포스텍-가톨릭대 의생명공학연구원 로고

지난 호 보기

WEBZINE 2020

POCAPIA

생명과학 및 공학분야의
훌륭한 연구능력과 원천기술

POSTECH

임상분야의
우수한 노하우와 기술력

가톨릭대학교

포스텍-가톨릭대
의생명공학연구원

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임상연구 & 사업화

신약 / 첨단의료기기 / 진단제 개발

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세계수준의 의생명공학연구원으로 발전

난치성 질환으로 고통받는 환자들에게 희망을 주고 국가 의생명공학
및 바이오 의료산업 발전에 기여

설립경과

  1. 포스텍-가톨릭대 의생명공학연구소 설립

    2005. 03. 01

    포스텍-가톨릭대
    의생명공학연구소 설립
    (국내최초대학간연구소)

  2. 포스텍-가톨릭대 의생명공학연구소 설립

    2008. 03

    신축건물 이전 및
    Tape-Cutting 식 개최

  3. 포스텍-가톨릭대 의생명공학연구소 설립

    2011. 02

    포스텍-가톨릭대
    의생명공학연구원 설립
    초기 5년간 운영실적 보고

  4. 포스텍-가톨릭대 의생명공학연구소 10주년 기념행사

    2015. 11

    포스텍-가톨릭대
    의생명공학연구원 설립
    10주년 기념 행사

기본시설 (공동연구를 위한 기본공간 1,000평 확보)
기본시설
구분 기본시설내역
  • 전체사용 공간
  • 교수실&행정실
  • 세미나실 & 회의실 & 접견실
  • 공동실험실
  • 기타공용기간
  • 화상회의시설
  • 성의회관 12, 13층 (약 1,000평), 연구원숙소 20인실 (14층)
  • 15실 (141.2평)
  • 4실 (63.3평)
  • 2실 (415.3평)
  • 복도, 옥외데크, 공조실 외 (380.2평)
  • 각 층 1개 회의실에 화상회의시스템 구축
게스트룸 및 기숙사 (공동연구 환경 조성을 위한 연구자 숙소 제공)
  • 동 건물 14층 1401~1410호
  • 사용 신청 및 문의 : www.pcbmi.org / TEL : 02. 2258. 7529
  • 게스트룸 및 기숙사 사진
  • 게스트룸 및 기숙사 사진
  • 게스트룸 및 기숙사 사진
  • 게스트룸 및 기숙사 사진
  • 게스트룸 및 기숙사 사진
  • 게스트룸 및 기숙사 사진
연구인력 양 대학 및 외부입주기업 공동연구진 확보

[기준:2020.12.]

연구인력
구분 전임교원 비전임교원 연구원 행정인력 합계
인원 71 28 146 3 246
보유기자재 연구용 핵심 기자재 확보

[기준:2020.12.]

보유기자재
구분 내역
공동연구기기
  • In vivo Imaging system (Maestroll), FACS, Fluorescence inverted
  • ElisSpot Reader, 실체현미경(Fluorescence Microscope Axio Zoom, V16, ZEISS) 외 26종
Flagship /
Star Project
Cell Viability Analyzer-Vi-Cell Xr, Magnetic Cell Sorter, Automatic Immunology Analyzer 외 210여종
Maestro Ⅱ

Maestro Ⅱ

FACS Canto Ⅱ

FACS Canto Ⅱ

실체현미경

실체현미경

  • 면역조절 및 치료제 개발

    면역조절 및 치료제 개발
    • 만성 B형 간염 치료 DNA 백신 개발
    • 류마티즘 치료제 개발
  • 생리활성 조절제 개발

    생리활성 조절제 개발
    • 줄기세포기반 항암 유전자 치료제 개발
  • 첨단 의료기기 및 제재 개발

    첨단 의료기기 및 제재 개발
    • 원격조절 수술 로봇 개발
    • 바이오 로봇용 핵심요소 기술개발
    • 3D 프린팅 기반 조직 재생/재건용 생분해성
      의료용 제재 개발
  • 진단 / 영상기술 개발

    진단 / 영상기술 개발
    • 초고속 OCT 이미징 연동 전안부
      펨토초 레이저 정밀시술 시스템 개발
Flagship project 4팀, Star Project 2팀, 공동연구팀지원사업 12팀
공동연구사업
구분 사업명
Flagship project
  • 만성 간염&간암 질환 치료기술 개발
  • 줄기세포기반 유전자 형질 변형 및 치료제 개발
  • 항암 면역백신 GX-51의 임상시험 및 제품화
  • 초고속 OCT 이미지 연동 전안부 펨토초 레이저 정밀시술 시스템 개발
Star
project
  • 만성관염절 네트워크 조절 연구
  • 바이오 기술을 응용한 진단검사용 지능형 로봇 기술개발
공동연구
팀지원사업
  • 암표지자 발굴과 진단
  • 항 HIV 조절 저해 및 응용 기술 개발
  • 백혈병 진단기술 아시아 표준화 연구 사업
  • 당뇨병 및 만성질환에 미치는 스트레스의 정량화 측정 및 평가시스템 개발
  • 제4대 지방줄기세포 자동분리 시스템 개발
  • 간 질환(간염, 간섬유화, 간암 등)에 관여하는 분자세포생물학적기작 규명과 신호전달 기전 탐색
  • 난치성 감염 / 면역 질환 병인기전 규명 및 제어기술 개발
  • 다중 뇌신경 정보기반의 의도 관련 뇌회로 모델링 및 신호처리 연구
  • 난치성 희귀 혈액질환 연구 센터
  • 3D프린팅 기반 조직 재생/재건용 생분해성 의료용 제재 개발
  • 다제내성균 신속 진단을 위한 라이게이션 기반 다중 검출 기술 개발 및 검증
  • 갑상선자극단백질 고발현 의약 소재의 대량생산 및 생체효능 검증 기술 개발
  • 간세포암에서 타깃 특이 항암제 함유 나노어셈블리를 이용한 치료제 개발
  • 망막질환 맞춤형 스마트 콘택트렌즈용 플랫폼 기술 개발
포-가 연구회
공동연구사업
연구회명 책임교수 참여연구자 연구내용
동맥 폐색 관련 말초혈관질환 진단 및 치료 평가를 위한 광음향 족부 혈관 영상 기술 연구 김철홍

포:최원석, 박은영, 박별리, 이창엽, 오동현

가:조재형, 양여리

말초 동맥 폐색으로 인한 말초혈관질환을 가진 환자의 발 혈관을 광음향 족부 영상 기술을 통해 영상화하고, 진단 및 치료 평가 기술로서의 가능성 평가
골절 영상 가상 정복 시스템 및 원형 맞춤형 골절 내 고정 금속판 개발 김형섭

포:이승철, 김태완, 박정민

가:신승한

딥러닝 기반 알고리즘으로 소장 캡슐내시경 영상을 자동으로 판독하는 시스템을 개발
웨어러블 혈류 모니터링 시스템 연구회 김형함

포:임해균

가:김기주, 문석호, 김준혁

고주파 초음파를 이용한 피부 부착형 실시간 혈류 측정 시스템 개발
신장 오가노이드 기반 질환 모사체 구현 및 신약 유효성 평가 플랫폼 개발 장진아

포:이재연, 조동우, 김동성, 윤정빈, 최이현, 이성진, 윤재승, 김도희, 고은영

가:김용균, 남선아, 김진원, 서은정

3D 세포 프린팅 및 나노 프린팅 기반 네트워크형 생체 유사 오가노이드 탑재 정상/질환 모사체 개발 및 신약 유효성 평가
인공지능 기반 기능성 줄기세포 평가 및 특성 분석을 위한 모델 개발 김도현

포:이승철, 최창윤, 김규원

가:김성원, 박선화, 임미현, 전정호, 임민재, 박정아

고품질 줄기세포 치료제 생산을 위한 인공지능 기반 줄기세포 평가 및 선별하여 줄기세포 품질 고도화 및 인공지능 선별을 통해 줄기세포 치료제의 효능 평가 기준 확립 및 분석 플랫폼 개발
Atomic force microscopy를 이용한 순환 종양 DNA 분석법 개발 평가 김명신

포:박준원, Sourav Mishra, 심우철

가:김용구, 이인규, 이철승, 임지숙, 이종미, 최하영, 강다인, 김여재

ocked nucleic acid blocker 기법과 atomic force microscopy를 이용하여 순환 종양 DNA (circulating tumor DNA, ctDNA) 측정 기술 개발
난치암 극복을 위한 이식형 전기장 치료 연구회 양승호

포:박성민, 백진환

가:안스데반, 이정은

세포 실험 및 동물 실험을 위한 전기장 치료 세트 구현
인공지능기반 소장캡슐 내시경 스마트 판독 시스템 공동개발 이한희

포:이승철, 김태완

가:이보인

딥러닝 기반 알고리즘으로 소장캡슐내시경 영상을 자동으로 판독하는 시스템 개발
디지털 기기를 활용한 치매 환자의 AI 진단기술 개발 임선

포:이승철

가:주영훈, 김현범

음성 신호를 기반으로 인공지능을 이용한 질병의 진단 및 임상예측 모델 개발
가상현실 역감컨트롤러 기반 사용자 생체신호 인터페이스 및 콘텐츠 조작 기술 정용안

