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지난 수십 년 동안 급속히 증가한 장기이식과 항암치료, 후천성 면역 결핍증(AIDS) 등으로 면역력이 저하된 환자들이  캔디다(Candida)나 아스퍼질러스(Aspergillus), 크립토코커스(Cryptococcus)등 인체 기회감염성 진균에 감염되는 경우가 증가하고 있습니다.

노령화 사회로 접어들면서 면역기능 저하로 인한 진균류 감염이 점점 증가하고 있고, 또 일부 계층에서만 나타났던 감염증이 일반인들에게로 확산되고 있는 것입니다.

특히 병원성 효모인 크립토코쿠스(Cryptococcus)에 의한 '크립토코쿠스증(Cryptococcosis)'은 AIDS 환자와 같은 면역저하 환자에게서 가장 흔하게 발견되는 곰팡이 질환 중의 하나인데, 이 균이 중추신경계에 침범할 경우 생명까지 위협할 수 있는 뇌수막염을 일으키게 됩니다.

전 세계적으로 크립토코쿠스 네오포만스의 병원성 조절 메커니즘과 신호전달 체계에 대한 연구는 활발히 진행되고 있지만, 정확한 발병 원인에 대한 규명과 효과적인 예방, 치료법은 아직 개발되지 못하고 있는 실정입니다.

이렇게 항진균제 개발이 어려운 이유는 진균류와 포유동물이 모두 진핵세포로 구성되어 세포내 생화학적 대사경로가 매우 유사해 진균류의 특이적 타깃 발굴이 어렵기 때문입니다.

전 세계의 항진균제 시장은 현재 약 130억 달러에 이르며 매년 약 4.5%의 성장을 기록할 것으로 예측되고 있는데요.

따라서 신규 항진균 치료법과 치료제의 개발은 국민의료 및 보건상 중요할 뿐만 아니라, 새로운 고부가가치사업 아이템으로 각광받을 수 있습니다.

AIDS 환자처럼 면역력이 저하된 사람에게 발병하는 진균성 뇌수막염을 유발하는 병원성 효모의 소포체 스트레스(Endoplasmic Reticulum Stress) 반응기작과 병원성과의 연계성을 중앙대 강현아 교수팀과 연세대 반용선 교수팀이 세계 최초로 규명했습니다. 
    
강현아 교수와 반용선 교수의 공동 연구팀은 병원성 효모인 크립토코쿠스의 미접힘 단백질 반응(Unfolded Protein Response, UPR) 전사조절 인자가 사람의 전사조절 인자와 구조적으로 다르고, 고온 및 항진균제 내성에 중요한 역할을 하는 것을 규명했습니다.

강현아 교수

반용선 교수


UPR 전사조절은 소포체에 미접힘(unfolded) 및 변형(misfolded) 단백질들이 축적되면 활성화되는 세포내 반응에 관여하는 유전자들의 발현을 조절하는 단백질 인자를 의미합니다.

진핵세포 내에서 진화적으로 잘 보존되어 있는 미접힘 단백질 반응(UPR)은 소포체(endoplasmic reticulum)내에 과축적된 미접힘 및 변형 단백질에 의해 유도되는 세포내 소포체 스트레스로부터 세포의 항상성 유지와 세포를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다.

공동 연구팀은 크립토코쿠스에 특이적으로 발견되는 UPR 전사조절인자를 저해할 경우, 이 병원균에 의한 병원성이 완전히 사라지는 것을 동물실험을 통해 밝혀냈습니다.
 
또한 상업적으로 이미 널리 이용되고 있는 항진균제 처리와 UPR 인자의 저해를 병용 처리할 경우 기존 약물의 항진균 효과를 급격히 증가시킬 수 있는 것도 규명했습니다

공동 연구팀은 항진균제 개발에 대한 원천기술 확보를 위해  국내 특허 출원을 했고, 해외 특허도 준비 중입니다.

이번 연구결과는 기존과 차별화된 항진균제 개발에 중요한 단서를 제공하고, 이를 바탕으로 고부가가치성 차세대 항진균제 개발이 가능할 것으로 기대받고 있습니다.

