기능 조절 및 증가효과, 항산화 효과, 간기능 개선 효과, 골형성 증가 효과, 인지기능 강화, 항당뇨 등 육미지황탕의 효능에 대한 과학적인 결과 논문들이 많이 발표되고 있다.

테스토스테론과 디하이드로테스토스테론
대표적인 남성호르몬으로 남성생식기를 발육시키고 그 기능을 유지한다.
이러한 테스토스테론은 전립선에서 5-알파환원효소 (5-alpha-reductase)에 의해 디하이드로테스토스테론 (dihydrotestosterone)으로 합성되어 전립선조직의 과형성(hyperplasia)를 유발한다.
디하이드로테스토스테론은 전립선조직의 증식을 촉진하는 호르몬으로 전립선비대증에 있어 중요한 요소다. 이러한 테스토스테론으로 유발한 전립선조직 과형성 모델은 전립선비대증 치료에 있어서의 발병기전과 새로운 약물의 효능연구에 보편적으로 사용되고 있다.
또한 테스토스테론으로 유발한 전립선비대증 모델은 전립선상피세포의 과형성과 이로 인한 전립선 무게의 증가가 특징적이다.

posted by 글쓴이 과학이야기

산호는 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물입니다.

세계적으로 약 5억 명이 산호와 관련된 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액도 약 400조 원에 달합니다.

그런데 산호는 해수 온도가 29~30℃를 넘으면 몸 안에 있던 심바이오디니움을 방출하게 되고, 자신의 몸을 고정하던 석회질만 남게 되어 산호초가 하얗게 변하는 백화현상(coral bleaching)이 일어납니다.

지구 온난화의 영향으로 지난 수십 년 간 20%의 산호초가 백화현상으로 없어졌습니다.

서울대 정해진 교수와 포항공대 이기택 교수, 군산대 이원호 교수, 충남대 신응기 교수, 서울대 유영두 박사(공동교신저자) 등 공동 연구팀이 산호의 공생 미세조류인 '심바이오디니움(Symbiodinium)'이 당초 알려진 식물의 성질 뿐만 아니라 동물의 성질을 동시에 가지고 있음을 세계 최초로 규명했습니다.

연구팀은 심바이오디니움(Symbiodinium)이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 입증, 광합성에 불리한 빈영양화 해역에서 '식물인 심바이오디니움이 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)에 대한 해답을 찾아냈습니다.

산호를 떠난 공생미세조류가 세균이나 다른 미세조류들을 포식하면서 번식하며, 산호유생이나 다른 산호에 들어가 건강한 산호를 유지할 수 있게 한다는 모식도


이번 발견으로 산호초에 서식하는 심바이오디니움에게 최적 먹이를 공급하여 번식을 유도할 수 있게 됨에 따라 온난화로 파괴되는 산호초 복원에도 큰 기여를 할 전망입니다.

산호에 공생하는 공생미세조류인 심바이오디니움이 먹이의 일부를 섭식관을 사용하여 포식하는 장면

이번 연구는 산호의 생태 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 된 것으로, 우리나라가 산호 연구의 선도국으로 발돋움 하는데 큰 기여할 전망입니다.

또 심바이오디니움은 산호 뿐만 아니라 말미잘, 해파리, 조개, 해면, 원생동물 등 광범위한 해양생물들과 공생을 하기 때문에 해양저서생태계 연구에 새로운 개념을 제시할 것도으로 보입니다.

연구결과는 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences USA) 온라인 7월 18일자에 게재되었습니다.
(논문명 : Heterotrophic feeding as a newly identified survival strategy of the dinoflagellate Symbiodinium)

 

<연 구 개 요>

산호들은 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 주거지를 만들며, 풍부한 해산물을 공급하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물이다.
이로 인하여 전 세계적으로 약 5억 명이 산호 관련 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액이 약 400조에 이르는 것으로 알려져 있다.
또한 그동안 산호에 관한 국제학술지 논문이 70만 편 이상 출판될 정도로 가장 많은 주목을 받아 온 해양생물 중 하나이다.