포:김기훈

가:송인욱, 정현석

VR 객체 조작을 위한 역감 컨트롤러, VR 객체 조작 기술 및 콘텐츠 저작 라이브러리 및 가상현실 햅틱을 위한 생체신호 인터페이스 개발
[(주)피씨엘, 2020.09.~]
  • 사업분야

    의료기기(진단키트 등) 개발

  • 사업내용

    다중 질환 동시 진단 기술 개발 (수혈 전 검사, 독감 검사, 암 스크리닝 등)

[(주)루카스바이오, 2020.02.~]
  • 사업분야

    세포치료제 연구 및 제조

  • 사업내용

    난치성 질환(종양, 바이러스 감염, 염증 등)에 대한 세포치료제 (면역세포치료제 & 줄기세포치료제) 개발 및 제조

[(주)퀀타매트릭스, 2019.09~]
  • 사업분야

    체외진단 제품 개발

  • 사업내용

    유전자(DNA) 진단, 단백질 진단 및 초고속 항생제 감수성검사, 결핵 약제감수성검사 등 진단플랫폼 구축

[(주)플럼라인생명과학, 2017.04.~]
  • 사업분야

    DNA 예방 및 치료백신 개발

  • 사업내용

    DNA plasmid therapeutics 적용 산업동물 viral infectious disease & 반려동물 암 치료백신 연구 개발 및 상용화

[(주)프로젠, 2014.10.~]
  • 사업분야

    DNA백신 및 렌티바이러스백신 연구 개발

  • 사업내용

    바이러스성 감염질환(CMV, EBV 등) 및 희귀병(혈우병 등) 치료제 개발

집중탐구

가톨릭의대 내과학교실(서울성모병원 류마티스내과) 김완욱 교수

김완욱교수

Director, Center for Integrative Rheumatid Transcriptomics and Dyanmics (CiRad), National Creative Research Center in Korea

Professor and Chair, Divsion of Rheumatology, The Catholic University of Korea

Section Chief, Divsion of Rheumatology, Seoul St. Mary’s Hospital

E-mail: wan725@catholic.ac.kr
Tel: 02-2258-7530

Education and Appointment
  • 1985-91 M.D. School of Medicine, Catholic University of Korea, Feb 1991
  • 1995-02 PhD, School of Medicine, Catholic University of Korea, Aug 2002
  • 2003-07 Assistant Professor of Internal Medicine, Catholic University of Korea, Seoul
  • 2007-08 Visiting Scholar of Internal Medicine, Yale University, New Haven, CT
  • 2009-10 Director, Institute of Immuno-biology, Catholic University of Korea, Seoul
  • 2012- Professor of Internal Medicine, Catholic University of Korea, Seoul
  • 2016- Director of National Creative Research Center, CiRad
  • 2018- Chair of the Division of Rheumatology
  • 2018- Member, National Academy of Medicine of Korea
Professional Service
  • 2012- Member of Board of Directors, Korean College of Rheumatology (KCR)
  • 2014- Member of Board of Directors, Korean Association of Immunologists (KAI)
  • 2014-2016 President, Korean Society of Synovitis Research (KSSR)
  • 2012-2013 Advisory Editor, Arthritis and Rheumatism
  • 2013- Associate Editor, Arthritis and Rheumatology (A&R)
  • 2016- Editorial Board, Experimental and Molecular Medicine (EMM)
  • 2017-2018 Chairman of Scientific Committee of the Korean Association of Immunologists (KAI)
연구소개

가톨릭대학교 창의시스템의학연구센터는 한국연구재단의 리더연구 사업의 지원을 받아 2015년에 설립되었다. 본 연구소의 연구 목표는 류마티스 관절염(rheumatoid arthritis, 이하 RA) 환자의 활막세포(fibroblast-like synoviocyte, 이하 FLS)를 표적으로 하여 RA의 완전 관해를 유도하는 것이다. RA의 발병 원인은 유전적 변이와 감염, 그리고 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 장내 미생물 군집(microbiota)과 같은 여러 유형의 환경 요인에 의해 설명될 수 있다. 연구 목표를 달성하기 위하여 생물정보학 기술과 연구소 내 보유하고 있는 여러 자가면역질환의 모델 동물을 사용하여 자가면역질환에서 정밀 의학의 역동적인 측면을 강조하고자 한다.

연구소개

그림. 1 RA 완전관해 연구 추진전략 및 방법

RA는 다양한 세포 및 매개물들의 매우 복잡한 상호작용에 의해 발생하며, 현재까지 개발된 치료제들은 근본적인 병리과정을 제어하지 못해 임상적으로 치료의 한계에 직면해 있다. RA의 핵심병인인 FLS가 병적인 상태로 전환되는 것도 다양한 면역 반응 및 류마티스성 활막세포(이하 RA-FLS)와 주변세포들과의 상호작용을 통해 이루어진다. 관절 안팎에서 일어나 서로 긴밀하게 얽혀있는 이 복잡한 연결고리는 특정 유전자나 단백질만을 선택적으로 단면적으로 연구해서는 확인할 수 없다. 따라서 세포의 기능을 이해하기 위해서는 다세포간 영향과 이를 결정하는 전반적인 유전자와 단백질의 발현의 변화를 파악해야 한다.

연구소개

그림 2. 류마티스 관절염의 병리 및 이와 관련된 염증세포간의 상호작용

또한 RA의 유전자형과 표현형은 유전자 지도에 의해서만 결정되는 것이 아니라 후성적 변화, 유전자 접합, non-coding RNA, 단백질-단백질 상호작용, 번역 후 변형을 통해 진화하게 된다. 이렇게 단백질들이 다른 복합체 또는 신호전달 연결고리와 다시 상호연결성을 가지게 되며 시간과 공간이 변하면서 그 복잡성이 더욱 증폭된다. 따라서, RA와 같은 다세포간 역동성이 병인에 결정적으로 관여하는 만성 염증성 질환의 경우, 병인의 이해와 규명을 위해서는 면역기관과 타겟 장기의 공간적 변화와 더불어 질병이 발생, 진행, 해소되는 시간적 변화에 따라 세포나 조직의 단백체/유전체/전사체로부터 얻은 자료를 비교/통합 분석하는 과정이 필수적이다. 본 연구소의 최종목표는 류마티스관절염의 핵심 병소인 활막에서 FLS가 병적인 특징을 획득하는 과정을 설명할 수 있는 새로운 다이나믹 네트워크 모델을 설립하여, 류마티스 관절염의 발병기전을 총체적으로 이해하고, 특이적이고 효과적인 진단 표지자와 치료 표적을 발굴하며, 임상 적용에서 나타날 수 있는 시행착오를 최소화하고자 하며, 이를 위하여 다음의 주제로 연구를 진행하고 있다.

1) 시-공간적 다이나믹 상호작용 연구

기존 연구에서 사용된 시스템 및 데이터들은 RA 발병 후의 정적인 데이터이기 때문에, 시-공간적으로 어떤 세포 내 기작들이 활성화되면서 RA가 발병하는지 알 수 없었다. 본 연구소는 “공격성 파괴성을 지닌 RA-FLS가 주입된 키메라 모델”을 활용하여 “선천면역계의 활성화 → 적응면역계의 활성화 → 류마티스 활막세포 내 유전체 돌연변이를 통한 공격성과 침습성의 고착화”로 진화하는 역동적인 병리기작 뿐만 아니라, RA 발생 초기-> 중기-> 말기에 따른 유전체의 다이나믹스를 조사하여 RA 환자에서 치료로 생물학적제제 (Abatacept, 항TNFa 억제제, Rituximab, tociliz­­umab)를 사용한 경우, 조직이나 체액에서 전과 후의 유전자 발현, microRNA, 단백체 프로파일의 변화를 비교하고, 동일한 환자에서 질병의 유병기간과 활성도에 따라 RA 환자의 활막조직과 FLS의 특징이 어떻게 변화하는지 조사하고 있다.

그림 3. 시-공간적 다이나믹 상호작용 연구를 통해 확인한 새로운 RA의 발병 원인

그림 3. 시-공간적 다이나믹 상호작용 연구를 통해 확인한 새로운 RA의 발병 원인
2) 전사체-후생유전체-단백체 통합 연구

연구소개

그림 4. RA-FLS에 대한 single-cell RNA-sequencing 분석 결과

보다 정확RA의 다이나믹스를 반영하는 네트워크 모델링을 위하여 최근 빠른 발전을 보이는 여러 오믹스 기술을 적극 활용하여 DNA methylation, histone modification 및 microRNA activity의 변화를 포함하는 후생유전체 (Epigenome)의 변화와, 이와 함께 변화하는 전사체 및 단백체를 통합적으로 분석하여 통합 네트워크 모델을 구축할 계획이다.