이번 연구결과는 미생물학계 최고 권위 학술지인 '플로스 패토젠스(PLoS Pathogens, www.plospathogens.org)' 8월 11일자 온라인 판에 게재됐습니다.
(논문명 : Unique Evolution of the UPR Pathway with a Novel bZIP Transcription Factor, Hxl1, for Controlling Pathogenicity of Cryptococcus neoformans)

 <연   구   개   요>

1) 현재 상업적으로 이용되고 있는 항진균제들은 약물에 대한 저항성 균주의 출현도가 높거나 독성이 너무 심하여, 광범위한 활성을 나타내면서 독성이 적은 항진균제에 대한 필요성이 증대되고 있다.
이에 대한 노력으로 기존 항진균제의 단점을 극복할 수 있는 약물의 개발 및 새로운 타깃 발굴에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
  
2) 본 연구에서는 인체 감염 병원성 효모 크립토코쿠스(Cryptococcus)에서 미접힘 단백질 반응(Unfolded protein response, UPR) 신호전달 경로를 분석하여, 스트레스 센서 IRE1과 숙주인 사람과 진화적으로 차별화된 새로운 UPR 조절 인자 HXL1을 발굴하고 이들을 저해할 경우 병원성이 감소하며 항진균제에 대한 감수성도 증가함을 규명하였다
   
3) 숙주인 사람과 진화적으로 차별성을 가지고 UPR 조절 유전자를 타깃으로 한 저해물질을 개발할 경우 그 자체로도 훌륭한 항진균 치료제가 될 수 있고, 동시에 기존의 항진균제 약물과 동시에 투약할 경우, 항진균제를 적게 사용하면서도 그 효과를 극대화 시킬 수 있어 항진균제 사용으로 인한 부작용을 감소시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 

항진균제 및 병원성에 대한 Unfolded Protein Response의 역할 규명

4) 강현아 교수와 반용선 교수의 공동 연구팀은 본 연구를 통해 항진균제에 대한 미접힘 단백질 반응(UPR)의 역할을 규명하였으며 항진균제 개발을 위한 원천기술 확보를 위해 관련 내용을 국내 특허 출원하였고, 해외특허 출원을 준비하고 있다.


 용  어  설  명

뇌수막염(meningitis) :
뇌수막염이란??뇌와 척수를 둘러싸고 있는 뇌수막에 생기는 염증을 말한다. 뇌수막염은 바이러스, 세균, 원충류, 및 진균 등에 의해 야기될 수 있다. 이 중 진균성 수막염은 크립토코쿠스(Cryptococcus)에 의해 주로 발병이 되며, 이를 크립토코쿠스증으로도 불린다. 뇌수막염의 증상으로는 두통, 발열, 목의 경직이 나타난다.

미접힘 단백질 반응(unfolded protein response) :
미접힘 단백질 반응은 세포내 소기관인 소포체(endoplasmic reticulum)에 미접힘(unfolded) 및 변형(misfolded) 단백질의 축적에 의해 활성화되는 세포내 신호 전달 경로이다. UPR 활성화는 소포체의 단백질 접힘(folding) 능력을 조절하는 광범위한 전사체 반응을 유도할 뿐 만 아니라 새로운 단백질의 생성 억제 및 변형(misfolded) 단백질의 제거를 통해 세포내의 소포체 스트레스를 조절한다. 현재 UPR은 세포의 운명과 단백질 대사경로 조절에 지대한 영향을 미침으로 암, 당뇨, 염증 질환과 같은 다양한 질병에 관련되어 있다는 연구가 보고되고 있어 UPR 제어를 통한 질병치료 가능성을 제시하고 있다.

항진균제(antifungal drugs) :
곰팡이 감염증의 치료약을 말한다. 진균 중에는 천재성(淺在性), 심재성(深在性)의 것이 있는데 천재성 진균증에는 칸디다증, 백선(白癬) 등이 있으며 외용(外用)이 가능하여 치료하기 쉽다. 심재성 진균증은 크립토코쿠스, 아스퍼르길러스 등이 원인균이며 내복(內服) 또는 주사로 밖에 적용할 수 없어 치료가 어렵다. 현재 유용되고 있는 항생제로는 Amphotericin B(암포테리신 비) 또는 Flucytosine(플루사이토신), Azole(아졸) 계열의 약물이 이용되고 있다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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  1. BK 2011.11.26 11:57  Addr Edit/Del Reply

    이 논문과 관련하여 발표 준비중인 학생입니다. 정말 많은 도움 받고 갑니다. 감사합니다.

나노(10억 분의 1미터) 크기의 축구공 모양 자석의 존재와 원리가 국내 연구진에 의해 밝혀졌습니다.

