우리얘기

의약품 원료로 병원에서 사용되고 있는 기존의 항체는 치료제 뿐만 아니라 분석, 진단용 등 생명공학 및 의학 분야에서 광범위하게 활용되고 있습니다.

그러나 동물세포 배양을 포함해 복잡한 생산 공정으로 제조되기 때문에 1mg에 100만 원 달할 정도로 가격이 매우 비싸고, 이마저도 대부분의 항체는 이미 해외 선진국의 특허로 등록돼 있어 비싼 로열티를 지불해야 하는 실정입니다.

이 때문에 우리나라를 포함한 많은 국가에서 이미 특허가 만료된 항체 의약품을 복제하는 바이오시밀러를 개발하는데 집중할 수 밖에 없고, 따라서 단백질 신약개발 분야는 선진국에 비해 한참 뒤처지고 있습니다.

사람 항체의 구조. 분자량(150Kda)이 커서 세포내로 침투할 수 없으며 서로 뭉쳐 치는 경향이 커서 쉽게 활성을 잃는다. 그리고 항원과 결합하는 면적이 제한적이어서 결합 강도를 높이는 것과 합리적 설계가 매우 어려운 단점이 있다.

□ 의약품 원료로 사용되는 인간유래 항체를 대체할 수 있는 인공항체가 국내 최초로 개발됐습니다.

이에 따라 가격은 현재보다 1/100수준으로 저렴하면서도 개발기간은 기존 10년에서 5년 이내로 크게 단축될 전망입니다.

KAIST 생명과학과 김학성 교수와 바이오 및 뇌공학과 김동섭 교수는 공동 연구를 통해 항체가 아닌 단백질을 재설계해 대장균에서 대량생산할 수 있는 인공항체를 개발했습니다.

개발된 인공항체의 3차원 구조

이번에 개발된 인공항체는 항원과의 결합력, 생산성, 면역원성, 구조설계성 등이 용이해 장점만 갖춘 이상적인 단백질,  현재 치료제의 원료나 진단, 분석용으로 사용중인 항체를 그대로 대체 가능합니다.

이에 따라 세계시장 규모 192조 원에 이르는 단백질 의약품 분야에서 앞으로 순수 국내기술로 개발된 단백질 신약이 세계시장을 주도할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

기존 항체 치료제의 한계를 근본적으로 극복할 수 있는 새로운 비항체 인공항체 단백질. 반복 모듈기반의 인공항체 단백질은 설계 및 구조 예측이 용이하고, 높은 안정성을 갖으며, 결합 면적 및 크기의 조절이 용이하다.

□ 연구팀은 먹장어나 칠성장어와 같은 무악류에 존재하는 단백질이 항체는 아니지만 항체처럼 면역작용을 한다는 사실에 착안했습니다.

이를 토대로 개발한 인공항체는 대장균에서 대량생산이 가능해 현재보다 1/100 수준의 싼 가격으로 만들 수 있으며, 모듈구조로 되어 있어 목적에 따라 자유롭게 구조 설계가 가능하기 때문에 단 5년 내에  단백질 신약으로 개발이 가능합니다.

연구팀이 개발한 인공항체가 질병유발 인자인 항원과 결합한 모습

또 단백질 신약개발에서 중요한 항원과의 결합력을 쉽게 조절할 수 있어 치료 효과가 높고 부작용이 적으며, 열과 pH에 대한 안정성도 높은 장점을 갖고 있습니다.

그러면서도 면역반응을 유도할 수 있는 면역원은 무시할 만한 수준으로 낮아 단백질 신약으로의 개발 가능성이 매우 높습니다.

연구팀이 개발한 인공항체 기술은 세포 분석을 통해 폐혈증과 관절염 치료제 후보군으로 효과를 입증했고, 곧 동물실험을 수행할 예정입니다.

이번 연구결과는 세계적 학술지인 미국국립과학원회보(PNAS) 2월 10 일자에 발표됐습니다.