3) 인간화 동물모델에서 유전자 발현 다이나믹스 분석

현재까지 사람조직을 이용하여 류마티스 진화-발전과정을 연구한 사례는 없다. 본 연구소에서는 RA 환자의 줄기세포를 면역결핍 마우스에 이식하고, 동일 환자의 활막조직을 이식하여 ‘인간화된 류마티스 모델 동물’을 구축을 진행하고 있다. 이 모델동물은 RA의 특징을 잘 반영하며, 공간적, 시간적 통합 유전체의 시-공간적 역동성을 밝힐 수 있는, 현존하는 가장 인간과 닮은 동물모델이 될 것으로 예상된다. 이 동물모델은 암환자의 환자유래 이종이식 모델 (xenograft model)처럼, 추후 RA 환자의 생물학적 제제의 효능을 예측하는데도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

A B
그림 5. 인간화된 류마티스 모델 동물 구축 모식도 (A) 및 실제 이식 과정 (B)
대표논문실적
  1. 1)

    Kwon R, Hong BK, Lee KG, Choi E, Sabbagh L, Cho CS, Lee N, Kim WU. Regulation of tumor growth by leukocyte-specific protein 1 in T cells. J. Immunother. Cancer. 2020 Oct;8(2):e001180.

  2. 2)

    Kong JS, Park JH, Yoo SA, Kim KM, Bae YJ, Park YJ, Cho CS, Hwang D, Kim WU. Dynamic transcriptome analysis unveils key pro-resolving factors of chronic inflammatory arthritis. J. Clin. Invest. 2020, 130:3974-86.

  3. 3)

    Yoo SA, Kim M, Kang MC, Kong JS, Kim KM, Lee S, Hong BK, Jeong GH, Lee J, Shin MG, Kim YG, Yoon JH, Cho CS, Ryoo ZY, Lee SH, Kim WU. Placental growth factor regulates the generation of TH17 cells to link angiogenesis with autoimmunity. Nat. lmmunol. 2019, 20:1348-59.

  4. 4)

    Choi S, You S, Kim D, Cho SY3, Kwon HM, Kim HS, Hwang D, Park YJ, Cho CS, Kim WU. NFAT5 Promotes Macrophage Survival in Rheumatoid Arthritis. J. Clin. Invest. 2017, 127:954-69.

  5. 5)

    Hwang D, Kim WU. Modelling cytokine signaling networks for rheumatoid arthritis. Nature Rev. Rheumatol. 2017, 13:5-6.

  6. 6)

    Yoo SA, Kong JS, Yoon HJ, Cho CS, Kim WU*, Bucala R*. MIF Allele-dependent Regulation of the MIF Co-receptor CD44 and Role in Rheumatoid Arthritis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.  2016, 113: E7917-E7926. *Co-corresponding authors.

  7. 7)

    Yoo SA, Kong JS, Yoon HJ, Cho CS, Kim WU*, Bucala R*. MIF Allele-dependent Regulation of the MIF Co-receptor CD44 and Role in Rheumatoid Arthritis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.  2016, 113: E7917-E7926. *Co-corresponding authors.

  8. 8)

    You S, Yoo SA, Choi S, Kim JY, Park SJ, Ji JD, Kim TH, Kim KJ, Cho CS, Hwang DH, Kim WU. Identification of key regulators for migration and invasion of rheumatoid synoviocytes through a systems approach. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2014, 111:550-5.

  9. 9)

    Yoo SA, You SY, Yoon HJ, Kim DH, Kim HS, Lee K, Ahn JH, Hwang D, Lee AS, Kim KJ, Park YJ, Cho CS, Kim WU. A novel pathogenic role of the ER chaperone GRP78/BiP in rheumatoid arthritis. J. Exp. Med. 2012, 209:871-86.

  10. 10)

    Kim WU, Seo YI, Park SH, Lee WK, Lee SK, Paek SI, Cho CS, Song HH, Kim HY. Treatment with cyclosporin switching to hydroxychloroquine in patients with rheumatoid arthritis. Ann. Rheum. Dis. 2001;60:514-7. doi: 10.1136/ard.60.5.514.

포스텍 나노공간한정화학반응 창의연구단(화학과 이인수 교수)
연구 소개

본 연구실에서는 속 빈 실리카 나노 입자 내부 공간을 활용하여 다양한 화학 반응을 유도하는 나노공간한정 화학반응에 대한 연구를 하고 있다. 속 빈 실리카 나노 입자는 금속 나노 결정 입자를 성장 시키는 나노 반응기로 사용될 수 있고, 이를 통해 금속 나노 입자 간 응집(aggregation) 현상을 막을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 실리카 나노 입자는 우수한 화학적 및 열적 안정성과 생체 적합성을 가지고 있고, 반응기 내 다양한 형상을 가진 나노 입자 합성 가능성 때문에 높은 응용성을 가지고 있다. 이러한 실리카 나노 반응기를 이용하여 고체 상 반응과 액체 상 반응을 통해 나노 공간 내에 금속 나노 입자를 형성하여 다양한 실리카 나노 구조체를 합성해왔다.

본 연구실에서는 위와 같은 나노공간한정 화학반응을 통한 속 빈 나노 입자에 대한 연구 결과를 바탕으로 MRI 조영제 개발에 대한 연구를 진행하였다. 나노 입자와 물과의 접근성을 높이기 위해 나노 입자의 구조 및 형태, 표면적을 변형하는 방법과 금속-스핀 배열(spin-metal alignment)를 유도하기 위해 표면에 결합되어 있는 리간드를 변화 시키는 방법을 이용하여 Mn 나노 입자를 T1 MRI 조영제로 활용하기 위한 연구를 진행하였다.

· 속 빈 산화 망간 나노 입자를 기반으로 한 조영제

나노공간한정 화학반응을 통해 MnO 나노 입자를 표면에만 부분적으로 산화시켜 속 빈 산화 망간 나노 입자(HMON)를 합성한 뒤 이것을 T1 MRI에 적용하였다. 속 빈 산화 망간(Mn3O4) 나노 입자의 relaxivities (r1 = 1.42 mM-1s-1) 는 속이 찬 산화 망간 입자 NP (r1 = 0.21 mM-1s-1)에 비해 약 7배 높은 relaxivities를 보여 주었다. 이는 속 빈 구조로 인해 물과의 접근성이 보다 향상되었기 때문으로 해석된다. 또한, 나노 입자 표면에 기능화 된 분자를 결합함과 동시에 내부 공간에 소수성(hydrophobic) 분자들을 넣을 수 있어 MRI 뿐만 아니라 약물 전달(drug delivery)로도 활용될 수 있다.

그림1. 속 빈 산화 망간 입자에 의한 향상된T1 MRI 대비 효과 그림1. 속 빈 산화 망간 입자에 의한 향상된T1 MRI 대비 효과

이러한 장점들을 이용하여 위 연구에서 더 나아가 속 빈 산화 망간 입자 표면에 스트렙트아비딘(streptavidin)을 결합시켜 다양한 biotinylation 기능화 분자들의 연결에 대한 연구하였다. 그 결과로서 Cetuximab 항체 (CET, antibody for anti-epidermal growth factor receptor) 및 A β1–40 peptide 항체 (abA β1–40) 그리고 그 밖에 분자들을 나노 입자와 결합할 수 있었다. 이후 쥐를 모델로 한 실험에서 우리는 위 결합물을 사용한 T1 MRI를 통해 외음부암(vulva cancer)과 아밀로이드반(amyloid plaque) 부분을 더욱 향상된 대비(contrast) 효과로 감지할 수 있었다.

연구소개

그림 2. CET가 결합된 속 빈 산화 망간을 이용한 쥐 종양 모델의 향상된 MR 이미지

또한, 위 연구 결과를 확장하여 속 빈 산화 망간 나노 입자를 둘러싸는 리간드(capping ligand) 변환을 통해 MRI 대비 효과를 향상 시킬 수 있다는 연구결과를 밝혔다. 이 대비 향상 효과는 나노 입자 표면에 결합되어 있는 리간드에 의해 결정되며 속 빈 산화 망간 나노 입자의 자성에 영향을 준다는 연구 결과를 밝혔다. 실험을 통해 다양한 결합 분자 군(anchoring group)들 중 (e.g., carboxylate, alcohol, thiol and amine), carboxylate 분자 군을 갖는 리간드가 속 빈 산화 망간 나노 입자의 relaxivity 값을 증대시키는데 가장 효과적이라는 것을 알 수 있었다. 또한, 쥐 뇌의 in-vivo MRI를 통해 in-vivo T1 MRI에서 밝은 대비(bright contrast) 향상 성능은 oleic acid의 배위 결합에 의한 자화율 증대에 기인한다는 것을 그림 3과 같이 확인하였다.