이철의 교수

한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원을 받아 연구를 수행한 고려대학교 물리학과 이철의 교수팀은 탄소원자 60개가 연결된 나노크기 축구공 모양의 분자인 풀러린(fullerene)이 수소를 흡착하면, 상온에서 영구자석으로 변하는 원리를 규명했습니다.

특히 이번 연구는 최근 노벨물리학상 수상의 주인공인 꿈의 신소재 '그래핀'으로 인해 전 세계 연구자로부터 각광 받는 탄소의 물성에 대한 이론적 연구로서, 지난 10년간 학계의 풀리지 않은 수수께끼였던 풀러린으로 영구자석을 만들 수 있는지에 대한 논쟁에 종지부를 찍었다는 점에서 의미가 있습니다.

기존의 자석은 철과 같은 중금속으로 단단하지만 무거운 반면, 탄소는 가벼우면서도 단단한 친환경 소재로서, 귀금속에 쓰이는 다이아몬드에서부터 연필심에 활용되는 흑연까지 매우 다양한 형태를 갖는 특징이 있습니다.

과거 2006년 이 교수팀은 흑연이 영구자석이 되는 원리를 밝힌 바 있습니다.

이 교수팀은 풀러린에 흡착된 수소가 풀러린 분자 표면에 갇힌 전자를 생성하면, 이 전자들 간의 상호작용에 의해 새로운 에너지띠를 형성하는데, 이 에너지띠가 바로 영구자석을 만드는 원인임을 규명했습니다.

특히 연구팀은 풀러린에 흡착된 수소의 수가 홀수일 때만 영구자석이 되는데, 일단 홀수의 수소가 흡착되면 숫자에 관계없이 동일한 세기의 영구자석이 된다는 사실도 확인했습니다.

이번 연구는 지난 10년간 논쟁의 중심에 섰던 풀러린으로 영구자석을 만들 수 있음을 처음으로 밝힌 것으로,  나노크기의 풀러린 영구자석은 향후 차세대 MRI용 조영제나 새로운 암치료법 등 다양하게 활용될 전망입니다.

이번 연구결과는 물리학 분야의 권위 있는 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'지 4월 22일자에 게재 됐습니다.  (논문명 : Intrinsic Impurity-Band Stoner Ferromagnetism in C60Hn)

 용  어  설  명

풀러린(fullerene) : 탄소만으로 이루어진 속이 빈 축구공 모양의 분자.

에너지띠(energy band) : 현대 물리학의 근간인 양자이론은 물질의 특성을 에너지띠 구조로 설명한다. 물질의 전기적 또는 자기적 특성은 그 물질을 구성하는 전자에 의해 결정된다. 에너지띠는 전자가 가질 수 있는 에너지 영역을 결정함으로써 물질의 다양한 특성을 기술한다.


<풀러린 분자

풀러린 분자

수소 흡착된 풀러린 분자

파란 공은 탄소 원자, 녹색 공은 수소 원자에 대응한다.
연두색 공은 풀러린에 갇힌 전자 분포를 보여준다.

 

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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MRI는 높은 해상도의 실시간 체내 영상을 얻을 수 있는 비침습적 방법으로 임상에서 사용되는 여러 진단 방법중 가장 각광 받는 장치입니다.

MRI 조영제는 영상을 더욱 명확하게 하여 정확한 진단이 가능하게 하고, 관찰하기 힘든 분자 수준의 생명 현상까지 영상화 할 수 있게 합니다.
 
현재 생체 적합성이 높은 산화철 나노입자가 조영제로 사용되고 있지만, 더욱 향상된 조영 효과를 얻기 위해서는 자기적 성질이 기존보다 월등히 우수한 나노입자가 필요합니다.

실제 자연계에서 지구 자기장을 따라 이동하는 자성 박테리아 내부에는 산화철이 가장 강한 자기적 성질을 갖는 40~120nm 사이의 나노입자(마그네토좀, magnetosome)가 발견되고 있지만, 실제 응용이 가능하도록 인공적으로 합성하지는 못하고 있습니다.

그런데 현재보다 훨씬 선명한 조영제를 국내 연구진이 개발, 차세대 MRI 조영제 시장을 주도할 수 있는 길이 열렸습니다.