 용  어  설  명

항원 :
체내에 유입된 외부 물질로 이물질로 인식되어 항체를 생성하는 면역 반응을 유발함

항체 :
항원에 특이적으로 결합하여 이를 제거하거나 무력화시키는 면역 관련 단백질

면역원성 :
사람이나 동물의 체내에 접종되었을 때, 면역 반응을 유발할 수 있는 항원으로서의 특성

바이오시밀러 :
치료 효능이 있는 항체나 호르몬 등을 의미하는 특허가 만료된 단백질 의약품의 복제약품

무악류 :
고생대 전기의 초기 어류로서 위, 아래 양 턱이 발달하지 않은 척추동물로 칠성장어와 먹장어가 대표적임

모듈구조 :
특정 단백질에서 반복적으로 존재하는 최소 구조적 단위인 모듈에 의해 형성되는 전체 단백질의 구조형태

대장균 :
사람이나 동물의 대장에 많이 서식하는 장 내 세균으로, 생명 공학에서는 단백질의 대량 생산에 주로 이용됨

한국에너지기술연구원이 우리나라의 그린에너지기술개발에 대한 분석결과를 내놓았습니다.

우리나라의  그린에너지기술개발 기간은 평균 3.3년, 연구개발 중심 기술의 개발 기간은 4.1년이 소요되는 것으로 나타났습니다.

기술혁신의 목표는 제품혁신(57%)이 공정혁신(33%) 보다 앞서고, 기술확보의 경우 자체개발, 국내공동연구, 국내기술제휴, 해외기술 순으로 조사되고 있으며, 기술혁신의 성숙도에서는 연구기관의 시제품(53.9%)과 기업체의 완제품(63.6%)이 각각 높은 비중을 차지하는 것으로 조사됐습니다.

<KIER 기술정책  FORCUS 전문 보기>

KIER기술정책Focus6-1(최종).pdf

생명체를 이루는 수많은 세포들은 세포 내외부에서 신호전달체계를 통해 정보를 교환하고 생리현상을 조절하고 있습니다.

특히 암이나 우울증, 면역질환, 퇴행성질환 등 많은 질병들이 세포신호전달과 밀접하게 연관되어 있어, 세포신호전달 체계의 기능 연구와 신호전달 조절을 통한 질병 치료제 연구가 매우 활발히 진행되고 있습니다.

그동안 세포 신호전달체계에서 단백질이 인산화됨에 따른 단백질 활성의 변화는 인산화로 인해 단백질 구조가 변하면서 일어나는 것으로 알려져 왔습니다.

그러나 구체적으로 그 구조변화가 어떻게 일어나는지, 그리고 인산화 자체로 충분한지에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 상태였습니다.

□ 한국생명공학연구원(KRIBB) 단백체의학연구센터 박병철 박사팀이 중앙대 약학대학 조사연 교수팀과 공동으로 세포의 사멸 및 증식과 관련된 신호전달체계에서 'Pin1' 효소(프롤릴 이성화효소)가 신호전달 활성화에 핵심 역할을 한다는 사실을 규명했습니다.

공동 연구팀은 최근 들어 인산화된 단백질에 작용하는 효소들이 발굴되었고, 그 중 대표적인 것이 Pin1 단백질인 것을 바탕으로 세포신호전달체계 중 매우 중요한 JNK 신호전달체계가 Pin1에 의해 조절되는지를 연구했습니다.

JNK 단백질은 활성산소나 자외선과 같은 외부 세포자극을 인식하여 세포의 염증반응을 조절하는 단백질로, JNK 단백질이 활성화되어야 이후의 후속 신호전달체계가 진행되는 고등 동물세포의 대표적 신호전달체계입니다.

연구팀은 JNK 신호전달체계에서 인산화된 JNK 단백질에 Pin1 효소가 결합함으로써 구조를 변화시키고 이를 통해 JNK 단백질의 활성이 극대화됨을 밝혀냈습니다.

연구 결과 우선 JNK 단백질의 인산화 자체만으로는 충분한 JNK 단백질 활성을 나타내지 않았고, 또한 인산화된 JNK 단백질의 활성이 극대화되기 위해서는 Pin1 효소가 JNK의 인산화된 부위에 결합하여 단백질 구조 변화를 유발시켜야 함을 증명했습니다.

이번 연구결과를 통해 JNK 단백질이 활성화되기 위해서는 인산화뿐만 아니라 Pin1에 의한 단백질 구조변화가 유도되어야 함을 보여 신호전달체계의 활성기작에 중요한 단서를 제공했습니다.

Pin1 및 JNK 단백질은 암, 알츠하이머와 같이 세포의 사멸과 증식, 노화 등과 관련된 질병에 중요한 영향을 미치는 단백질로서, 이들 간의 새로운 기능규명을 통해 관련 질병의 발생 및 억제, 치료제 개발에 중요한 정보를 제공하고 있습니다.

