%EC%A1%B0%EC%98%81%EC%A0%9C
-
비알콜성 지방간염은 이제 MRI로 진단하세요
간 건강을 위협하는 질환인 비알콜성 지방간 질환과 그 진행 형태인 비알콜성 지방간염의 현재 표준 진단 방법은 주로 간 조직을 채취하는 간 생검에 의존하고 있어 환자의 위험 부담이 크며, 질병의 진행 단계를 추적하는 데 어려움이 있었다.
우리 대학 생명과학과 전상용 교수와 바이오및뇌공학과 박성홍 교수 공동연구팀이 활성산소에 반응해 자기공명영상(MRI) 신호가 증강되는 MRI 영상 조영제를 개발했고 한 번의 MRI 촬영으로 손쉽게 비알콜성 지방간염의 진행 정도를 모니터링하고 진단하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.
비알콜성 지방간염은 간세포 손상, 염증, 그리고 최종적으로 간경화로 진행될 수 있는 질환으로, 간 내 활성산소 수준의 증가와 밀접한 관련이 있다. 활성산소는 간세포의 산화 스트레스를 유발하고, 비알콜성 지방간염의 진행을 촉진하는 주요 요인 중 하나로 알려져 있다.
이에 착안해 연구팀은 비알콜성 지방간염의 진행을 비침습적으로 모니터링할 수 있는 새로운 방법을 모색하고자 했다. 특히, 간 내 활성산소 양 변화에 반응해 MRI 신호를 강화할 수 있는 망간 이온 결합 빌리루빈 나노입자를 개발하고, 이를 활용하여 비알콜성 지방간염의 진행 상태를 정밀하게 추적할 수 있는 기술을 연구했다.
망간 이온 결합 빌리루빈 나노입자는 간 내 활성산소 증가에 따라 MRI 신호를 증폭했고 연구팀은‘유사 3-구획 모델’을 통해 한 번의 MRI 촬영으로 비알콜성 지방간염의 진행 정도를 결정할 수 있었다. 이를 통해 비알콜성 지방간염의 초기 단계부터 간경화에 이르기까지 간 질환의 진행 상태를 연속적으로 모니터링 할 수 있었다.
연구팀은 다양한 실험을 통해 망간 이온 결합 빌리루빈 나노입자가 간 질환 모델 마우스에서 활성산소 양의 변화에 민감하게 반응해 MRI 신호의 강도를 조절하는 것을 확인했다. 이러한 발견은 간 질환의 진행 상태를 정밀하게 파악할 수 있게 함으로써, 환자 개개인에 맞춘 맞춤형 치료 전략 수립에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 더 나아가, 이 기술은 비침습적이라는 점에서 환자의 부담을 크게 줄여주며, 장기적으로는 간 질환 관리 및 치료의 효율성을 높일 수 있을 것으로 전망된다.
전상용 교수는 “이번 연구를 통해 개발된 새로운 MRI 조영제와 영상해석 모델을 사용함으로써 기존에 표준 진단으로 사용하던 환자들에게 위험한 간 생검을 대체할 수 있을 것으로 기대한다”며, “또한, 병원에서 쉽게 접할 수 있는 대표적인 영상 장비인 MRI로 비알콜성 지방간염의 진행 상태 및 간경화로의 전이되는 단계를 손쉽게 진단할 수 있어 지방간염 약물의 효능을 평가하는 데 필수적인 진단 장비가 될 수 있을 것이므로 효율적인 지방간염 치료제 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
우리 대학 생명과학과 정원식 박사 및 바이오및뇌공학과 무하메드 아사두딘(Muhammad Asaduddin) 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 재료과학 분야 최정상급 학술지인 `어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials, ISSN: 0935-9648 print, 1521-4095 online, Impact Factor: 32)' 온라인판에 지난 3월 9일 字 게재됐다.
(https://doi.org/10.1002/adma.202305830 논문명: Longitudinal Magnetic Resonance Imaging with ROS-Responsive Bilirubin Nanoparticles Enables Monitoring of Non-Alcoholic Steatohepatitis Progression to Cirrhosis).