교육과학기술부와 한국연구재단의 창의적 연구진흥사업을 수행중인 서울대 중견석좌교수인 현택환 교수 연구진과 보건복지부 혁신형 세포치료사업의 지원을 받은 서울대학교병원의 문우경 교수, 박경수 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 강자성 산화철 나노입자를 이용한 단일 세포 수준의 정밀 영상화와 이식된 췌도 세포의 장기간 영상화에 성공했습니다.

문우경 교수

현택환 교수



 현 교수팀은 강자성 산화철 나노입자(FION, ferrimagnetic iron oxide nanoparticle)를 합성 조영제로 활용하여 MRI 영상에서 단일 세포까지 영상화 하고, 이식된 췌도의 기능을 실시간으로 알 수 있다는 사실을 쥐와 돼지 동물실험을 통해 입증했습니다.


산화철이 나타낼 수 있는 최대의 자기적 성질을 갖고 있는 FION은 기존의 상용화된 조영제에 비해 3배 이상의 조영효과를 갖고 있습니다.
 
뿐만 아니라 최근 발표된 다른 T2 조영제에 비해 나노입자 한 개 당 조영효과가 훨씬 우수하고, 체내에 독성을 갖는 망간이나 코발트 이온 등을 포함하지 않아 실제 임상에서 적용 가능성도 매우 높습니다.

FION은 줄기세포, 췌도 등 다양한 세포를 표지 할 수 있을 뿐만 아니라 단일 세포 수준까지 정밀하게 정확히 영상화 할 수 있습니다.

이에 따라 암세포 전이 등 체내에서 일어나는 복잡한 생명현상을 규명하는 중요한 도구가 될 것으로 기대되며, 최근 활발하게 연구되는 줄기세포 등 세포 치료의 실제 임상 적용에도 크게 기여할 수 있을 것으로 전망됩니다.

또 임상에 가까운 연구로, 현재 1형 당뇨의 치료법으로 활용되는 이식된 췌도의 기능을 실시간으로 MRI 영상으로 판독 할 수 있고, 임상과 같은 조건에서 돼지에게 이식된 췌도를 관찰할 수 있습니다.

이번 연구결과는 나노분야의 권위있는 저널인『미국립과학원 회보 (PNAS)』지(誌) 논문으로 2011년 1월 31일 웹에 게재됐습니다.

FION의 합성 및 단일세포/췌도의 MR 영상화


  용   설 

MRI
: 자석으로 구성된 장치에서 인체에 고주파를 쏘아 인체에서 신호가 발산되면 이를 되받아서 디지털 정보로 변환하여 영상화하는 것을 말한다. MRI는 인체에 해가 없으면서, CT나 PET에 비해 선명한 체내 영상을 얻을 수 있는 장점이 있다. 뿐만아니라 환자 자세의 변화없이 다양한 방향의 영상을 얻을 수 있다.

조영제
: 방사선 촬영시 조직을 더 명확하게 나오도록 신호를 변환시켜주는 물질

췌도
:  이자에 존재하는 기관으로 알파세포, 베타세포, 감마세포등으로 구성되어 있다. 췌도를 이루는 세포의 대다수를 이루는 베타세포에서는 인슐린을 분비하며 당뇨등의 질환과 매우 밀접한 관련이 있다.

비침습
: 수술이나 시술등의 방법 없이 내부를 관찰하는 기술

T1 조영제
: MRI조영제의 일종으로 주변 부위를 밝게 만들어 주며, 주로 상자성체인 가돌리니늄 개열의 화합물로 이루어져 있다.

T2 조영제
:  MRI조영제의 일종으로 주변부위를 어둡게 만들어주며, 자성 나노입자인 산화철 등으로 이루어져 있다.

세포 표지
: 이식된 세포를 MRI와 같은 장비를 통해 관찰할 수 있도록 조영제를 세포에 주입하는 기술

1형당뇨
: 소아당뇨라고도 불리며, 인슐린을 분비하는 췌도의 파괴로 인해 발생한다. 1형당뇨는 인슐린 분비 능력을 거의 상실하였기 때문에, 주사 등의 방법으로 외부에서 적절한 양의 인슐린을 주기적으로 투여해야 한다.

미국립과학원 회보 (PNAS) 
: 미국의 국립과학원에서 1914년부터 발행하며 자연과학부터 사회과학까지 망라하는 종합 학술저널임. 2009년 Imfact Factor 9.432인 저널로 종합 학술저널 중 가장 권위있는 학술 저널 중 하나로 인정받고 있다.