또 앞으로 pin1을 적절히 조절할 수 있다면 면역질환, 노화, 암, 치매와 같은 주요 질환을 근원적으로 치료할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

연구결과는 세포학 분야에서 세계 최고의 권위를 자랑하는 미국 학술지인 '세포 사멸과 분화(Cell Death & Differentiation)'에 1월 10일자에 게재되었습니다.
(논문명 : A critical step for JNK activation: isomerization by the prolyl isomerase Pin1)

  용  어  설  명

JNK : 
c-Jun N-말단 인산화효소의 약자로 세포내 jun 단백질의 세린(ser) 부분을 인산화 시키는 효소로 활성산소나 UV 같은 세포자극을 인식해서 세포의 염증반응을 조절하는 중요한 단백질. T세포분화와 세포사멸에도 관여함

JNK 신호전달체계 :
JNK 단백질은 활성산소나 자외선(UV)과 같은 외부 세포자극을 인식하여 세포의 염증반응을 조절하는 단백질로서, JNK 단백질이 활성화되어야 이후의 후속 신호전달체계가 진행됨. 일반적으로 고등 동물세포에서 일어나는 대표적인 신호전달체계임

pin :
Pin 1, or peptidyl-prolyl cis/trans isomerase (PPIase), 오직phospho-Serine/Threonine-Proline 부위를 이성화시킴. 인산화 신호전달체계를 조절하는 key 효소로 억제하면 암과 치매를 일으킴. 암은 물론이고 면역질환에 관여함

이성화효소(isomerase) :
화학적인 변화없이 대상을 구조적 이성질체로 변화시켜주는 효소. 탄수화물의 경우 포도당을 과당으로 바꿔주는 포도당이성화 효소가 대표적인데 단백질의 구조를 바꾸어 기능을 조절하는 Pin1, PDI 등이 여기에 속한다

단백질 인산화 :
세포내 단백질에 인산기가 붙는 것을 뜻하며, 단백질에 인산기가 붙거나 떨어짐에 따라 세포신호를 전달하는 단백질의 기능이 활성화되거나 불활성화됨.

<박병철 박사> ○1962년생 ○주요 학력   1981～1985   전남대학교 생물학 (학사)   1985～1987   KAIST 생명공학 (석사)   1990～1995   KAIST 생명과학 (박사) ○주요 경력   1987～1996   KIST 유전공학센터 선임연구원   1997～2000   미국 국립보건원 연구원   2000～현재   한국생명공학연구원 책임연구원   2002～2008   지능형생물정보사업단장   2008～2011   한국생명공학연구원 의과학연구본부장   2011～현재   보건복지부지정 면역질환단백체센터장   2011～현재   환경부 전략위원회 위원 ○연구분야  ㅇ 암 및 면역질환  ㅇ 단백체, 세포신호전달 ○주요 연구업적  ㅇ 인체 및 동물, 미생물 단백체분석 20여건 발표  ㅇ 세포신호전달 및 사멸 조절 논문 40여건 발표  ㅇ 질환 기작과 조절 논문 20여건 발표

연구개발특구지원본부가 오는 4월 공개오디션 형식의 '아이디어(IDEA) 콘테스트'를 개최합니다.

여기서 IDEA는 Innovation, Design, Entrepreneurship, Ardent의 약자로, 기술사업화(R&BD)를 위한 참신한 아이디어를 위미합니다.

이번 행사는 특구구성원 간의 기술교류 문화 활성화를 위해 추진되는 것으로 유명 TV프로그램 '나는 가수다'의 경선방식을 도입했습니다.

특구본부는 2월 중 참가자 모집과 예선을 거쳐 결선 진출 후보자를 선정한 뒤, 이들을 대상으로 심층 프레젠테이션 컨설팅 과정을 거쳐 4월 최종 공개결선을 치를 예정입니다.

이번 콘테스트는 공개모집으로 선발되는 청중평가단이 전문평가단과 함께 결선 심사에 참여해 관중 참여형 방식으로 최종 수상작을 가리게 됩니다.

수상작에 대해 총 700만원(대상 300만원, 우수상 200만원, 특별상(2팀) 각 100만원) 상당의 상품이 수여됩니다.

참가 자격은 대덕특구 내 출연연 및 기업 종사자들이며, 일반인과 대학생은 청중평가단으로 참가할 수 있습니다.

□ 한국한의학연구원(KIOM)이 스마트폰 등에서 한약재의 기원이나 학명 등을 확인할 수 있는 '한약 기원 사전'을 만들어 웹사이트를 통해 일반 국민들에게 무료 배포했습니다.