연구소개

그림 3. (a) 속 빈 산화 망간 나노 입자 및 Oleic acid로 코팅 된 산화 망간 나노 입자로 주입된 쥐 뇌 T1 MRI, (b) 시간에 따른 쥐 뇌 T1 MRI
: Oleylamine으로 코팅 된 속 빈 산화 망간 나노 입자(좌), Oleic acid로 코팅 된 산화 망간 나노 입자(우)
· Mn+2을 분출(release)하는 나노 입자를 기반으로 한 MRI 조영제

속 빈 산화 망간 나노 입자를 가지고 MRI 조영제에 대한 실험을 진행하면서 MnO와 같은 산화 금속 상은 특정한 물리화학 조건에서 쉽게 용해된다는 것을 발견하였다. 이러한 현상을 바탕으로 조영제를 넣은 후 in-vivo MRI가 진행되는 동안 특정 조건에서 대비 증진에 대한 변화를 보여 줄 수 있는 조영재 개발에 노력을 기울였다. Fe3O4/MnO 하이브리드 나노 입자를 간(liver) MRI에 적용시켜 Fe3O4의 T2 대비 효과와 Mn+2 이온 분출로 인한 T1 효과를 결합한 시너지 효과를 이용한 이중 대비 증진 기술을 고안하였다. 이 기술은 단일 조영제로는 가능하지 않는 높은 정도의 가시성(conspicuity)으로 HCC 검출을 가능하게 하였다.

연구소개

그림 4. Mn-SiO2을 이용한 HCC 모델의 대비 효과가 증진된 T1

이러한 Mn+2 분출을 기반으로 한 조영제 연구를 확장하여 Mn2+ 이온이 도핑(doping)되어 있는 실리카 나노 입자(Mn-SiO2)로 in-vivo MRI 실험을 진행하였다. 이 실험에서는 HCC 쥐를 모델로 하여 오직 낮은 pH 조건에서 Mn2+ 이온이 분출되도록 하였다. Mn-SiO2는 T1 MRI에서 정상 간 조직과 HCC 사이에서 시간에 따라 다른 대비 증진 효과를 보여주었다. 이를 통해 단일 MR 이미지의 역 대비 모드(reversed contrast mode)에서 상당히 대비 효과가 증진된 HCC 이미지를 반복적으로 얻을 수 있었다.

Mn-SiO2 나노 입자에서 더 나아가 우리 실험실에서는 Mn+2 이온을 대량 방출할 수 있는 속 빈 규산 망간(manganese silicate) 입자를 이용하여 간(hepatic) 종양을 위한 MR 조영제 성능을 증진시켰다. 이 연구에서는 세 가지 간 종양 모델(hepatocellular carcinoma, neuroendocrine carcinoma, ade-nocarcinoma)을 이용하여 면역조직화학적(immunohistochemical) 연구를 하였고, 시간에 따른 MR 이미지의 대비 증진 패턴으로 혈관분포(vascularity), 세포질(cellularity), 미토콘드리아(mitochondrial) 활동도, 간세포(hepatocellular) 특이성을 분석하여 다양한 간 종양에 대한 질병의 특성 분석을 가능하게 하였다.

연구소개

그림 5. 속 빈 규산 망간 입자를 이용한 세 가지 간 종양에 대한 시간에 따른 MR 이미지 패턴
  • Shin, J. M.; Anisur, R. M.; Ko, M. K.; Im, G. H. Lee, J. H.;* Lee, I. S.* Hollow Manganese Oxide Nanoparticle as a Multifunctional Agent for Magnetic Resonance Imaging and Drug Delivery.” Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 321–324.
  • (a) Ha, T.-L.; Kim, H. J.; Shin, J.; Im, G. H.; Lee, J. W.; Heo, H.; Yang, J. Kang, C. M. Choi, Y. S.; Lee, J. H.;* Lee, I. S.* “Development of Target-Specific Multimodality Imaging Agent by Using Hollow Manganese Oxide Nanoparticle as a Platform.” Chem. Commun. 2011, 47, 9176-9178. (b) Kim, J.-H.; Ha, T. L.; Im, G. H.; Yang, J. H.; Seo, S.; Lee, I. S. Lee J. H.* “Magnetic Resonance Imaging of Amyloid Plaques using Hollow Manganese Oxide Nanoparticles (HMON) conjugated with antibody Aβ1-40 in Transgenic Mouse Model” Neuroreport 2013, 24, 16–21.
  • Lee, J.; Kumari, N.; Kim, S. M.; Kim, S.; Jeon, K.; Im, K. H.; Jang, M.-S.; Lee, W. J.; Lee, J. H.;* Lee, I. S.* “Anchoring Ligand-Effect on Bright Contrast-Enhancing Property of Hollow Mn3O4 Nanoparticle in T1-Weighted MRI” Chem. Mater. 2018, 30, 4056–4064.
  • Lim, G. H.; Kim, S. M.; Lee, D. K.; Lee, W. J.; Lee J. H.;* Lee, I. S.* “Fe3O4/MnO Hybrid Nanoparticles as a Dual Contrast Agent of Both T1- and T2-Weighted in-vivo Liver MRI” Biomaterials 2013, 34, 2069–2076.
  • Kim, S. M.; Lim, G. H.; Lee, D. K.; Lee J. H.; Lee, W. J.;* Lee, I. S.* “Mn2+-Doped Silica Nanoparticles for Hepatocyte-Targeted Detection of Liver Cancer in T1-Weighted MRI” Biomaterials 2013, 34, 8941–8948.
  • Kim, J. G; Jang, M. S,; Kumari N.; Choi, J. K.; Im, G. H.; Kwon, T. W.; Lee, J. H.; Lee, W. J.; * Lee, I. S.* “Differential characterization of hepatic tumors in MR imaging by burst-released Mn2+-ions from hollow manganese-silicate nanoparticles in the liver” Biomaterials 2020, 230,119600

LIQUID BIOPSY 세미나 개최(2020.02.19, 포-가 연구원 1205호)

  • A NEW SENSITIVE AND SPECIFIC TOOL FOR LIQUID BIOPSY, 포스텍 화학과 박준원 교수
  • METHOD TO DETECT CIRCULATING TOMOUR DNA, 서울성모병원 진단검사위학과 김명신 교수
  • SERIAL CIRCULATING TUMOUR DNA ANALYSIS DURING OPERATION AND ADJUVANT TREATMENT IF CLOLRECTAL CANCER, 서울성모병원 대장항문외과 이철승 임상강사
LIQUID BIOPSY 세미나 개최
LIQUID BIOPSY 세미나 개최
LIQUID BIOPSY 세미나 개최

고려대학교 선웅 교수

포-가 연구원 공동연구팀 초청세미나 개최
(2020.11.27, 포-가 연구원 1205호)

Mitochodrial quality surveillance by Drp1-dependent regulation of mitochondrial structure and function.

고려대학교 선웅 교수

고려대학교 선웅 교수

포-가 연구원 공동연구팀 초청세미나 개최
(2020. 01. 14, 포-가 연구원 1205호)

NANOG Drivers Stem-lik state and Resistance to Multi-modality in Immune-edited Tumor Cells via Mitocholdrial Reprogramming.

고려대학교 김태우 교수

새소식

PoCa Newsletter

의료 AI 란 무엇인가, 포스텍 AI 대학원과 가톨릭대학교와의 협력 방안은?

AI 대학원장 서영주 교수

2016년 ‘알파고’로 불리는 구글의 인공지능 바둑 프로그램 출현은 인공지능이라는 소프트 웨어 기술이 얼마나 세상을 바꿀 수 있는지를 느끼게 해주기 시작한 대단한 사건이었다. 인공지능은 4차산업혁명의 핵심분야로 모든 국가들이 사활을 걸고 기술력 및 경 쟁력 제고를 위해 노력하고 있고, ‘산업혁명’이라는 용어가 사용될 정도로 인공지능은 미래 산업 발전에 크게 기여할 것으로 보인다.

인공지능이란 데이터를 통한 학습, 문제 해결, 인식 등과 같이 주로 인간 지능과 연결된 인 지 문제를 해결하는 데 주력하는 컴퓨터 공학의 한 분야이며 이를 의료분야에 적용하는 것 이 의료 인공지능이다. 인공지능 기술의 다양한 응용분야 중에 가장 중요한 하나를 꼽으라 면 필자는 의료 분야를 꼽는다. 의료 분야는 인간의 생명을 다루는 그래서 인간에게 있어 생명과 직결되는 매우 중요한 분야이기에 일찍부터 인공지능 기술을 의료분야에 접목하려는 시도가 있었고 지금도 가장 활발하게 인공지능 기술이 의료 분야에 적용되고 있다.