                                                <연 구 요 약>

1. 배 경

자기공명영상(MRI)는 수술 없이 해부학적 정보를 실시간으로 얻을 수 있는 방법으로 인체 내부를 영상화할 수 있는 방법 중 하나이다. 임상에서 사용되는 다른 방법인 PET에 비해 선명한 영상을 얻을 수 있으며, CT에 비해서는 감도가 훨씬 우수하다.
MRI에서 보다 더 명확한 영상을 얻기 위해서는 조영제(contrast agent)가 필수적이다. 조영제는 조직 간의 대비를 더욱 명확하게 하여 정확한 판독이 이루어지도록 돕고 있으며, 최근에는 분자 생물학적인 지식을 바탕으로 분자 수준의 생명현상을 영상화 하려는 연구들도 꾸준히 이루어지고 있다.

현재 사용되는 MRI조영제는 상자성(paramagnetic) 화합물과 자성 나노입자로 구분할 수 있다. 가돌리늄 이온(Gd3+)이나 망간 이온(Mn2+)으로 대표되는 상자성 화합물 조영제는 T1조영제라 부르며, MRI영상에서 해당 부위가 밝아지는 효과가 있다. 현재 사용되는 MRI 조영제의 대부분은 가돌리늄 이온을 기반으로 하는 T1조영제로 혈뇌장벽의 손상, 혈관계의 분포 및 이상여부 등을 진단하는 데 사용되고 있다. 하지만 T1 조영제는 감도가 비교적 떨어지기 때문에 분자 및 세포 수준의 보다 더 정밀한 진단에는 적합하지 않으며 가돌리늄 이온의 독성에 의한 신원성전신섬유증(NSF) 등의 부작용이 있다. 이러한 부작용 때문에 T1 조영제는 체내에서 빠른 시간 안에 배출 되어야 하며, 이는 장기간에 걸친 지속적인 체내의 변화를 관찰하는 데에는 적합하지 않다.

자성 나노입자는 현재 산화철로 이루어진 초상자성 나노입자가 T2 조영제로 각광받고 있다. T2 조영제는 MRI 장비 내에서 자장교란을 통해 MRI 영상에서 해당 부위를 어둡게 만든다. 산화철은 생체 적합성이 높은 물질로 주성분인 철은 주입 후 분해되어 체내에서 철을 필요로 하는 헤모글로빈 등에 활용된다.
현재 사용되는 T2 조영제가 T1 조영제에 비해 감도가 우수하기는 하지만, 생체내의 미묘한 생명현상을 영상화 하는 데에는 아직도 한계가 있다. 최근들어 활발히 연구되는 이식된 줄기세포의 추적 및 분화, 암세포의 전이 과정 및 면역세포의 이동과 같은 세포 수준의 현상을 정확히 판독하기 위해서는 매우 적은 수 혹은 단일 세포를 MR 영상에서 볼 수 있어야한다. 하지만 현재 사용되는 조영제로는 수 천개 이상의 세포를 영상화 할 수 있다. 특히 일반적으로 사용되는 연구용 MRI 기기의 경우 임상용 MRI보다 자기장이 훨씬 강하고, 관찰하는 영역이 좁기 때문에 임상용 영상보다 신호가 강하며 영상의 해상도도 훨씬 높다. 이런 현실을 감안하면 임상에서 세포 수준의 영상을 얻기 위해서는 기존의 조영제와는 비교할 수 없을 만큼 강한 조영효과를 갖는 나노입자가 필요하다고 할 수 있다.

T2조영제의 조영효과는 조영제의 자기적 성질에 의존하기 때문에, 최근 발달한 나노입자의 제조 기술을 이용하면 조영효과를 더욱 더 향상 시킬 수 있다. 비록 몇몇 연구진에 의해서 기존의 조영제에 비해 효과가 뛰어난 나노입자가 발표되었지만, 체내에서 독성을 나타낼 수 있는 망간 및 코발트 이온을 포함하고 있는 한계가 있다.

생체 적합성이 높은 자성 물질인 산화철은 30~120nm 사이에서 자기적 성질이 가장 강한 것으로 밝혀졌다. 흥미롭게도 자연계에서는 해당 사이즈의 나노입자가 매우 오래전부터 존재해왔다. 예를 들어 자성박테리아의 경우 박테리아 내부에 마그네토좀(magnetosome)이라 불리는 30~100nm 사이의 산화철 나노입자가 존재하며, 자성박테리아는 이 산화철 나노입자를 이용하여 나침반처럼 지구의 자기장에 반응할 수 있다.

