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윤태종 교수 연구팀이 호르몬성 탈모 치료를 위한 나노 기술 접목 유전자 편집 기술을 개발했다. 이에 부작용을 최소화하고 효능을 극대화할 수 있는 탈모 치료 약물의 개발 가능성이 높아질 것으로 기대된다. 윤태종 아주대 교수(약학과, 사진)는 초음파에 반응하는 나노 입자를 이용한 유전자 편집 소재 전달 기술을 통해 호르몬성 탈모 치료에 탁월한 치료 효과를 냄을 확인했다고 밝혔다. 관련 내용은 저명 학술지 ( 바이오머티리얼즈(Biomaterials) ) 12월28일자 온라인판에 게재됐다. 논문 제목은 ‘CRISPR/Cas9 단백질 구조체 전달용 초음파 활성 나노 입자를 이용한 호르몬성 탈모 치료제 (Ultrasound-activated particles as CRISPR/Cas9 delivery system for androgenic alopecia therapy)’이다.호르몬성 탈모는 남성 호르몬인 테스토스테론이 두피 모낭세포에 존재하는 SRD5A2 환원 효소에 의해서 DHT라는 호르몬으로 변화되고, 이 호르몬이 두피 모낭세포의 성장을 억제함으로써 발생한다. 스트레스, 흡연 등에 따른 환경적 요인의 탈모와는 그 원인과 양상이 다른 것. DHT 생성의 원인이 되는 환원 효소는 앞머리와 윗머리 부위에 집중되어 있고 유전적으로 환원 효소가 과발현된 경우 해당 위치에 탈모가 발생한다. 이에 반해 환경적 요인의 탈모는 위치에 무관하게 발생한다. 유전적 탈모가 발생한 환자는 스트레스를 많이 받게 되고, 이는 삶의 질 악화로 이어지기 때문에 많은 관련 연구자들이 이를 치료하기 위한 약물 개발에 집중하고 있다. 현재 호르몬성 탈모 치료제로는 두타스테라이드, 피나스테라이드 등의 환원 효소 억제제를 임상적으로 사용하고 있다. 하지만 이러한 억제제들은 구강 투여제로, 두피뿐 아니라 다른 장기에 존재하는 환원 효소에도 영향을 미쳐 ▲저혈압 ▲남성의 여성 유방화 ▲간 독성 ▲성기능 장애 등의 다양한 부작용이 따르는 것으로 알려져 있다. 때문에 호르몬성 탈모를 호소하는 환자들로서는 장기 복용에 대한 부담감이 높았다. 윤태종 교수 연구팀은 외부 초음파의 자극에만 반응하는 미세 공기 방울을 활용할 경우, 일반적인 나노 구조체로 전달되기 어려운 부위에 매우 효과적으로 유전자 가위 소재(Cas9, sgRNA)를 전달할 수 있음을 확인했다. 연구팀은 호르몬성 탈모 모델에서 이를 구강 투여가 아닌 두피 도포제 형태로 적용한 나노-유전자 가위 기술을 개발해냈다. 호르몬성 탈모가 유도된 동물 모델을 대상으로 미세공기방울-나노 리포좀 구조체에 단백질 형태의 유전자 가위 물질을 탑재, 피부에 도포한 후 초음파를 탈모 부위에 가했을 때 탁월한 치료 효과를 거둘 수 있음을 확인한 것. 또한 전달된 유전자 가위가 타깃하는 SRD5A2 환원 효소 유전자를 삭제해 근본적으로 효소 생성을 억제한다는 부분도 확인했다. 이는 수 차례의 도포 처리만으로도 영구적으로 탈모 질환을 치료할 수 있음을 보여주는 결과다. 기존의 호르몬성 탈모 치료제 약물에서 나타났던 여러 부작용은 목격되지 않았고, 8주 만에 모발 생성이 회복됨을 확인할 수 있었다.윤태종 교수는 “침투가 어려운 모낭세포에 간단한 초음파 자극만으로도 빠르게 단백질 형태의 유전자 편집 물질을 전달할 수 있다는 것을 발견했다는 점이 이번 연구의 중요한 성과”라며 “유전자를 직접 편집할 수 있는 유전자 가위 기술이 근본적 탈모 치료에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 전망되어 왔으나 그동안 나노 기술의 접목이 쉽지 않았다”고 말했다.이어 윤 교수는 "나노 기술의 유전자 가위 기술 접목에 따른 시너지 효과로 부작용을 최소화하고 효능은 극대화할 수 있어, 유전자 가위 기술이 가지는 무한한 가능성을 활용할 경우 기존 약물로는 극복하기 어려운 난치·불치성 질환을 치료할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.윤태종 교수는 지난 20여 년간 다양한 바이오 물질을 효과적으로 세포나 조직에 전달할 수 있는 나노 소재를 연구해온 전문가다. 최근에는 유전자 가위 기술의 한계로 지적되어 온 ▲낮은 체내 안정성과 세포 침투율 ▲국부 치료가 불가능하다는 문제점 등을 극복하고자 나노 기술을 접목하는 연구에 집중해 왔다.