최고야 박사팀이 개발한 '한약 기원 사전'은 한약재의 주 사용국인 한국, 중국, 일본, 대만, 북한 등의 공정서(약전)에 수재된 한약(생약)의 '기원' 내용을 총망라하고 있습니다.

여기에는 동북아 각국에서 한약재로 쓰이는 동식물의 나라별 이름, 분류체계에 따른 학명, 라틴어 생약명과 영문 생약명, 약용부위 등의 내용이 포함되어 있습니다.

인터넷 포털 등에서 한약재의 이름을 검색할 경우, 잘못된 정보임에도 그 진위를 알 수 없을 때가 적지 않습니다.

그러나 이번에 발간된 사전을 이용하면 각국 현행 공정서의 정확한 내용을 확인할 수 있고, 특히 한국, 중국, 일본 등 각 국가별 공정서 내용을 한번에 볼 수 있어 국가별 한약재 기원 규정의 차이를 한눈에 알수 있습니다.

□ 이 사전의 표제어는 모두 1877건입니다.

'감초', '당귀' 등 한약재 이름을 입력하면 해당 약재의 기원 내용이 표시되는데, 표제어는 우리나라의 공정서인 '대한약전'과 '대한약전외한약(생약)규격집'의 약명을 우선 기준으로 했습니다.

또 우리나라나 중국에서는 확백이라고 하지만, 대만에서는 황벽으로 불리는 등, 동일한 약재라도 국가별로 약명을 달리 한 것은 각각 별도로 수록했습니다.

이 사전에 수록된 범위는 대한약전의 '의약품 각조 제2부' 중 복합제제를 제외한 품목, 대한약전외한약(생약) 규격집의 전 품목, 중화인민공화국약전의 '제1부 중약재', 일본약국방의 '의약품각조' 중 생약 전 품목, 중화중약전의 전 품목 등입니다.

□ 이 사전은 단독으로 작동되는 앱이 아니라 스타딕(StarDict) 호환 형식의 파일입니다.

스타딕은 윈도우, 리눅스, 안드로이드, iOS 등 다양한 사용환경에서 호환되기 때문에 중일사전, 영영사전 등 필요한 사전파일만 선택적으로 설치해서 사용할 수 있으며, 상업용 사전과는 달리 대부분의 사전파일이 무료로 배포되고 있습니다.

또 스타딕은 안드로이드 등 스마트폰에서 널리 쓰이는 범용 사전 형식으로, 기존에 컬러딕(ColorDict) 등 사전 앱을 사용하고 있다면 간단히 '한약 기원 사전' 파일만 추가함으로써 바로 이용할 수 있습니다.

또한 안드로이드 뿐만 아니라 아이폰이나 PC에서도 쉽게 사용할 수 있으며, 포털업체 등에서 제공하는 사전과는 달리 한 번 설치하고 나면 인터넷 연결이 필요없으므로 데이터요금이나 통신장애를 걱정하지 않아도 됩니다.

한의학연은 향후 각국 약전의 개정사항을 반영하고, 함초·벌나무·죽염 등 공정서에 수록되지 않은 민간 약초에 대한 자료도 추가할 예정입니다.

컬러딕(ColorDict) 앱을 사용할 경우

워드메이트(WordMate) 앱을 사용할 경우

<수록 범위>

- 대한약전 제9개정 '의약품각조 제2부' 생약 등, 2007. 일부개정, 2010.
- 대한약전외한약(생약)규격집 전 품목, 2007. 일부개정, 2011.
- 중화인민공화국약전 2005년판 '제1부' 전 품목, 2005. (중국)
- 중화인민공화국약전 2010년판 '제1부' 전 품목, 2010. (중국)
- 일본약국방 제15개정 '의약품각조' 생약 등, 2006. 일부개정, 2007.
- 일본약국방 제16개정 '의약품각조' 생약 등, 2011.
- 중화민국약전 제6판 생약 등, 2006. (대만)
- 중화중약전 전 품목, 2004. (대만)
- 조선민주주의인민공화국 약전 제5판 '고려약', 1996. (북한)


<호환되는 사전 앱>

한국천문연구원과 한국항공우주연구원의 지배구조 개편에 대한
한국우주과학회의 입장 

각 연구원의 독립성이 결여된 정부의 출연연구원지배구조 개편안은 이제 발전기에 접어든 대한민국의 천문·우주과학 분야를 나락으로 추락시킬 수 있기 때문에 한국우주과학회는 이의 철회, 또는 재고를 강력히 촉구한다. 

