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알츠하이머병, 파킨슨병, 루게릭병과 같은 퇴행성 질환의 치료를 위한 후보 물질을 연구·개발해온 국내 연구진이 알츠하이머병 치료에 효과를 보이는 화합물을 발굴했다.아주대 최상돈 교수(생명과학과·대학원 분자과학기술학과, 사진)는 인공지능 및 분자역학 시뮬레이션을 통해 수천만 개의 화합물 중 알츠하이머병 치료 기능이 있는 화합물을 발굴하는 데 성공했다고 밝혔다. 관련 내용은 ‘NLRP3 인플라마좀 새로운 소분자 억제제의 알츠하이머병 모델에서의 인지 장애 회복(Novel Small-Molecule Inhibitor of NLRP3 Inflammasome Reverses Cognitive Impairment in an Alzheimer’s Disease Model)’이라는 논문으로 미국화학학회(American Chemical Society)가 발행하는 저널 <ACS 케미컬 뉴로사이언스(ACS Chemical Neuroscience)>에 지난 2월23일 온라인 게재됐다. 이번 연구에는 우리 학교 김욱·김문석 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)와 ㈜에스앤케이테라퓨틱스 및 환인제약㈜ 공동 연구팀이 참여했다. ㈜에스앤케이테라퓨틱스는 최상돈 교수가 설립한 희귀 면역 질환 치료제 개발사다.연구팀은 염증 반응의 활성화를 담당하는 선천성 면역계의 세포질 다단백질 올리고머 인플라마좀(inflammasome)을 주목했다. 인플라마좀의 활성화와 조립은 염증성 사이토카인 인터루킨-1β(interleukin-1β) 및 인터루킨-18(interleukin-18)의 단백 분해 절단, 성숙 및 분비뿐만 아니라 개스더민-D(gasdermin-D)의 절단을 촉진한다. 이에 인플라마좀 활성화 조절에 장애가 있는 경우 자가면역질환, 대사 및 신경 퇴행성 질환 같은 질병이 발생할 수 있다. 공동 연구팀은 인공지능 및 분자역학 시뮬레이션을 통해 인플라마좀에서 핵심 역할을 담당하고 있는 NLRP3(NACHT, LRR and PYD domains-containing protein 3) 제어 화합물을 발굴해냈다. 이를 퇴행성 신경질환의 대표 사례인 아밀로이드 β 유발 알츠하이머병 동물에 적용해 그 치료 효과를 입증하는 데 성공했다. NLRP3 인플라마좀의 비정상적 활성화는 치매와 비알콜성 지방간염, 제2당뇨, 다발성경화증, 통풍 등 난치성 질병을 유발하는 것으로 알려져 있어, 이러한 질병의 치료를 위해 매우 중요한 잠재적 표적으로 주목받고 있다. 최상돈 교수는 “이번 연구를 통해 발굴된 기전을 우선적으로 알츠하이머병에 적용, 그 효과를 입증해 냈다”며 “알츠하이머병과 질환 발생 기전이 유사한 비알콜성 지방간염, 제2당뇨, 다발성경화증, 통풍 등에도 효과가 있을 것으로 기대한다”고 설명했다.이어 “앞으로 추가 연구를 통해 발굴 물질의 유효성뿐 아니라 독성이 없고, 물성이 좋은지 등 기존 약물보다 우수한 신약으로서의 조건들을 갖추고 있는지를 검증해 나가야 할 것”이라고 덧붙였다.이번 연구는 국가신약개발사업단의 신약기반 확충연구(선도물질)의 후원을 받아 수행되었다. NLRP3 인플라마좀 소분자 억제제의 알츠하이머병 모델에서의 인지 장애 회복 기능 연구에 대한 설명. 연구팀은 인공지능 및 분자역학 시뮬레이션을 통해 염증 반응 활성화를 담당하는 인플라마좀에서 핵심 역할을 담당하는 NLRP3 제어 화합물을 발굴해냈다.