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- 작성자연구팀
- 작성일2020-01-21
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- 작성일2020-01-21
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우리 학교 서형탁 교수 연구팀이 태양광을 이용한 친환경 수소 생산에 활용될 수 있는 기반 기술을 개발했다. 수소는 대표적 청정 연료로 차세대 에너지원으로 주목받고 있으며, 최근 전기나 태양광을 이용해 수소를 생산하는 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 서형탁(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과, 사진) 교수팀은 물 분해 수소 생산 효율과 내구성이 크게 향상된 실리콘 기반의 태양광전기화학 광음극을 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 관련된 내용은 화공 촉매 분야의 저명 국제 학술지인 12월24일자 온라인 최신호에 소개됐다. 우리 학교 샨카라 칼라누르(Shankara S. Kalanur) 교수와 박사과정의 유일한 연구원이 함께 참여했다.수소는 수소 연료 전지에 적용되어, 연료 사용 후 물이 배출되는 대표적 청정 연료원이다. 이에 수소는 수소전기차 뿐 아니라 발전과 에너지 저장 등 산업 전반으로 활용 영역이 확장되고 있다. 수소의 생산은 화석연료의 구조를 변화시키는(개질) 방식으로 주로 이루어지고 있으나, 수소 생산 중량의 9배가 넘는 이산화탄소도 함께 배출되는 점이 한계로 지적되어 왔다. 이에 최근 전기나 태양광을 이용하는 광·전기 화학적 물 분해 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 서형탁 교수팀이 개발한 기술은 실리콘 기반의 태양광 전기화학 광음극으로, 반도체 소자나 태양전지에 널리 쓰이는 실리콘 및 산화물 적층 구조를 활용했다. 실리콘은 이미 태양전지에 널리 활용되는 소재이지만, 물 분해와 같은 전해질 수용액 환경에서는 효율이 떨어지고 쉽게 부식되어 사용이 어려웠다.서 교수는 “최근 전기나 태양광을 활용하는 광·전기 화학적 물 분해 기술 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존 화석 연료 개질 방식에 비해 생산 효율이 매우 낮다는 문제가 남아 있었다”며 “하지만 이번 연구에서 저가이며 범용 소재인 실리콘과 몰리브덴 산화물 박막 적층 구조를 광음극으로 적용해 표면에서 수소를 직접 생산해내는데 성공했다”고 말했다.이 기술의 핵심은 태양광이 반도체 광전극에 입사할 때 생성된 전하를 이용해 물을 분해하는 것이다. 기존 연구에서는 광전기 물 분해 전극 중 주로 양극에서 빛을 흡수하는 광양극에 대한 연구가 진행되어 왔으나 서 교수팀은 광음극에 주목했다.연구팀은 물 분해 같은 전해질 수용액 환경에서 쉽게 부식되고 효율이 떨어지는 실리콘의 단점을 극복하기 위해, 표면 전위를 제어해 태양광에 의해 형성된 광전하를 정확한 방향으로 분리하는데 성공했다. 또 산화물을 화학적으로 안정된 실리콘 보호막으로도 활용, 전해질 용액에 의한 부식을 획기적으로 개선했다. 서형탁 교수는 “실리콘 표면에 증착된 몰리브덴 산화물 박막의 정밀 조성 최적화 핵심 원천기술을 확보했다”며 “이에 실리콘 단일 소재 광음극 대비 광전류 효율은 6배, 12시간 연속 수소 생산 전극 내구성은 8배 개선할 수 있었다”고 전했다.연구팀은 앞으로 태양광 에너지만을 이용한 자가 전력 물분해 수소 생산의 실용화 기술 개발을 위해 연구를 이어갈 계획이다. 이번 연구는 한국연구재단의 이공학 기초 연구 지원사업(기본연구 및 중견연구자 지원사업)의 지원을 받아 진행됐다.
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- 작성자연구팀
- 작성일2019-12-30
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- 작성자연구팀
- 작성일2019-12-16
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- 작성자최진구
- 작성일2019-11-20
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