지난 수십 년간 우주과학의 변방이었던 우리나라에서 국가 우주과학·기술의 중추적인 역할을 담당하며, 우주강국으로 가는 수많은 연구 및 주요임무를 수행하던 한국천문연구원과 한국항공우주연구원을 효율화와 융합화란 불분명한 기준으로 포장하여 각각 기초과학연구원과 국가개발원으로 통폐합하려는 개편안을 정부는 충분한 논의와 연구현장의 의견청취 없이 밀어 붙이려고 하고 있다.

우리 민족은 고대부터 우수한 천문관측기록을 자랑스러운 과학유산으로 우리에게 남겼다. 세종대왕 당시 세계적으로 최첨단기술에 속하는 천문관측기기들이 개발된 것으로부터 알 수 있듯이, 우리 선조들은 천문·우주과학에 대한 꾸준한 관심과 열정을 갖고 있었으나, 일제의 말살정책에 그 맥이 끊기고 말았다. 그럼에도 불구하고 우리나라 최초의 근대적 이공계 박사는 천문학으로 학위를 했을 만큼 천문·우주과학은 근대 국내 과학기술계에서도 가장 뿌리가 깊다.

1974년에 설립된 국립천문대가 모태인 한국천문연구원은 천문·우주과학의 국가천문 대표기관으로서의 역할을 수행하여 왔다. 또한, 1989년에 설립된 한국항공우주연구원은 실용적인 우주의 이용 및 우주공학, 우주탐사에 기여해 왔다. 이렇게 출연연구기관인 한국천문연구원, 한국항공우주연구원, 그리고 여러 대학의 관련 학과는 우리나라의 천문·우주과학의 큰 기둥으로서 그 역할을 해 왔고, 앞으로도 이 세 축을 바탕으로 우리나라 천문·우주과학 분야가 세계적인 수준으로 발돋움할 것이다. 이러한 기초를 바탕으로 국가제정 천문법과 우주개발진흥법은 천문·우주과학의 중요성을 국가에서도 인식하고 우리나라가 우주강국으로 가고자 하는 의지의 표현인 것이다.

한국우주과학회는 천문·우주과학 관련 전문인력의 학문·기술적 관심사의 최첨단에 서있으며, 우리나라 천문·우주과학의 발전을 위해 천문·우주과학 관련 대학, 연구기관이 세계적인 수준으로 도약하기 위한 동반자 역할을 하고 있다.

그 간 한국천문연구원과 한국항공우주연구원은 독립연구기관을 유지하며 그 연구개발 능력을 극대화하기 전까지 여러 번의 기관 지배구조 변화를 겪어왔으며, 정권이 바뀔 때마다 연구개발현장의 의지와는 다르게 여러 형태의 변화를 요구 받았다. 그 때마다 연구개발 현장에서는 혼란과 우수 인력의 이직 등과 그에 따른 중요 연구의 단절도 일어났다. 매우 유감스러운 일이다.

현재 어느 선진국도 독립적인 천문·우주과학 전문연구기관을 두지 않은 나라는 없다. 세계적인 거대과학을 위한 여러 천문관측기기 사업, 국제학회, 국제기구 및 위원회에 한국천문연구원은 국가천문연구기관 대표자격으로 참여하고 있고, 한국항공우주연구원 또한 우주개발에 있어서 국가를 대표해서 국제협력을 이끌어 내고 우주기술 개발에 앞장서고 있다. 두 기관이 독립성이나 대표성을 상실하고 일개 부설기관으로 전락한다면, 우리나라에서의 천문·우주과학은 뒷전으로 밀리고 우주강국의 꿈은 사라질 것이다. 한번 무너진 토대는 다시 쌓기 어렵다.

한국우주과학회는 21세기 대한민국의 천문·우주과학의 발전을 위해서 한국천문연구원과 한국항공우주연구원이 독립성이 확보된 기관이어야 함을 다시한번 강력히 천명한다.

2012년 2월 9일

한국우주과학회 회장 김천휘

한국생명공학연구원이 창의적인 연구 아이디어를 발굴하기 위해 시행한 '이런 연구 해 주세요' 연구아이디어 공모전에서 충북대 임정화 씨가 최우수상을 수행했습니다.

임 씨는 '실험동물을 사용하지 않고도 유전자 및 화합물의 효과를 확인하는 기술'을 통해 줄기세포로부터 분화시킨 각 조직을 순환배양 시스템으로 만들어 약물 및 유전자 기능을 확인할 수 있는 '인공 동물실험 기술'을 제안했습니다.