인공지능은 컴퓨터 언어를 기반으로 만들어진 소프트웨어이다. 이런 소프트웨어 만으로는 어떤 일도 할 수가 없다. 병원에서 비축해 놓은 양 질의 대량 의료 데이터로 학습과정을 거쳐야만 비로소 의료용 인공지능 시스템이 작동을 할 수 있다. 그동안 대부분의 병원에서 방대한 의료 데이터를 수집해 왔고 이런 의료용 데이터의 폭발적 증가는 의료 AI 시스템의 성능을 비약적으로 향상시키게 될 것이다. 즉, 그 동안 주로 의 사의 경험에 의존하여 결정되던 의료 행위들이 앞으로는 축적된 방대한 데이터로 무장하고 학습한 인공지능에 의해 결정이 되는 시대로 바 뀔 것이고 지금과는 비교가 되지 않을 다양한 의료서비스가 창출될 것이다.

최근, 조만간 AI 기술이 의사의 역할을 대체할 것이라는 우려를 하는 의료계 관계자들을 가끔 보게 된다. 하지만 필자는 당장 의료 AI가 의사 를 대체 하기는 힘들 것으로 보인다. 아직은 의료 인공지능의 성능이 예상보다는 떨어지고, 의사와의 의견 불일치도 많으며, 보험 적용 등의 문제도 있기 때문이다. 위의 성능 문제는 무르익기 전의 초기 기술이 현장에 적용될 때 흔히 발생되는 현상으로 보이며 시간이 지나 기술력이 성숙 단계로 가면 제대로 된 성능을 보여줄 것이라 판단된다. 하지만 인공지능기술이 제대로 동작한다 해도 의사의 경험과 직관이 필요한 경 우가 있을 것이고 그렇기에 인간인 의사의 경험과 소프트웨어인 인공지능의 판단이 함께 고려되어 좀 더 정확한 판단이 내려지는 미래가 되길 바란다.

2019년 정부에서 인공지능 분야의 고급인재를 육성하기 위해 인공지능대학원 지원사업을 시작하였으며 세계 최고 수준의 기술력을 갖춘 인공지능 핵심 인재 양성 및 배출을 목표로 하는 포스텍의 인공지능대학원이 높은 경쟁을 뚫고 선정되었다. 포스텍은 세계 1위의 산학협력 대학이며 의료 데이터를 확보하고 있는 가톨릭대학과 함께 산학협력을 통한 의료AI 분야를 선도할 충분한 능력을 가지고 있다. 포스텍 인공 지능대학원은 특히 인공지능 분야 중에서 영상 데이터를 활용하는 영상의학 분야와 특히 관련이 많은 컴퓨터 비전, 머신러닝, 빅데이터 분야 에서 세계 최고 수준의 연구 능력을 갖고 있다. 포스텍 인공지능대학원의 교수진이 개발한 최고 성능의 인공지능 알고리즘과 가톨릭대학이 확보한 양질의 방대한 의료 데이터가 체계적으로 결합이 된다면 세계 의료AI 분야에서 최고의 성과를 도출할 수 있을 것으로 생각한다. 의료 데이터를 활용한 공동 연구 MOU를 맺고 인공지능 핵심기술을 의료분야의 난제에 적용하여 함께 문제를 해결함 으로써 의료 AI 분야를 선도 하고 대형 국책과제를 포함한 연구과제에 두 기관이 함께 한다면 양 기관 만이 아니라 국가적으로도 매우 좋은 협력 모델이 될 것이다.

포스텍 인공지능대학원 - 가톨릭빅데이터통합센터 간 학술·연구 협정 체결

포스텍 인공지능대학원 - 가톨릭빅데이터통합센터 간 학술·연구 협정 체결

[사진1] 김대진 가톨릭빅데이터통합센터장(앞 줄 왼쪽에서 두 번째), 전신수 가톨릭대학교 의생명산업연구원장(왼쪽에서 세 번째), 박준원 포항공과대학교 부총장 겸 포스텍 - 가톨릭대 의생명공학연구원장(왼쪽에서 네 번째), 서영주 포항공과대학교 인공지능대학원장(앞 줄 중 앙), 김용식 가톨릭대학교 서울성모병원장(앞 줄 오른쪽에서 네 번째)

포항공과대학교(이하 포스텍) 인공지능대학원과 가톨릭빅데이터통합센터(가톨릭대학교 의생명산업연구원), 서 울성모병원은 지난 2월 5일 서울성모병원 별관 1005호에서 학술 및 연구 교류를 위한 협정을 체결했다. 협정을 통해 각 기관은 인공지능(AI) 및 생명과학분야 연구와 기술력을 바탕으로 공동연구 및 의료 빅데이터 기반 AI서비스 개발 등의 협력을 진행할 예정이다.

2005년에 설립된 국내 최초 대학 간 공동연구기관인 ‘포스텍-가톨릭대 의생명공학연구원(이하 포-가 연구원)’은 생명공학 및 임상분야에서 괄목할만한 성과를 내며 공동연구기관의 우수한 사례로 자리매김하고 있다. 앞으 로도 포-가 연구원은 양 기관의 활발한 교류 협력을 위한 플랫폼으로 활용될 계획이다.

박준원 포스텍 부총장 겸 포스텍-가톨릭대 의생명공학연구원장은 “인공지능 기술에서 가장 필수적인 것이 바로 데 이터이기 때문에 이번 교류 협력이 의미 있는 시작점”이라며 “약 16년간 운영해온 포-가 연구원의 노하우가 있어 좋은 시너지를 낼 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.
김용식 서울성모병원장은 “성공적인 기술을 개발하기 위해서는 각자의 환경에 대한 정확한 이해가 중요하므로 서로의 현장을 확인하고 실제 활용 가능한 분야에 대한 개발이 이루어질 수 있도록 적극적인 지원을 아끼지 않겠 다.”고 말했다.

의료기기  R&D 사업, 4개  부처  공동  6년간  1조2000억  투입

[사진2] (왼쪽부터) 전신수 가톨릭대학교 의생명산업연구원장, 서영주 포항공과대학교 인공지능대학원장, 박준원 포항공과대 학교 부총장 겸 포스텍-가톨릭대 의생명공학 연구원장, 김용식 가톨릭대학교 서울성모병원장

서영주 포스텍 인공지능대학원장은 “포스텍의 우수한 AI분 야 연구진과 가톨릭중앙의료원이 만나 의료분야에 세계 최고 성과를 낼 수 있을 것으로 기대된다”며 “양 기관이 구체적인 연구 성과를 만들어 낼 실질적인 협력 관계를 구축해 나가겠 다.”는 목표를 소개했다.
전신수 가톨릭대 의생명산업연구원장은 “의사의 결정에 AI 는 중요한 도구로 활용될 전망”이라며 “가톨릭중앙의료원이 보유한 양질의 의료데이터와 포스텍의 우수한 AI 기술을 활 용해 비즈니스 시장을 개척할 것”이라고 전했다. 김대진 가톨 릭빅데이터통합센터장은 “가톨릭 정신에 따라 공동선을 실현 하기 위한 의료빅데이터 활용”을 강조하며 “AI기술을 더 좋 은 삶에 기여하는 고품질의 의료서비스를 제공할 수 있을 것” 이라고 센터의 목표를 밝혔다.
가톨릭중앙의료원은 산하 8개 부속병원(서울성모병원 외), 6300여 병상 보유로 약 1500만 명의 의료정보 빅데이터를 확보하고 있으며,

이를 통합적이고 체계적으로 관리하기 위 해 지난 2018년 8월 가톨릭빅데이터통합센터를 설립해 데이 터 플랫폼 구축, 기술지원 등의 활발히 활동을 펼치고 있다.

빛으로 암 저격…포스텍, 진단·치료 다 하는 조영제 개발

광음향 영상법과 광열 치료법을 동시에 시행할 수 있는 조영제 를 개발한 연구팀

[사진1] 광음향 영상법과 광열 치료법을 동시에 시행할 수 있는 조영제 를 개발한 연구팀. 왼쪽부터 김원종 포스텍 화학과 교수, 김철홍 포스 텍 창의IT융합공학과 교수, 윤주영 이화 여대화학과 교수.

수술 없이 암세포만 골라서 죽이는 광음향 영상 법과 광열 치료법을 동시에 시행할 수 있는 조영제가 개발됐다. 포스텍은 김원종 화학과 교수팀과 김철홍 창의IT융합공학과 교수팀, 윤주영 이화여대 화학과 교수팀이 공동으로 간단한 자기 조립 방법을 이용해 만든 나노 구조체를 조영제로 이용해 암 세포를 진단하는 동시에 광열효과로 치료하는 방안을 제시했다고 31일 밝혔다. 광음향 영상기술은 기존에 사용하던 형광 이미징 기술보다 더 높은 생체투과율로 조직 내 깊은 곳 까지 투과해 촬영할 수 있기 때문에 새로운 의료 영상 이미징 기술로 각광 받고 있다.
또 광열 치료법은 빛을 조영제에 조사, 국부적으로 열을 유도해 고형암을 태워서 제거하는 치료요법으로 수술 없이 암을 치료할 수 있다는 점에서 새로운 암 치료법으로 떠오르고 있다.

그림1

[그림1] PcS4와 PcN4의 자기조립에 의한 나노 구조체형성과 이를 이용한 광음향이미징 및 항암실험 결과 이미지.