현재 기술로 자성박테리아 내부의 산화철나노입자를 분리해 낼 수는 있지만, 나노입자의 저비용 대량생산을 위해서는 인위적인 합성이 필요하다. 하지만 강자성체 산화철 나노입자는 나노입자간의 강한 인력이 작용하기 때문에 합성 과정을 조절하기가 매우 힘들어서 현재까지 균일한 크기의 강자성체 산화철나노입자의 합성은 극도로 어려운 것으로 생각되었다.


2. 연구결과

 본 연구에서는 자성박테리아의 마그네토좀과 크기와 모양이 매우 유사한 강자성나노입자(FION, Ferrimagnetic iron oxide nanoparticle)을 화학적 방법으로 합성하였다. FION은 기존에 사용되던 T2 조영제에 비해 자기적 성질은 2배 정도 우수하였으며, MR 조영효과는 상용화된 조영제에 비해 2~3배 정도 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 특히 FION은 최근 개발된 다른 자성 나노입자에 비하면 나노입자 한 개 당 조영효과는 월등히 우수하기 때문에 해당 부위에 극소수의 나노입자만 존재해도 MR 영상을 얻을 수 있을 것으로 생각된다. 인체에 무해한 철을 주성분으로 하고 있어 임상에서의 적용 가능성도 매우 높다고 할 수 있다. 실제 본 연구를 수행하면서 여러 종류의 세포나 동물에서 이상 현상이 관측되지 않았으며, FION으로 표지된 췌도를 이식받은 쥐의 경우 최대 150일 이상 생존하였다.

FION은 줄기세포, 췌도, 암세포 등 다양한 종류의 세포를 매우 쉽게 표지할 수 있었으며, 세포의 기능에도 거의 영향을 주지 않았다. 그리고 9.4T MRI를 이용하여 FION으로 표지된 세포를 영상화 했을 때, 단일 세포까지 영상으로 얻을 수 있었으며 얻어진 영상은 형광현미경으로 얻은 영상과 정확히 일치하였다. 이러한 단일 세포 영상을 생체 MR영상으로도 얻을 수 있는지 알아보기 위하여 FION으로 표지된 세포를 쥐에 이식한 후 쥐의 뇌를 MRI를 이용하여 관찰하였다. 그 결과 쥐 뇌로 이동한 많은 수의 암세포를 단일 세포 수준으로 관찰할 수 있었다. 이 결과는 혈관 내로 주입된 암세포가 뇌로 이동한 것을 영상화 한 것으로, 추후 암 전이에 관한 연구 등에 중요한 단서를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

실제 임상으로의 적용을 위하여, FION을 이용하여 이식된 췌도를 MRI로 영상화 하였다. 췌도는 췌장에 있는 기관으로 혈당량을 낮추는 인슐린을 분비한다. 따라서 당뇨병과 매우 밀접한 관련을 갖고 있다. 1형 당뇨의 경우 자가면역반응에 의해 체내에 있는 면역세포가 췌도를 파괴하기 때문에 발생하게 된다. 췌도 이식은 1형 당뇨의 치료방법 중 하나로, 이식된 췌도가 혈당량에 따라 인슐린 분비량을 조절하기 때문에 저혈당 등의 부작용없이 일정한 혈당 수치를 조절할 수 있는 장점이 있다. 하지만 이식에 쓰일 수 있는 췌도의 숫자가 절대적으로 부족하며, 이식후 면역 거부반응으로 이식된 췌도가 파괴되기 때문에 췌도의 기능을 실시간으로 모니터링 하는 것이 매우 시급히 요구된다. 물론 현재 사용되는 혈당량 측적으로도 췌도의 기능을 어느 정도 파악할 수 있지만 일반적으로는 대부분의 췌도가 파괴된 후에야 혈당량에 이상이 나타나는 한계가 있다. 따라서 1) MRI영상을 통해 이식된 췌도를 실시간으로 모니터링 할 수 있어야 하며 2) 표지된 췌도는 정상 췌도와 기능적으로 차이가 없어야 하며 3) 임상용 MRI장비에서 사람의 복부라는 큰 영역을 영상화 했을 때에도 췌도가 MR영상에 선명하게 나타나야한다.