우수상은 '뇌세포 파괴를 막거나 저지하는 효소 개발'을 제안한 미국 존스홉킨스 의과대학 차보영 박사와 '인공혈액'을 제안한 한국생명공학연구원 하태환 박사가 선정되었습니다.

 연구아이디어 공모전 수상자 명단

진단과 치료용 약으로서 펩타이드의 장점은 생산 단가가 낮고, 안전성과 반응성이 높으며, 특허 사용료가 상대적으로 저렴하고, 원하지 않는 면역시스템에 덜 노출되어 펩타이드 자체에 대한 부작용이 적고, 합성하여 쉽게 변형할 수 있는 것 등이 있습니다.

그럼에도 대부분의 펩타이드는 항체에 비해 특정 단백질 타깃에 대해 친화력과 특이성이 낮기 때문에 다른 분야에 활발히 응용되지 못하고 있는 실정입니다.

□ 항체처럼 질병 타깃과 잘 결합하면서 생산성과 안정성도 갖춘 새로운 펩타이드 플랫폼이 개발됨에 따라 차세대 진단 치료제 개발에 새 가능성을 열었습니다.

광주과기원 전상용 교수팀은 기존 펩타이드의 단점인 낮은 친화력과 특이성을 해결한 '앱타이드(Aptide)'라는 새로운 펩타이드 플랫폼 개발에 성공했습니다.

이 플랫폼은 펩타이드의 장점인 생산성 안전성과, 항체의 장점인 고친화력과 고특이성의 장점을 모두 갖췄습니다.

연구팀은 기존 펩타이드의 단점을 극복할 수 있는 새로운 개념의 펩타이드인 앱타이드를 개발해 다양한 단백질 타깃에 항체처럼 매우 잘 결합하는 고친화도, 고선택성 등을 동물실험을 통해 밝혀냈습니다.

또한 암 바이오마커에 특이적인 앱타이드를 이용해 생체 내에서 암만을 선택적으로 진단할 수 있다는 사실도 확인했습니다.

이번에 개발된 앱타이드는 항체처럼 결합력이 강해 다양한 바이오의약품으로 응용될 수 있어, 항암 표적치료제뿐만 아니라 다양한 질병에 대한 의약품으로 활용될 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

연구결과는 화학분야의 최고 권위의 학술지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie)'지 1월호(1월 24일)에 게재되었습니다.
(논문명 : Bio-Inspired Design and Potential Biomedical Applications of a Novel Class of High-Affinity Peptides)

 용  어  설  명

앱타이드 (Aptide) :
항체나 압타머와 같이 타켓물질에 고친화도와 선택성을 가지고 결합할 수 있는 펩타이드로서 Aptamer-like Peptide 의미

펩타이드 (Peptide) :
단백질과 구성 성분은 같으나 크기가 훨씬 작은 일종의 단백질의 조각에 해당하는 것으로 2개 이상에서 대략 50개 이내의 아미노산이 연결되어 구성되어 있는 물질

항체 :
타겟물질에 고친화도 및 선택성으로 결합할 수 있는 면역글로부린 구조를 가지고 있는 단백질로서 다양한 질병에 대한 획기적인 치료제로서 각광을 받고 있음