한편 이번 연구는 한국연구재단의 리더연구사업(종양/염증 미세환경 표적 및 감응형 정밀 바이오-나노메디신 연구단) 및 기초연구실지원사업(뇌척수액 순환 기반 뇌인지기능 기초연구실)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.04.02 조회수 5048 -
김유천 교수, 부작용 낮춘 레이저 치료제 개발
〈 노 일 구 박사과정, 김 유 천 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 기존 광역학 치료제(PhotoDynamic Therapy, 이하 PDT)의 단점을 보완한 근적외선 형광물질 기반의 PDT를 개발했다.
노일구 박사과정이 1저자로 참여하고 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 2018년도 3월 25일자 표지논문에 게재됐다.
PDT는 약물이나 유전자가 아닌 빛을 이용하는 치료법으로 레이저를 특정부위에 쬐어 산소를 독성을 갖는 활성산소로 변화시켜 세포를 자가 사멸(apoptosis)로 유도할 수 있는 기술이다.
이 기술은 피부병 치료 등 일상에서도 많이 활용되는 치료법이다. 그러나 기존에 이용하는 PDT 조영제의 경우 낮은 효율을 가질 때 오히려 암세포의 유전변형이 발생해 치료효과 감소 등의 부작용이 나올 수 있다.
따라서 치료효과를 극대화하기 위해선 원하는 위치에 많은 물질을 전달하는 것이 중요하며 이를 위해 세포 소기관인 미토콘드리아에 치료효과를 집중시키는 연구가 진행 중이다.
PDT 조영제로 인해 만들어진 활성산소는 미토콘드리아의 막을 공격해 세포 사멸을 일으킨다. 암세포의 미토콘드리아는 일반 세포와 비교했을 때 미토콘드리아 막의 전위 차이가 높아 양전하의 소수성 물질이 더 잘 투입되는 특성이 있다.
연구팀은 이러한 PDT 조영제 효과를 극대화하기 위해 미토콘드리아 타겟팅 그룹인 트리페닐포스포늄, PDT 증강제인 브롬화물, 그리고 용해도 증가를 위한 아민 그룹으로 구성된 물질을 개발했다.
연구팀은 이 기술을 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입한 후 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도했고 이를 분석했을 때 효과적으로 표적 치료가 이뤄지는 것을 확인했다.
이 물질은 근적외선 영역에서의 흡광 및 발광을 통한 662 나노미터(nm) 영역 레이저를 사용한다. 이를 통해 기존 가시광선 조영제가 마이크로미터 수준의 깊이를 보였다면 연구팀의 기술은 밀리미터까지 투과성을 가지며 진단 시 가시광역 조영제 보다 100배 이상 감도가 우수한 특성을 갖고 있다고 밝혔다.
연구를 주도한 노일구 박사과정은 “암세포 미토콘드리아에 오래 머물러 있어 레이저를 조사했을 때 원하는 부분에만 부작용 없이 효과적인 치료가 가능하다는 장점이 있다”며 “치료 후 독성이 없이 분해돼 기존 조영제의 단점을 극복할 수 있을 것이다”고 말했다.
김유천 교수는 “기존에 이용되는 진단 및 치료제를 한 단계 더 발전시킨 새로운 플랫폼의 개발을 통해 부작용을 최소화하고 다양한 질병을 치료하는 데 유용하게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 글로벌프론티어 지원사업 ABC 바이오매스 사업단 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발지원사업을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. Advanced science 3월 25일자 3호 표지
그림2. 완성된 물질의 화학구조, 미토콘드리아 타겟팅 효과 및 레이저에 따른 ROS 생성 그래프
2018.04.17 조회수 19628 -
정문술 이사장 기부 8년만에 ‘정문술 빌딩’ 생애 첫 방문
- 2001년 300억기부로 탄생한 정문술빌딩
- 바이오및뇌공학과 최철희교수팀 관류측정 기술 한계를 극복한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류측정기술’상품화
KAIST 정문술(71) 이사장이 자신의 기부금으로 건립된 ‘정문술 빌딩‘의 바이오및뇌공학과를 기부 8년만인 오는 19일 첫 공식 방문한다.
이 빌딩은 지난 2001년 鄭 이사장이 낸 기부금 300억 가운데 110억원을 들여 지하1층, 지상11층 규모로 2003년 8월에 완공됐다. 그러나 정 이사장은 이 빌딩의 기공식, 준공식 행사에 참석하지 않았다. 그동안 KAIST를 여러 차례 방문했으나 자신의 기부로 만들어진 이 빌딩엔 단 한 번도 방문하지 않았다.