FION을 이용한 췌도 표지는 매우 효율적이고 빠르게 일어났다. 본 연구 결과에서는 단 2시간 동안 표지했을 경우에도 췌도를 MR 영상에서 관찰할 수 있었다. 실제로 췌도를 이식하기 위해 공여자로부터 분리하게 되면 췌도 내부의 혈관이 많이 손상되기 때문에, 신속한 췌도 이식은 매우 중요하다. 따라서 FION은 표지 시간을 단축시켜, 다른 조영제를 사용했을 때에 비해 췌도 이식 성공률이 높을 것으로 기대할 수 있다.

FION으로 표지된 췌도는 정상 췌도와 기능상으로 거의 차이가 없었다. 본 연구에서 당뇨가 유발된 쥐에 FION으로 표지된 쥐를 이식했을 때, 혈당 수치가 정상으로 회복되었으며 이식 후 최대 150일 이상 정상 혈당을 유지하였다. 또한 동종 이식된 췌도의 경우 MRI영상으로 150일까지 확인할 수 있었다. 반면에 이종 이식된 췌도는 면역 거부 반응으로 빠르게 파괴되기 때문에 이식후 하루만 지나도 관찰되는 췌도의 개수가 현저히 감소하였으며, 15일 후에는 췌도를 거의 관찰할 수 없었다. 기존 연구에서 쥐에서 혈당량을 측정하여 췌도의 이상유무를 판단할 때는 췌도의 이종이식후 일주일간은 혈당량이 정상으로 유지되는 등, 실제 췌도의 상태보다 늦게 췌도 면역거부를 짐작할 수 있었다. 반면 본 연구에서는 췌도의 파괴를 거의 실시간으로 알 수 있기 때문에, 실제 임상에서 면역 거부에 의한 이상에 보다 빠르게 대응할 수 있을것이다.

마지막으로 임상에서의 적용 가능성을 알기 위해, 사람과 크기가 거의 유사한 돼지를 이용하여 췌도를 이식 관찰하였다. 사람은 쥐와 달리 MRI로 매우 넓은 영역의 영상을 얻어야 하는데, 이 경우, 영역이 좁을 때에 비해 MRI 신호가 약해지며 전체적인 해상도 역시 감소한다. 쥐 MR영상의 해상도가 100μm 정도 되는 반면, 사람 복부 MR영상은 해상도가 1mm이다. (췌도의 크기는 대략 100~200μm). 이 실험에서는 개복(開腹)수술 없이 임상과 같은 방법으로 영상의학 전문의가 주사 바늘로 간문맥에 접근하여 간 문맥의 흐름에 의해 췌도를 이식하였다. 이식 후 얻어진 MR 영상에서는 간에서 췌도가 어두운 점으로 명확하게 관찰되었다. 특히 이 실험에서 사용된 돼지 췌도의 경우 인간의 췌도보다 구조가 훨씬 약해서 쉽게 파괴되는데도 영상으로 얻었기 때문에, 임상에서의 성공 가능성이 매우 높다고 할 수 있다.


3. 결론

본 연구에서는 자성박테리아의 마그네토좀과 크기와 모양이 매우 유사한 산화철 나노입자를 합성할 수 있었다. 합성된 나노입자 FION은 기존의 조영제에 비해 조영효과가 월등히 우수하였으며, 생체적합성이 높은 물질로 이루어져 있어 임상에서도 적용가능성이 매우 높을 것으로 예상된다. 본 연구에서는 FION을 이용하여 단일 세포 및 단일 췌도를 MRI영상에서 관찰할 수 있었다.
따라서 FION을 이용하면 기존에 연구에 어려움이 있던 암세포의 전이, 면역세포의 이동, 동맥경화, 줄기세포의 이동 및 분화등을 MRI를 이용하여 실시간으로 관찰하여 세포 수준의 다양한 생명현상의 연구에 크게 도움이 되며 나아가 암의 조기 진단 및 예후예측 등 임상에서도 크게 기여할 것으로 기대된다. 또한 췌도 이식등 최근 각광 받고 있는 세포 치료의 발전에도 큰 도움을 줄 것이다.
또한 FION의 합성은 기존의 현택환 교수 주도로 이루어진 균일한 나노입자의 합성 방법과 유사하며 대량생산이 가능하기 때문에 산화철 기반으로하는 추후 조영제 시장을 주도할 수 있을 것으로 기대된다.





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교육과학기술부는 지방대학과 지역 산업체의 산학협력을 촉진하고 지역 현장 맞춤형 우수연구인력을 양성하기 위해 ‘2011년도 지역혁신인력양성사업 시행계획’을 확정 공고했습니다.