이런 광음향 영상과 광열 치료요법을 위해서는 효과적인 조영제가 필요하다.
연구팀은 수용성 프탈로시아닌 계열 두 물질 'PcS4'와 'PcN4'이 서로의 분자를 인식해 나노 구조체를 형 성하는 것에 주목했다. 빛을 조사하게 되면 두 물질이 따로 존재했을 때는 약 35도까지 온도가 올라가지 만 자기조립돼 형성된 나노 구조체는 약 43도까지 온도가 상승해 효과적인 광열효과를 나타냈다.

연구팀은 이런 특성을 이용해 생체 내 나노 구조체를 조영제로 주입, 광음향 영상을 통해 암세포를 골라 촬영했다. 주입된 나노 구조체는 광열제 역할도 해 레이저를 조사하면 고 온을 발생시켜 암 조직을 태워 제거 하는 광열효과를 나타내는 것을 확 인했다.

또 암을 지닌 동물모델에 나노 구조 체를 주입한 결과 광음향 영상을 이 용해 암을 특정할 수 있었다. 나노 구조체나 빛을 단독으로 조사할 때 보다 나노 구조체와 빛을 동시에 조 사한 경우 암 증식을 약 15%까지 억제할 수 있었다.

김원종 교수는 “이번에 개발된 초분 자 나노 구조체는 기존의 물질보다 높은 광음향과 광열효과를 나타내 암을 진단하는 동시에 광열효과로 항암치료를 할 수 있어 암 정복의 새 로운 전략이 될 수 있을 것“이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부 한국연구재단 의 리더연구사업, 미래소재디스커버 리사업, ICT명품인재양성사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 화학 분야 국제학술지 '안게반테 케미' 최신호 온라인판에 게재됐다.

포스텍 김원종 교수 연구팀, 자연 살해 세포 이용 암 치료법 개발

[사진1] 포스텍  화학과  김원종  교수

[사진1] 포스텍 화학과 김원종 교수

포스텍은 화학과 김원종 교수 연구팀이 ㈜지아이셀과 공동연구를 통해 자연 살해 세포-암세포 면역 시냅스 형성을 이용해 고형암 치료법을 개발했다고 28일 밝혔다. 연구팀은 자연 살해 세포의 면역 치료와 화학 요법을 융합해 효과적으로 암을 치료 하는 항암 면역요법을 개발했다고 설명했다.

현재까지 암을 치료하기 위해 수술과 방사선 요법, 화학 요법을 사용하였으나 재 발 및 부작용으로 인해 그 사용이 제한돼 왔다. 하지만 인체에는 암세포를 정상 세 포로부터 분별하고 선택적으로 사멸을 유도할 수 있는 면역 체계가 있으며, 이를 이용한 항암 면역요법은 화학 요법에 비해 부작용이 적을 뿐만 아니라 환자의 생존 율도 높인다. 항암 면역요법 중 자연 살해 세포를 이용한 치료는 부작용이 적고, 혈 액암에서 더 효과가 좋다. 하지만 개별 세포로 혈액을 떠다니는 세포와 달리, 고형 암에서는 암 조직 주변을 둘러싸고 있는 세포 외 기질로 인해 자연 살해 세포의 침투력이 낮아져 치료 효과가 적어 그 동안 이를 극복하기 위한 연구가 진행돼왔다.

연구팀은 자연 살해 세포가 암세포의 사멸을 유도하기 위해 자연 살해 세포-암세포의 경계면에서 면역 시냅스를

[그림1] 연구흐름도

[그림1] 연구흐름도

형성한 후 낮은 산성도를 가지는 과립을 방출한다는 점에 착안해 면역 시냅 스 부근에서 산성도가 급격히 감소할 것이라는 가설을 세웠다. 이 가설을 기반으로 자연 살해 세포 표면에 낮은 산성도에 감응해 항암제를 방출할 수 있는 고분자 마이셀(고분자로 형성된 나노입자)을 탑재한다면 자연 살해 세포가 암세포를 인식하는 능력을 이용 해 암세포에서 선택적으로 항암제를 방출하는 시스템이 구현 가능할 것으로 판단했다. 또한, 항암제는 암 조직 주 변의 밀집된 세포 외 기질을 통과해 종양 심부로 들어갈 만큼 충분히 작은 크기를 가지고 있으므로 종양 심부의 암세포까지 사멸을 유도할 수 있을 것이라 기대했다. 이에 연구팀은 고형암 치료에서 치료 효과는 적고, 부작용은 높은 문제를 극복하기 위해 자연 살해 세포 치료법과 화학 요법을 융합해

자연 살해 세포 가 암세포를 인식하고 사멸을 유도할 때에만 항암제를 방출 할 수 있는 시스템을 구현했다. 공초점 형광 현미경을 이용한 동영상 촬영을 통해 자연 살해 세포-암세포 사이에 형성된 면역 시냅스에서 산성도가 낮 아지는 것과 ReNK(산성도에 감응하는 고분자 마이셀)을 탑재한 자연 살해 세포2시스 템이 선택적으로 항암제를 방 출한다는 것도 확인했다.

고형암이 있는 동물모델에서 ReNK를 이용해 항암제를 전달했을 때 암 조직으로의 전달 효율도 현격히 증가하는 것도 확인했다. 이 연구성과는 재료 과학 분야의 세계적인 학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials) 최신 온라인판 표지논문으로 게재됐다. 연구를 주도한 김원종 교수는 “이번 연구는 자연 살해 세포를 이용한 세포 치료제의 고질적인 문제점이었던 고형암에서의 치료 효과를 높일 수 있는 전략을 개발했다는 데 그 의의가 있다” 며 “이 방법은 간단한 공정으로 어떠한 세포에도 적용할 수 있어 현재 시판되거나 임상 시험 중인 치료법에도 적용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

가톨릭의대 창의시스템의학연구센터 연구팀, 관절염 회복 돕는 핵심유전자 발굴 3만개 유전자 대상 고속 스크리닝, 관절염 회복예측 표지자로 활용 기대

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관절염 회복을 돕는 핵심 유전자가 발굴되었다. 가톨릭 대학교 의과대학 창의시스템의학연구센터 김완욱 교수 연구팀(공진선 연구원, 조철수 교수)은 관절염 회복을 돕는 유전자를 도출, 관절염 회복을 모니터링할 수 있는 바이오마커로서의 가능성을 제시했다고 밝혔다. 염증의 일종인 관절염은 상태가 악화되었다가 호전되기를 반복하는데 이러한 변화가 왜 어떻게 일어나는지는 잘 알려지지 않았다. 염증악화의 원인이 되는 자가면역반응을 억제하는 약물에 대한 연구가 활발하지만 이러한 접근은 정상적인 면역에도 영향을 미칠 수 있다는 한계가 있었다. 이에 연구팀은 관절염이 스스로 호전되는 과정에 관여하는 핵심적인 생체분자를 알아낸다면 정상적인 면역반응에 영향을

[그림1] 연구흐름도

주지 않는 관절염 치료방법의 실마리가 될 것으로 보았다. 이를 위해 관절염을 심하게 앓고 나서 저절로 좋아진 생쥐의 관절조직을 얻은 후, 먼저 3만개 이상의 유전자를 대상으로 관절염 증상에 따라 발현이 늘거나 줄어든 유의미한 후보유전자 85개를 선별하였다. 나아가 면역학적 실험을 통해 그간 관절염과의 연관성이 알려지지 않은 인테그린 (Itabl), 알피에스-3(RPS3), 이와츠(Ywhaz)라는 핵심유전자 3개를 도출하는 데 성공했다. 이들 3개 유전자는 관절염이 호전된 관절조직과 염증억제에 관여하는 면역세포(조절 T세포) 등에서 주로 발현, 분비되어 항염물질 생성을 유도하는 것으로 나타났다. 관절염이 아주 심할 때 발현되어 병든 면역세포에 작용, 해로운 작용을 억누르고 관절염을 회복시키는데 관여한다는 것이다. 특히 이와츠 유전자를 류마티스 관절염 생쥐의 관절에 주사하자, 생쥐의 관절염이 현저히 호전되는 것을 관찰하였다. 또한 65명의 류마티스 관절염 환자의 소변 내 이와츠 농도분석 결과 약물 반응성이 좋았던 환자의 경우 항류마티스 약물을 투여하기 전에 비해 투여 후 이와츠 농도가 증가하였으나 그렇지 않은 환자에서는 오히려 감소하였다.

연구팀은 이와츠가 치료약물 없이 관절염이 스스로 좋아지는 과정에서 분비되어 치료 효과를 보이는데 주목하면서 향후 부작용이 적은 치료표적이자 회복을 예측할 수 있는 바 이오마커로 활용할 수 있을 것으로 기대하였다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구지원사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 성과는 기초의학 국제학술지 저널 오브 클리니컬 인베스티게이션 (Journal of Clinical Investigation)'221210|| 5월 14일 발표되었으며, '네이처 리뷰 류마톨 로지(Nature Reviews Rheumatology)'에 하이라이트 이슈로 선정되었다.