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전자공학과 박성준 교수 연구진이 인공 소변에서 선택적으로 요오드를 검출할 수 있는 IGZO 기반의 바이오센서 개발에 성공했다. 소형화 및 뛰어난 휴대성으로 요오드의 현장진단 검사에서도 응용이 가능할 것으로 기대된다. 박성준 교수(사진 왼쪽)와 약학대학 김주희 교수(사진 오른쪽) 공동연구팀은 높은 선택성과 민감도를 기반으로 요오드를 검출할 수 있는 IGZO 기반의 바이오센서 개발에 성공했다고 밝혔다. 관련 연구는 ‘요오드의 정량분석과 신속 검출을 위한 IGZO 기반 전해질 박막트랜지스터(Quantitative and Rapid Detection of Iodide ion via Electrolyte-Gated IGZO Thin-film Transistors)’라는 제목으로 국제 학술지인 <센서스 앤 액츄에이터 비: 케미칼(Sensors and Actuators B: Chemical)> 11월27일자 온라인판에 게재되었다. 이번 연구는 아주대학교 약학과 석박사과정 황철진 학생이 제1저자로, 전자공학과 석사과정 곽태현 학생과 가천대학교 전자공학과 김창현 교수가 공동 저자로 참여했다. 요오드는 내분비계의 필수적인 생물학적 음이온이나, 전 세계 인구의 약 29%는 체내 요오드 농도와 관련된 문제를 호소하고 있다. 임산부에게 요오드가 부족할 경우, 갑상선 기능 저하증으로 이어져 태아의 신경 인지능력 발달에 부정적 영향을 미치며, 요오드를 과다 섭취할 경우에는 자가면역 갑상선염과 같은 갑상선 기능 장애를 유발한다. 따라서 산모와 태아의 건강을 위해서는 적절한 체내 요오드 농도 유지가 필수적이다. 이전까지 소변에서 요오드 농도를 측정하는 방식은 소변 내의 다른 이온 및 특정 물질들의 간섭과 요오드 자체의 농도가 낮아 어려움이 많았다. 이로 인해 플라스마 질량 분석법(ICP-MS), 해상도 질량 분석법(HR-MS) 등의 방법을 사용했으나, 이는 고가의 실험장비가 필요하며 준비부터 분석까지 많은 시간이 소요된다는 단점이 있었다. 이에 연구팀은 뛰어난 내구성을 지녔으며 대량생산에도 용이한 IGZO에 주목했다. IGZO는 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)으로 구성된 비정질 반도체 물질로, 용액공정을 통해 대면적 및 대량생산이 쉬우며 우수한 전자이동도와 내구성을 지니고 있다. 이에 차세대 투명 디스플레이, 뉴로모픽 및 유해 바이오 물질 검출 센서 개발 등의 연구에 활용되고 있다. 연구팀은 요오드 이온에 의해 IGZO 금속산화물 채널로 구성된 바이오센서의 전류가 즉각적으로 변화하는 현상에 주목했다. 반도체와 전해질 계면에서 요오드의 산화 및 환원 반응에 의한 전류 변화를 분석해 인공 소변에서 요오드의 농도를 성공적으로 정량화한 것. 이를 바탕으로 세계보건기구(WHO)에서 제안한 학동기 아동 소변의 요오드 농도를 기준으로 실시간 및 연속적으로 요오드를 검출할 수 있는 바이오센서를 개발했다. 이번에 개발된 소자는 1마이크로미터(uM)의 요오드 농도까지 분석 가능한 민감도를 지니고 있다. 특히, 최대 0.1초 이하의 반응 속도를 보여주고 있어 기존 검사 장비에 비해 빠르고, 0.5V 이하의 저전압 구동이 가능해 소형화 및 휴대성이 증가했다. 또한 지속적인 산화 및 환원 반응을 거치면서도 요오드에 대한 민감도를 유지할 수 있어 향후 현장진단 검사에서도 응용가능하다. 박성준 교수는 “이번에 개발된 바이오센서는 요오드뿐만 아니라 다양한 생체 물질을 검출할 수 있는 핵심 센서 플랫폼 기술”이라며 “실시간 생체 모니터링 및 생체 물질 탐지 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다”고 전했다. 이어, “관련 연구가 지속된다면 각종 질병의 조기 진단, 위험 물질에 대한 안전성 확보 및 다양한 환경물질에 대한 검출이 가능할 것”이라고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 한국전력공사 사외공모 기초연구, 한국연구재단 기초연구사업, 식품의약품안전처 민간식의약촉진지원사업의 지원으로 수행되었다.