“정문술빌딩에서 국민에게 희망을 주는 신기술이 나오기 전에는 들어가지 않겠다.”는 그의 신념 때문이었다.
최근 鄭 이사장의 기부에 의해 탄생한 바이오및뇌공학과가 정이사장의 기대에 부응하는 새로운 기술을 개발했다. 鄭 이사장은 이 학과를 방문해 최근 개발한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류 측정기술‘ 등 2002년 학과 설립 후 약 7년간의 연구성과를 살펴보고, 교수,학생들과 간담회를 갖는다.
바이오및뇌공학과 최철희 교수팀이 개발한 ‘말초조직의 기능적 혈액관류 측정기술’은 혈관에 주입된 근적외선 조영제(인도시아닌그린)를 광학영상장비로 실시간 촬영해 얻은 동적영상으로부터 약물동역학 분석을 통해 관류율(%/min)을 계산하는 기술이다.
연구팀은 바로 이 기술의 임상 적용 연구를 수행해 동역학을 관류율로 계산하는 자동화분석 프로그램과 하지 영상이 가능한 근적외선 영상장비를 개발했다.
연구팀이 개발한 자동화 프로그램을 통해 측정된 하지의 관류율은 ‘관류맵’으로 표시되며 조직의 평균관류율을 진단결과로 제시한다.
특히 연구팀은 이 기술을 이용해 하지허혈질환인 하지동맥경화 질환의 진단 여부를 검사한 결과 민감도 81%, 특이도 88%라는 높은 진단율을 얻었다.
개발된 기술은 기존의 혈관조영을 위한 CT나 MRI 영상장비처럼 높은 비용을 요구하지 않는 비교적 간단한 광학 영상 장비를 이용하기 때문에 침상에서 바로 진단이 가능할 뿐 아니라 손쉽고 저렴한 하지혈류 정기검진 방법으로도 매우 적합하다.
동맥경화와 당뇨병 등 관류 장애를 유발하는 심혈관계 질환은 사망원인의 상위를 차지하는 질병이다. 따라서 기술의 한계를 극복하는 의료기기를 개발하여 원천기술을 확보한 연구팀의 성과는 관류측정 의료기기 시장에서 산업적으로 큰 파급효과를 보일 것으로 전망된다.
현재 이 기술은 미국, 일본, 유럽 등에서 특허가 진행되고 있으며, 해외시장에도 기술을 이전할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 이 기술은 임상뿐 아니라 신약개발의 전임상 단계에서 약효를 검증할 수 있는 동물실험에도 응용 가능하여 혈류 개선 약물 개발 및 신생혈관 생성억제제 연구에도 응용될 것으로 기대된다.
이 기술은 해부학적 혈관구조를 영상화하는 기존의 기술과는 달리 기능적 혈류를 측정하는 기술이다. 따라서 혈관구조의 변화를 초래하기 이전에 혈류의 이상이 오는 단계에서 조기진단이 가능해 고혈압 및 당뇨 환자의 하지혈류저하 조기진단 검진기술로 응용 가능하다.
또한 동물실험에도 응용할 수 있어 동물용 근적외선 영상 장비 제작을 통한 산업화, 자동화 소프트웨어 개발을 통한 신생혈관 생성, 혈관투과율, 관류율 등 여러 가지 혈관생리에 관련된 실험결과 등을 제시할 수 있는 프로그램으로 개발할 수 있다.
연구팀은 향후 당뇨 및 고혈압 환자 등의 진단 가능성 여부를 위한 임상시험을 진행할 예정이다. 그리고 이를 바탕으로 혈관내피세포 기능 분석 영상장비를 개발할 계획이다.
연구팀은 현재 (주)뷰웍스에 기술을 이전하고 하지관류측정용 근적외선 영상 시스템 생산라인을 구축하고 있다. 이를 통해 연구팀은 임상시험에서 얻은 노하우를 바탕으로 시제품을 더욱 보완한 영상 장비를 제작할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 생체광학영상 분야의 지속적인 개발을 위하여 KAIST와 (주)뷰웍스 공동으로 광학생체영상센터를 개설하여 산학협동 연구를 활성화하며 인력개발 및 고용창출에도 힘을 쏟을 예정이다.
2009.10.19 조회수 22078