<연 구 개 요> 현재 질병 타겟에 높은 친화력을 가지며 특이적으로 붙는 펩타이드는 진단과 치료 분야에서 많은 이용 가치를 가지고 있다. 일반적으로 펩타이드는 생산 단가가 낮고 반응성이 높으며 면역반응을 잘 일으키지 않으며 합성을 통해서 생산되기 때문에 변형이 쉽고 순도가 높은 제품을 만들 수 있는 장점을 가지고 있다. 하지만 기존의 펩타이드가 후보약물이 되기 위해서는 낮은 타겟 친화력과 특이성, 단백질 가수분해 효소에 의한 생체 내 불안정성과 같은 한계점을 극복해야 한다. 이런 문제점을 해결하기 위해서 새로운 높은 친화력과 특이성을 가지는 "펩타이드 압타머 (앱타이드, Aptide)"라는 새로운 펩타이드 스캐폴드를 디자인하고 그것의 성질을 규명하였다. 그림 1.  앱타이드는 루이신 지퍼 단백질과 비슷한 모양을 가지도록 디자인을 함. 펩타이드 골격(scaffold)의 양 말단의 결합된 두 개의 펩타이드(오렌지색, 파랑색)가 공동으로 타겟분자에 결합하는 형태로 높은 친화성으로 특이적 결합력을 가지도록 함. 앱타이드는 루이신 지퍼 단백질의 구조에서 영감을 얻어 디자인을 한 총 26개의 아미노산으로 이루어진 펩타이드이다. 이는 trpzip 이라는 beta-hairpin motif scaffold를 골격으로 이용하여 trpzip 의 N- 과 C- 말단 부분에 각각 6개의 아미노산을 무작위로 배열함으로써 타겟 바인딩 부분을 만들었고 이를 통해 항체와 대등한 수준의 높은 친화력과 특이성을 가진 펩타이드를 개발하였다. 이는 기존의 펩타이드의 단점인 안정성을 극복함과 동시에 표적결합부위의 두 개의 구조로 이루어진 가변적 펩타이드를 이용하여 시너지 효과를 일으켜 타겟에 대해 매우 높은 친화력과 특이성을 확보할 수 있었다. 그림 2.  암 바이오마커인 EDB에 특이적 앱타이드의 암 표적화. (a) 쥐의 인간 뇌종양 세포를 이식하여 암을 만든 다음에 형광이 표식된 EDB 특이적인 앱타이드(APTEDB1st)와 대조군인 scramble 앱타이드 (scr-APT)를 정맥주사 한 후 시간마다 형광이미지를 얻음. 붉은 화살표는 암을 나타냄. 시간이 지나감에 따라 EDB 특이적 앱타이드는 암에 선택적으로 축적되나 scramble 앱타이드는 암에 전혀 축적되지 않음. (b) 정맥 주사 후 6시간 후에 쥐에서 암, 간, 심장, 폐, 신장, 이자를 절제하여 형광이미지를 얻음. EDB 특이적 앱타이드는 암에 많은 양이 선택적으로 표적화되었으나 scramble 앱타이드는 전혀 암에 축적되지 않았음. 예를 들어 fibronectin extra-domain B (EDB), VEGF, HSA 와 hexa-histidine tag 과 같은 여러 다른 타겟에 대해서 모두 nanomolar 범위의 친화력을 갖는 앱타이드를 발굴할 수 있었고 친화력 향상 과정을 통해 65 nM 인 EDB 특이적 앱타이드를 최대 3 nM 까지 친화력을 향상시킬 수 있었다. 중요하게, 암 바이오마커인 EDB에 특이적인 앱타이드를 이용하여 생체 내에서 암만을 선택적으로 진단할 수 있었다. 결론적으로, 이러한 앱타이드는 어떤 타겟이든 높은 친화력과 특이성을 가지는 펩타이드를 발굴할 수 있기 때문에 항암제 등의 의약품으로서의 용도뿐만 아니라 생체 내 물질의 검출, in vivo 분자 이미징, in vitro 세포 이미징, 약물전달시스템, 에스코트 분자 등에 광범위하게 응용할 수 있다.

<전상용 교수> 1. 인적사항   ○ 소 속 : 광주과학기술원 생명과학부 정교수   2. 학력   ○ 1993 : 한국과학기술원 학사  (화학과)   ○ 1995 : 한국과학기술원 석사  (화학과)   ○ 1999 : 한국과학기술원 박사  (화학과)   3. 경력사항 ○ 1999 ~ 2002 : POSTECH, Postdoctoral Research Scientist ○ 2002 ~ 2004 : MIT, Postdoctoral Associate ○ 2004 ~ 2007 : 광주과학기술원 생명과학부, 조교수 ○ 2007 ~ 2010 : 광주과학기술원 생명과학부, 부교수 ○ 2010 ~ 현재 : 광주과학기술원 생명과학부, 정교수 4. 주요연구업적 1. Park S, Kim YS, Kim WB* and Jon S*. "Carbon Nanosyringe Array as a Platform for Intracellular Delivery", Nano Lett., 2009; 9(4), 1325-1329. 2. Yu MK, Jeong YY, Park JH, Park SJ, Kim JW, Min JJ, Kim KW and Jon S*. "Drug-loaded superparamagnetic iron oxide nanoparticles for combined cancer imaging and therapy in vivo", Angew. Chem. Int. Ed., 2008; 47, 5362-5365. 3. Bagalkot V, Zhang L, Levy-Nissenbaum E, Jon S*, Kantoff PW,    Langer R and Farokhzad OC*. "Quantum Dot-Aptamer Conjugates for Synchronous Cancer Imaging, Therapy and Sensing   of Drug Delivery Based on Bi-Fluorescence Resonance Energy Transfer", Nano Lett. 2007; 7, 3065-3070. 4. Kim D, Park S, Lee JH, Jeong YY* and Jon S*. "Antibiofouling Polymer-Coated Gold Nanoparticles as a Contrast Agent for in Vivo X-ray Computed Tomography Imaging", J. Am. Chem. Soc., 2007; 129, 7661-7665. 5. Lee H, Lee E, Kim DK, Jang NK, Jeong YY* and Jon S*. "Antibiofouling Polymer-Coated Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles as Potential Magnetic Resonance Contrast Agents     for In Vivo Cancer Imaging", J. Am. Chem. Soc, 2006; 128, 7383-7389.