산호는 자신의 몸 안에서 서식하는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)으로부터 자신이 필요한 에너지의 80-90%를 얻는다.
산호는 주로 빈영양화 해역에서 사는데, 영양염 농도가 높아질 경우 대형해조류들이 대량 번식하여 산호를 죽이기 때문이다.
이 심바이오디니움은 산호 안에 있다가 밖으로 나가 돌아다니기도 하는데,  이러한 빈영양 환경은 심바이오디니움이 광합성을 하는데 매우 불리한 조건이다.
그 동안 과학자들은 '식물인 심바이오디니움이 광합성에 불리한 환경에서 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)을 풀기위하여 많은 노력을 해왔다.

본 연구팀은 심바이오디니움이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 밝혀, 산호의 생태생리 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 되었으며, 앞으로 백화현상으로 파괴된 산호초를 복원하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.


 
 용  어  설  명

빈영양화 (oligotrophic)
부영양화의 반대로 식물 성장의 필수요소인 질소, 인 등 영양염류가 매우 적은 현상을 말한다.

산호의 백화현상(Coral bleaching)
급격한 수온 변화로 인하여 산호초가 하얗게 변하는 현상을 말한다. 산호의 아름다운 색깔은 원래 몸 안에 살고 있는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)의 색깔이다. 수온이 급격하게 상승하면 산호가 심바이오디니움을 방출하게 되고, 아름다운 색깔을 잃게 되다. 결국 자신의 몸을 지탱하기 위하여 분비했던 석회질 색깔만 하얗게 남는다.

산호초 (Coral reef) 
산호는 석회질을 분비하여 자신의 몸을 고정시킨다. 수많은 산호들이 석회질을 분비하고, 이들이 오랜 세월동안 쌓이면 육지도 만들 수 있는데, 산호군락이 만든 거대한  지형을 산호초라고 한다.

심바이오디니움 (Symbiodinium)
심바이오디니움은 와편모류(Dinoflagellate)에 속하는 단세포 생물로, 산호뿐만 아니라 말미잘, 해파리, 조개, 해면, 원생동물 등 다양한 해양동물들 몸 속에 들어가 공생을 하는데, 이들 동물들이 필요한 에너지의 많은 부분을 공급해주는 매우 중요한 생물이다. 심바이오디니움은 해양동물들의 몸 밖으로 나와 수영하며 지내다가 어린 유생들 안으로 들어가 새로운 공생을 시작하기도 한다. 

 

<정해진 교수>

1. 인적사항

  ○ 소 속 : 서울대학교 지구환경과학부(해양학)

2. 학력
  ○ 1982.03-1986.02 :  서울대학교 해양학과 이학사
  ○ 1986.03-1988.02 :  서울대학교 해양학과 이학석사
  ○ 1990.03-1995.02:  미국 캘리포니아 샌디에이고대학교 (University of California, San Diego) 해양학 이학박사

3. 경력사항
  ○ 1995년02월~1995년08월 : 미국 스크립스 해양연구소 박사후연구원
  ○ 1995년09월~2003년08월:  군산대학교 해양학과 전임강사/조교수/부교수
  ○ 2003년09월~현재 : 서울대학교 지구환경과부 부교수/교수
  ○ 2006년06월~2009년07월 : 융합기술원 환경에너지자원연구소 소장
  ○ 2008년06월~현재 : Harmful Algae (Elsevier), Editor
  ○ 2010년06월 ~ 현재 : 교과부-연구재단 해양극지 (해양바이오 기초원천 기술개발사업-해양공생생물 유전체 연구단) 세부연구책임자

4. 주요연구업적
  ○ 2012 교육과학기술부 장관표창
  ○ 2011 2011년도 기초연구사업 우수평가자 100인 선정
  ○ 2011 한국해양과학기술진흥원 공로상
  ○ 2002 제12회 과학기술우수논문상

5. 출판
  ○ SCI급 국제전문학술지 논문 64편 게재
  ○ 국내특허등록 6건, 해외특허출원 2건

 

posted by 글쓴이 과학이야기
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