가톨릭의대 포스텍, AI로 음성신호 기반 후두암 선별 가능성 연구 논문 발표 목소리만으로 후두암 판별할 수 있다. 포스트코로나 시대에 필요한 디지털 헬스 접목 기술 개발

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가톨릭의대와 포스텍 연구진은 AI를 활용한 음성 기반 후두암 진단 관련 논문을 Journal of Clinical Medicine 학술지에 발표하며 목소리를 활용한 디지털 헬스 기술에 대한 가능성을 시사 했다. 가톨릭의대 김현범, 임선, 주영훈 교수팀과 포스텍 전주형 학생, 이승철 교수팀은 자동 음 성신호 분석이 후두암 환자와 건강한 피험자를 구별할 수 있는지 확인하기 위해 음성 분석을 위 한 프로그램으로 특징을 추출하여 정확성, 감도, 특이성 측면에서 평가했다. 그 결과 AI가 음성 분석을 통해 건강한 사람과 후두암에 걸린 환자를 구별할 수 있는 것으로 나타났다. 이번 연구는 의료분야에 있어 기존 인공 지능 연구가 영상 자료

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판독에 치중되어 있었다면, 음성 신호 기반으로 인공 지능을 처음 활용했다는 점에서 학계에서 주목할 만한 연구로 평가되고 있다. 후두암은 두경부(머리와 목)에서 중요 기관 중 하나인 후두에 발생 하는 악성 종양으로, 우리나라에서 매년 새로 발생하는 전체 암의 1.1%를 차지하고, 전체 두경부암 환자의 약 1/3에 해당하는 암이다. 해마다 증가하는 발병률에도 불구하고 조기 진단이 어려워 증상이 나타난 말기에 발견, 치료가 지연되는 경우가 많다. 따라서 조기 진단이 치료의

관건인데 음성 변화가 후두암의 초기 징후 중 하나임에 따라 이에 착안한 연구진이 AI로 음성 변화에 대한 후두암 발병 유무를 판별할 수 있는 지에 대해 연구한 것이다. 이번 연구에 참여한 연구진들은 "사람의 청력으로는 단시간 안에 인지하기 어려운 음성 변화를 인공 지능(AI)을 통하여 후두암 발병 유무 진단 가능성을 이번 연구를 통해 확인했다"며, "코로나로 인해 불필요한 접촉이 꺼려짐에 따라 이번 연구와 같은 음성신호에 기반한 디지털 헬스 기술의 필요성이 더욱 부각될 것으로 예상된다"고 밝혔다.

보도자료

천주교 서울대교구 ‘생명의 신비상’ 김완욱 가톨릭대 교수

김완욱 가톨릭대 교수

천주교 서울대교구 생명위원회는 7일 ‘제15회 생명의 신비상’ 생명과학 분야 본상 수상자로 김완욱 가톨릭대 의과대학 내과학교실 교수를 선정했다. 서울대교구에 따르면 김 교수는 태반 성장인자가 류머티즘 관절염을 일으킨다는 기전을 세계 최초로 발견하는 등 난치병 치료 연구에 헌신한 공로를 인정받았다.

그는 지난 20년간 ‘자가면역성 류머티즘 관절염’의 원인을 밝히는 연구를 수행해왔고, 2012년 이후 <네이처 면역학>(Nature Immunology) 등 유력 학술지에 연구 결과를 발표했다.

활동분야 본상 수상기관에는 한국희망재단이 선정됐다. 이 단체는 2005년 인도와 방글라데시 소외이웃을 위한 집짓기 사업을 시작으로, 2020년 현재 14개 국가에서 24개의 현지 협력 단체와 국제협력사업을 펴고 있다. 생명과학 분야 장려상은 망막 신경퇴행질환 치료제 및 시력 상실 억제제 개발 등에 노력해 온 카이스트 생명과학과 김진우 교수에게 돌아갔다. 아울러 인문과학 분야 장려상은 평신도 생명윤리학자인 가톨릭대 생명대학원 최진일 박사가, 활동분야 장려상은 지역 사회에서 생명 사랑·자살예방 활동을 실천해온 명랑촌(성산종합사회복지관)이 받았다. 시상식은 새해 1월13일 서울로얄호텔 3층 그랜드볼룸에서 열린다. 수상자에게는 서울대교구장 염수정 추기경 명의 상패와 상금(본상 2천만원·장려상 1천만원)이 수여된다.

생명의 신비상은 서울대교구 생명위원회가 인간 생명의 존엄성에 관한 가톨릭교회의 가르침을 구현하고자 학술연구와 생명수호 활동 등을 장려하기 위해 제정했다.

‘방사선 식도염’ 치료길 열렸다, 3D프린터로 ‘식도 스텐트’ 제작 성공

국내 연구진이 항암 치료 합병증인 방사선 식도염을 치료할 수 있는 식도 스텐트를 3D(입체) 프린터로 제작하는 데 성공했다.

포스텍(포항공대) 기계공학과 조동우 교수 연구진은 9일 “방사선 식도염을 직접 치료하기 위해 식도 유래 바이오잉크를 탑재한 생분해성 스텐트를 제작하고, 식도염 동물모델을 통해 치료 효능을 검증했다”고 밝혔다. ㈜에드믹바이오 하동헌 박사팀과 공동연구한 결과는 국제 학술지 ‘바이오머티리얼스’에 최근 게재됐다. 스텐트는 좁아진 부위를 일정한 부피의 공간으로 확장하고 유지하기 위하여 사용하는 금속 또는 폴리머로 만든 구조물을 말한다.

◇스텐트가 염증 완화와 조직재생 촉진
항암치료를 어렵게 하는 것은 치료 과정에서 찾아오는 합병증이다. 대표적인 것으로 방사선 식도염이 있는데, 방사선 치료의 부작용으로 목이 아파서 침을 삼키기 어려워지다 아무것도 먹지 못하고 결국 탈수증상으로 몸 상태가 나빠져 치료를 이어가기 어려워진다. 하지만 이런 방사선 식도염을 직접적으로 치료할 방법은 아직 없다. 증상에 따라 통증을 완화하기 치료법이나 부어오른 식도를 단순하게 벌려주어 마시거나 먹을 수 있게 해주는 스텐트를 삽입하는 등 치료가 제한돼 있다.

‘식도 스텐트’ 제작 성공

연구진은 식도 조직으로부터 세포성분을 제거하고, 세포외기질만을 추출한 바이오잉크를 제작했다. 세포외기질은 세포 밖에 존재하지만 세포와 밀접하게 연관된 고분자들이다. 연구진은 3D 프린팅 시스템을 이용해 이 바이오잉크를 탑재할 수 있는 아령형 스텐트를 제작했다. 이렇게 개발된 스텐트를 염증이 유발된 동물의 식도에 삽입한 결과, 염증반응을 완화하는 동시에 조직재생을 촉진하는 것으로 확인됐다.

조동우 교수는 “적극적인 영양을 제공해야 더 높은 치료 효과를 볼 수 있음에도 통증으로 인해 영양 관리가 어려워지면 그 치료 효과는 반감될 것”이라며 “이번에 개발된 식도 스텐트 삽입술이 임상에 적용된다면, 환자들에게 더욱 향상된 예후는 물론 높은 삶의 질을 제공할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

신장 세뇨관-혈관 관상 구조체 3D 바이오 프린팅 성공

3D 바이오 프린팅

국내 연구진이 3D 바이오 프린팅 기술로 신장에서도 고난도로 꼽히는 근위 세뇨관과 혈관이 결합된 관상 구조체를 만드는데 성공했다. 포항공대 조동우 교수와 가톨릭대학교 성빈센트병원 신장내과 김용균 교수팀은 26일 이같이 밝혔다. 인간의 신장은 모세혈관 덩어리인 사구체와 보먼주머니, 세뇨관이 연결된 네프론이라는 조직으로 구성되어 있는데, 사구체에서 여과된 모세혈관 내 노폐물은 세뇨관을 지나며 재흡수와 분비 과정을 거쳐 최종적으로 소변으로 배출되게 된다. 이때 세뇨관은 세뇨관을 둘러싼 혈관과 지속적인 상호 작용을 하며, 사구체에서 여과된 필수적인 물질들을 재흡수하고, 독성 물질 등은 밖으로 내보내는 기능을 한다.

조동우‧김용균 교수팀이 성공한 3D 신장 세뇨관-혈관 관상 구조체는 실제 인간의 신장처럼 미세 혈류가 흐를 수 있고 신장의 필수 기능인 근위 세뇨관과 혈관 사이의 재흡수 및 분비 기능을 정밀하게 구현했다.또한 이 구조체를 실험용 쥐의 신장에 이식했을 때 성공적으로 생착됐으며, 신장 질환이 있는 실험용 쥐에 이식했을 때 질환 일부가 호전되는 모습을 확인했다.