plasmonics is working on a chip

KAIST 부설 나노종합팹센터가 나노람다㈜와 공동으로 첨단 나노광학분야 플라즈모닉스 기술을 이용해 기존 광학기술의 한계를 극복하고, 분광기능을 갖는 초소형 센서 칩을 구현해 낼 수 있는 공정기술을 개발했습니다.

나노종합팹센터)는 2009년부터 나노람다와 나노플라즈모닉스 기술을 이용한 플라즈모닉 빛센서칩의 핵심부품인 나노옵틱필터 어래이와 스펙트럼 센서에 대한 핵심 양산공정 기술을 공동 개발했습니다.

기존 분광기는 값 비싼 광학부품인 프리즘 또는 회절격자, 미러, 광파이버 등을 사용하여 빛을 파장별로 분리하기 때문에, 크기도 크고 가격이 수천 만 원에 이릅니다.

따라서 강력한 물질분석 장비임에도, 주로 대형 실험실에서만 사용됐습니다.

그러나 새로 개발된 프라즈모닉센서는 이러한 값비싼 고전 광학부품을 전혀 사용하지 않고, 현재 스마트폰 등에 많이 쓰이는 CMOS 이미지센서 기술에, 첨단 프라즈모닉 나노광학 필터 어래이 기술 및 혁신적인 신호처리 소프트웨어 기술을 융합하여 스마트폰에도 장착할 수 있을 정도의 크기 및 가격대를 구현했습니다.

이번에 개발된 광센서 시제품은 기존의 노트북 크기의 고가의 분광기(Optical spectrometer) 기능을 초소형 센서칩에서 구현할 수 있는 세계 최초의 기술로 평가받고 있습니다.

이를 이용할 경우 스마트 TV나 디스플레이의 색상을 주변 빛 환경에 따라 항상 최적의 색을 유지하게 할 수 있습니다.

또한 스마트 LED조명 시스템에도 적용되는 등 이 분야에서만 연간 수 억 개의 센서칩이 사용될 것으로 예상됩니다.

뿐만 아니라 손목시계 형태와 같은 웨어러블 개인용 건강 모니터링 디바이스들에 내장되어 실시간으로 개인 건강상태를 모니터링 하는데도 사용되면서 이에 대한 수요 또한 연간 수 억 개를 넘어설 것으로 예상됩니다.

게다가 광센서는 현재 존재하지 않는 새로운 시장이인데다, 센서칩 자체 시장만도 1조 원을 넘으며 그 응용 및 관련 신규 시장 창출 규모는 2015년 수 조 원을 훨씬 넘을 것으로 예상됩니다.

나노종합팹센터는 최근 공정불량을 최소화해 웨이퍼 수준에서 99% 이상의 제품이 구동하는 성과를 올렸으며, 이를 토대로 성공적인 양산 체계를 위한 제반 환경과 여건을 지속적으로 지원키로 했습니다.

나노종합팹센터&(주)나노람다 공동개발 플라즈모닉 광센서

 용  어  설  명

나노플라즈모닉스 :
빛(포톤)이 나노사이즈의 구조를 가진 금속 표면에 있는 자유전자와 상호작용(공진)하여, 빛 에너지가 자유전자 그룹의 표면파 에너지로 바뀌는 현상으로, 기존의 광학 성질과는 판이하게 다른 새로운 나노광학 분야이다.
전자학이 가지고 있는 물리적 한계(속도)를 극복할 수 있는 포스트 전자학으로 광범위한 응용분야에서 다양한 연구되고 있다.

나노옵틱필터어레이 :
나노플라즈모닉스 분야중 빛의 파장을 선택적으로 처리할 수 있는 파장 필터 기능을, 아주 작은 면적 안에 수백 수천 종류를 어레이 형태로 만든 구조