이번 사업은 수도권을 제외한 13개 광역시·도 소재 대학과 기업이 공동 기술개발 과제를 수행하는 것으로, 지원금의 50%까지를 참여한 석·박사 연구원의 인건비로 사용할 수 있고, 연구원이 과제에 참여한 기업에 취업하면 월 100만 원씩 최대 1년 간 보조금도 지원됩니다.

올해의 지원규모는 계속과제 141억 원, 신규과제 81억 원 등 총 237억 원으로, 과제별로 연 2억 원 이내에서 최대 3년간 지원됩니다.

올해 시행 계획에는 지역 현장 맞춤형 인력양성을 위한 산학연계의 강화, 융·복합기술 및 BT(생명공학)개발 수요 반영과 안정적 과제수행을 위한 제도개선 등이 포함됐습니다.

또 학부 4학년도 참여할 수 있도록 참여 연구원의 자격요건이 완화되고, 사업비 비목 개선으로 사업비 관리의 자율성이 확대됩니다.

지원 신청은 내달 1일부터 9일까지 헌국연구재단의 홈페이지(www.nrf.re.kr)를 통해 할 수 있고, 앞서 오는 12일부터 17일까지 권역별로 사업설명회가 실시됩니다.

권 역

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충청권

강원

부산, 울산,

경남, 제주

대구, 경북, 강원

광주, 전북

전남, 제주

대전, 충북,

충남, 강원

일 자

1.12(수) 14:00-16:00

1.13(목) 14:00-16:00

1.14(금) 14:00-16:00

1.17(월) 10:00-12:00

1.17(월) 15:00-17:00

장소

(재)강릉과학산업진흥원 1층 율곡관

부산테크노파크

엄궁단지 114호

대구테크노파크신기술산업지원센터 2층대강당

전북테크노파크본부동 대강당2층

충북대학교 개신문화관 2층 세미나실




◈ 2011년도 지역혁신인력양성사업 개요

□ 지원대상
 ○ 수도권(서울 인천 경기)을 제외한 13개 광역시도에 소재하고 있는 4년제 대학의 이공계학과와 기업이 공동으로 구성한 이공계 분야 산학협력 인력양성팀

□ 지원규모
 ○ 총 169개 과제 내외(신규 55개 과제 내외, 계속 114개 과제)
 ○ 지원비는 과제당 2억 원 이내로 3년 이내 지원

□ 주요개선 사항

구분

기존

개선

연차평가

항목(정량부문) 배점

인력양성(20)

산학연계(15)

기술개발(15)

인력양성(20)

산학연계(20)

기술개발(10)

사업참여대상

과제당 1개 이공계학과 참여, 농학계열 제외

과제당 1개 이상 이공계학과 참여,

농학계열 포함

참여연구원
자격요건

석․박사과정생, Post-doc

석․박사과정생, Post-doc, 학부4학년생

과제수행기간

5월 ~ 다음해 4월

3월 ~ 다음해 2월

※ 단, 1차년도는 4월 ~다음해 2월

현장실습

기업파견실적만 평가 반영

현장실습 교과목개설, 기업체 임원 강의 등 실적 평가 반영

기업의 참여요건

제한 없음

기업신용등급 9등급 이상

사업비 비목

4비목 12세목

4비목 7세목


□ 신청 자격 요건
  ○ 서울, 경기, 인천을 제외한 13개 광역시?도 소재 대학의 교수*와 요건을 충족하는 기업이 컨소시엄을 구성해 과제 신청
      * 교수 : 4년제 대학의 이공계 학과 소속 조교수 이상의 전임교원 가     운데 정부과제 '연구참여 제한자'가 아닌자
  ○ 참여기업의 경우 신청일 기준으로 설립된 지 2년이 경과한 법인으로 기업부설연구소가 설치된 신용등급 9등급 이상, 상시근로자 5명 이상 또는 전년도 매출액 3억 원 이상인 기업 
  ○  '산학협력 인력양성팀' 구성 가능 권역 기준(5+2 광역경제권)

권 역

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동남권

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호남권

광역경제권(5)

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특별경제권(2)

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  ○ 민간부담금
      - 대기업의 경우 정부출연금 대비 10% 이상, 중소?벤처기업의 경우 5% 이상을 현금으로 투자해야 함

□ 과제 신청 접수
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