3D 신장 세뇨관-혈관 관상 구조체는 기존의 비용과 시간이 많이 드는 동물 실험을 대체하여 시험관 내에서 신장 약물 독성 실험, 신장 질환 모델링, 재생 의학 등에 적용할 수 있는 형태로 개발됐다는데 큰 의미가 있다.
지금까지 세포 기반 바이오 인공 신장 개발에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있지만, 기존 기술로는 복잡한 세뇨관과 혈관의 상호작용을 구현하는데 많은 어려움이 있었다. 최근 관류가 가능한 신장 구조체 3D 프린팅에 성공한 사례가 발표되긴 했지만, 개발된 신장 구조체를 따로 분리할 수 없어 재생의학적 용도로 사용하지 못한다는 한계점이 있었다. 조동우‧김용균 교수팀은 “이번 연구는 기존 3D 신장 구조체 개발이 갖고 있던 제한점을 극복하고, 세계 최초로 인공신장 모델 및 재생의학에 적용 가능한 바이오 인공 신장 플랫폼 개발에 성공했다는데 의의가 있다”고 말했다.

조동우‧김용균 교수팀이 발표한 이번 연구 논문은 생체 재료 분야에서 세계적 권위가 있는 학술지 에 게재됐다.

서울성모 윤승규 교수, 한국연구재단 우수연구자 선정

서울성모 윤승규 교수

[데일리메디 한해진 기자] 가톨릭대학교 서울성모병원 소화기내과 윤승규 교수가 최근 한국연구재단 우수연구자로 선정됐다. 윤 교수는 지난 3월 종양면역치료저널에 게재된 ‘EpCAM 고발현 간암줄기세포에서 세포표면의 CEACAM1 분자를 통한 면역 회피 기전’ 연구 성과를 인정받았다. 연구팀은 간암줄기세포 마커인 'EpCAM'의 발현이 높은 세포가 종양살상세포에 의한 면역기전을 회피하기 위해 세포 표면의 'CEACAM1' 분자의 발현을 높인 것을 확인했다. 이는 종양살상세포의 항종양 살상효과를 방해해 결과적으로 면역 치료의 효율을 반감시키게 된다. 또한 간암의 생쥐 모델을 활용해 CEACAM1을 저해시킨 결과 종양 내 자연살해세포 및 T 세포의 활성도가 증가하고 종양의 크기가 줄어든 것을 증명했다. 윤승규 교수는 “현재 간암의 치료에 실패하는 원인을 찾고자 간암줄기세포의 특성 규명과 면역학적으로 암살상세포들의 기능이 저하되는 원인들을 계속 연구하고 있다”고 말했다.

한편, 윤승규 교수는 1985년 가톨릭대학교 의과대학을 졸업해 1989년 내과 전문의를 취득했고, 보건의료기술 진흥사업 전문위원장 및 KBS 의료자문위원, 서울성모병원 내과 과장과 간담췌암센터장을 역임했다. 현재 한국연구재단 연구 평가위원, 가톨릭 간연구소장, WHO 서태평양지역 간염협력센터 소장 등 활발한 활동을 하고 있다.

서울성모병원 윤승규·성필수 교수팀, 진행성 간암 항암면역치료 효능 낮은 이유 밝혀

서울성모병원 윤승규·성필수 교수팀

가톨릭대학교 서울성모병원 연구팀이 간암의 새로운 면역 회피기전을 규명해 앞으로 간암 면역치료의 효과를 높일 수 있을 것으로 기대된다.
난치성 종양인 간암은 발생률이 높은 국내 5대 암 중의 하나로 조기에 발견될 경우 완치율이 높지만 진행된 간암에서는 다양한 연구에도 불구하고 생존율이 매우 낮은 실정이다. 특히 진행성 간암에서는 항암, 방사선 및 표적치료에 내성을 보이는 경우가 흔해 예후가 매우 불량한 것으로 보고되고 있다.진행성 간암의 치료 효과를 높이기 위한 다양한 치료가 시도되고 있지만, 최근 도입된 면역체크포인트 억제제 치료도 단일요법으로는 반응률이 20%에 머무르고 있다. 각종 치료에 저항성을 보이는 원인으로 ‘암 줄기세포(cancer stem cell)’가 중요한 역할로 지목된다. 암세포의 작은 부분(5% 미만)을 차지하는 암 줄기세포는 암 조직을 유지하는 구실을 하고 또한 치료 후 줄어든 암세포를 재생하는데 핵심적인 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

가톨릭대 서울성모병원 소화기내과 윤승규, 성필수 교수와 가톨릭간연구소 박동준 연구원은 대표적인 간암줄기세포의 마커인 EpCAM(epithelial cell adhesion molecule)의 발현이 높은 세포가 자연살해세포(NK세포) 등의 종양살상세포에 의한 면역기전을 회피하기 위해 세포 표면의 CEACAM1(carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1) 분자의 발현이 증가된 것을 확인했다. 대표적인 종양살상세포인 자연살해세포의 활성도는 간암 환자의 재발 및 생존율에 영향을 미친다고 알려져 있다. EpCAM을 발현하는 간암줄기세포의 CEACAM1의 발현은 종양살상세포의 항종양 살상효과를 방해해 결과적으로 면역 치료의 효율을 반감시키게 된다. 연구팀은 간암의 생쥐 모델을 활용해 CEACAM1을 저해시킨 결과, 종양 내 자연살해세포 및 T 세포의 활성도가 증가하고 종양의 크기가 줄어든 것을 증명했다. 윤승규 교수는 “현재 약 20%의 반응률에 머물고 있는 간암의 면역항암치료의 반응률을 높일 수 있는 신규 타겟 분자를 발견한 것에 의의가 크다”고 밝혔다. 성필수 교수는 “지속적인 간암의 면역 회피 기전 연구를 통해 새로운 면역치료의 방안을 고안하겠다“고 말했다. 이번 연구는 ‘종양면역치료저널(Journal for ImmunoTherapy of Cancer, IF 8.728)’에 3월 27일자로 게재되었다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부, 교육부가 후원한 한국연구재단 개인기초연구사업과 서울성모병원의 지원으로 수행됐으며, EpCAM 발현 간암세포에서 CEACAM1 차단에 의한 면역치료 효능 증강에 대한 특허 출원이 완료되었다.

포스텍 조동우 교수, 3·1문화상 기술·공학상 수상

수상자 조동우 교수

수상자 조동우 교수는 인체 내 손상된 조직 및 장기의 재생을 위한 신개념 3D 프린팅 기술 연구 분야의 세계적 선구자다.
다축多軸 적층積築이 가능한 통합형 3D 세포 프린팅 시스템을 자체 개발하였으며, 이를 이용하여 실제 조직 및 장기의 복잡한 내·외부 구조를 모사하고 재생능 향상을 위해 다양한 생체 재료 및 세포, 그리고 성장 인자를 동시에 포함할 수 있는 기능성 3D 조직 유사체를 제작하였다. 또한 각 조직 및 장기의 세포 외 기질을 이용하여 맞춤형 조직 특이적 바이오 잉크를 세계 최초로 개발하고 이를 3D 조직·장기 프린팅 기술에 적용함으로써, 실제 생체 조직의 구성 성분 및 미세 환경 재현에 세계 최초로 성공했다.

이러한 연구 성과는 『Nature Communication』, 『Biomaterials』, 『Advanced Functional Materials』 등 세계 최고 권위 학술지에 다수 게재되어 그 학술적 우수성을 인정받았으며, 향후 손상된 조직 및 장기의 ‘형상적·기능적 재생’이라는 새로운 맞춤형 의학 치료 기술의 등장에 획기적인 전기를 마련한 것으로 평가된다. 조동우 교수의 연구는 국제 학술지에 총 290여 편이 게재되었으며, 연구자들에 의한 피인용 횟수는 Google citation 기준 총 11,847회 그리고 H-index는 61에 달하는 뛰어난 성과를 거두었다. 조동우 교수는 또한 다학제간多學際間 연구를 통해 환자 맞춤형 구조체를 제작하고 임상에 적용하여 성공을 거두어왔다. 3D 프린팅으로 제작된 재생용 구조체를 사람에게 실제로 이식한 경우는 세계적으로 단 몇 건에 불과하며, 광대뼈 성형에 성공한 사례는 세계최초이다. 그는 이러한 연구 공로를 인정받아 ‘이달의 과학자상’, ‘생명의 신비상’, ‘라이나 생명 존중상’, ‘ISBF 2019 Senior Investigator Award-Biofabrication’ 등 권위 있는 상들을 수상하였다. 또한 그 학술적 업적을 바탕으로 제자들과 함께 벤처기업 (주)티앤알바이오팹을 설립하고 기술이전을 통해 코스닥 시장 상장에 성공함으로써, 그 연구가 학술적인 가치뿐만 아니라 산업 및 경제적으로도 커다란 실용적 가치를 창출할 수 있음을 실증하였다.