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- 작성일2022-05-11
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우리 학교 허준석 교수 연구팀이 하나의 센서로 눈에 보이는 가시광 이미지와 눈에 보이지 않는 적외선 이미지를 구분해서 획득할 수 있는 듀얼 광센서를 개발했다. 허준석 교수(전자공학과, 사진)는 숭실대학교 유건욱 교수, 미국 버지니아 공대 이규상 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 게르마늄‧이황화몰리브덴 기반의 새로운 이종접합 구조 광센서를 제안하고, 이를 통해 가시광선과 적외선을 실시간으로 선택적으로 검출하는 데 성공했다고 밝혔다. 논문 제목은 ‘Visible and infrared dual-band imaging via Ge/MoS2 van der Waals heterostructure’으로, 과학 분야 국제학술지인 <사이언스 어드밴시즈(Science Advances), IF: 14.136> 12월15일자 온라인판에 게재됐다. 이번 연구에는 아주대학교 석사과정 황어진 학생과 박영서 박사가 제1저자로 참여했다. 물체의 색깔 같은 가시광 이미지 뿐만 아니라 안개 같은 악천후나 야간에 유용한 적외선 이미지를 필요에 따라 선택적으로 얻는 것은 운전자 보조시스템이나 드론, 로봇 등 각종 비전 시스템의 중요한 이슈 가운데 하나다. 기존에도 시야가 어두워질 때를 대비한 가시광선‧적외선 동시검출 광센서가 연구되어 가시광부터 단파장 적외선까지 검출할 수 있는 다양한 소자들이 발표되었다. 그러나 이러한 소자들은 가시광/단파장 적외선에 구분 없이 모두 반응함으로써 가시광 이미지와 적외선 이미지가 혼재, 별도의 필터로 각 이미지를 구분해야 하는 번거로움이 있었다. 이에 연구팀은 별도 필터없이 전압 조절만으로 가시광 이미지와 적외선 이미지를 구분해 얻을 수 있는 독특한 에너지 밴드 구조의 광센서를 설계했다. 차세대 반도체 소재로 많은 주목을 받는 2차원 이황화 몰리브덴을 게르마늄(p-타입)과 반데르발스 이종 접합, 기존 격자 상수로 제한되는 반도체 물질 조합에서는 얻을 수 없는 독특한 에너지 밴드 구조를 구현한 것. 그 결과 전압 크기에 따라 전자와 정공의 흐름을 조절하고 파장 대역에 따라 암정류 및 광전류 증폭률을 다르게 조정함으로써 동작 전압에 따라 가시광선만 검출하거나 적외선만을 검출하는 광센서를 개발할 수 있었다. 연구팀은 개발된 소자를 이용해 가시광과 단파장 적외선에 대해 구분된 이미지를 확보하는 듀얼 밴드 이미징 실험을 실시했다. 실리콘 기판의 앞 뒤가 다른 패턴 ‘지킬 앤드 하이드’ 패턴을 놓고 앞에서는 가시광선을, 뒤에서는 적외선을 검출하도록 함으로써 각각 다른 두 가지 패턴의 이미지를 얻는 데 성공했다. 하나의 광센서로 가시광과 단파장 적외선을 구분해서 검출할 수 있는 기술은 기존 광센서에서는 찾아볼 수 없는 기능을 가진 신개념 소자로, 운전자 보조 시스템, 드론, 로봇 등 기계 비전 시스템에 다양하게 활용될 것으로 기대된다. 또한 학술적인 측면에서도 2차원 반데르발스 물질과 기존 반도체를 조합한 이종접합 구조를 기반으로 격자 길이에 제한된 이종접합 구조에서 벗어나 새로운 소자를 개발할 수 있는 가능성도 보여주었다. 허준석 교수는 “실제 적용을 위해 대면적 어레이 형태로의 확장과 대면적 2차원 소재에 직접 게르마늄 등의 반도체를 성장해 이종접합 구조를 구현하는 연구가 필요하다”고 설명했다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 차세대지능형반도체 기술개발사업의 지원으로 수행되었다.게르마늄/이황화몰리브덴 이종접합 광센서 모식도기존 반도체 이종 접합이 격자 길이에 제한되었던 점에서 벗어나 반데르발스 이종접합 구조를 통해 차별화된 광센서 구현이 가능했다.개발한 광센서를 이용한 가시광/적외선 듀얼 이미징앞뒤가 다른 ‘지킬앤드하이드’ 패턴을 이용해 가시광과 적외선을 선택적으로 검출할 수 있음을 검증하였다.앞에는 가시광선을 비추고 뒤에는 적외선을 비춘 상태에서 광센서의 동작모드를 제어해 두 가지 이미징 결과를 얻었다.
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- 작성일2022-04-13
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