피한방울로 치매진행과정 한눈에 -신규 바이오마커 발굴로 진단 뿐 아니라 증상 변화 관찰까지 가능 -KIST 개방형 연구사업 첫 결실, 치매진단기술 곧 상용화 알츠하이머 치매는 아직까지 진단과 치료가 불가능한 사망률 100%의 퇴행성 뇌질환이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 김영수 박사 연구팀이 간단한 혈액 검사를 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만 아니라 질병의 악화나 치료과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발하였다. 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질과 치매로 인해 발생하는 면역체계이상 단백질인 인터루킨을 동시에 혈액에서 측정하는 방식이다. 이를 통해 정상인과 환자간 구분 뿐만 아니라, 환자들의 증상 차이나 치료 예후도 알아 낼 수 있을 것으로 보인다. 이미 국내외 대형 병원과의 임상실험을 성공적으로 수행해 온 KIST 연구팀은 이번 연구 성과를 계기로 쉽고 빠르며 보다 정밀하게 치매 진단이 가능해 관련기술을 조만간 상용화할 계획이다. KIST 뇌과학연구소 김영수 박사팀은 1년전 혈액 속 베타아밀로이드 측정으로 치매를 진단할 수 있다는 병리학적 근거를 세계최초로 제시한 바 있다. 그 동안 임상 검증 연구에 집중해 온 연구팀은 맞춤형 의료 구현을 위해 치매 환자들의 예후 관찰법의 필요성을 느끼고 신규 바이오마커 연구를 병행해왔다. 치매는 인지 증상만으로는 환자의 병리학적 상태를 정의하기가 어렵다. 뇌발달에 의해 뇌기능이 일정 수준 보완되고 고학력자일수록 증상이 늦게 나타나기 때문인데 그렇다고 해서 뇌세포 파괴와 사망시기가 늦춰지는 것은 아니다. 객관적인 병리학적 정보를 혈액 검사를 통해 얻을 수 있다면 환자 맞춤형 치료법의 개발이 가능해진다. 연구팀은 치매 환자와 동일한 병리학적 변화를 나타내는 유전자 변형 생쥐의 혈액 내 면역계 단백질 변화에 주목했다. 알츠하이머성 치매 환자의 면역체계에 이상이 발생하고 베타아밀로이드 축적에 영향을 미친다는 최신 임상 보고(미국 인디아나 의과대학)에 착안한 것이다. 유전자 변형 생쥐의 치매가 악화 될수록 면역계 내장기관인 비장에 이상이 생긴다는 것을 확인하고 혈액을 뽑아 23종 면역계 단백질의 동정을 관찰했다. 그 결과 치매 초기부터 혈액 내 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 정상 생쥐에 비해 감소되어있고 말기로 갈수록 저하 현상이 심해진다는 사실을 확인했다. KIST 김영수 박사는 “본 연구는 혈액 검사라는 쉬운 시험법을 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만이 아니라 질환의 예후 관찰 또한 가능하다는 이론적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다”며, “현재 100 여명 이상의 환자 혈액을 대상으로 한 임상 연구가 매우 성공적이고, 조만간 치매진단기술 상용화를 통해 고령화 사회의 심각한 사회문제로 대두되고 있는 치매해결에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대된다.”고 말했다. KIST는 치매 혈액 진단용 나노바이오 센서 시스템(황교선 박사)을 개발하여 국내외 대형 병원과 현재 성공적으로 임상 검증 연구를 수행 중이며 연내 기술이전을 통한 상용화를 목표로 하고 있다. 이 기술이 상용화 되면 누구나 편리하게 혈액검진으로 치매를 조기에 진단할 수 있고, 또한 질병 조기 발견을 통하여 병이 중증으로 진행되는 것을 최대한 지연시킴으로 환자가 인간다운 삶을 더욱 길게 누리게 할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 치매환자군 분류를 가능하게 하여 치료 신약 개발연구에 기여를 할 수 있다는 점이다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 개방형 연구사업 알츠하이머 치매 혈액 진단 시스템 개발(단장 김태송, Dennis Choi) 과제로 진행되었다. KIST는 국가적 사회현안문제해결 및 신산업 창출을 위한 개방형 연구사업(Open Research Program)을 2013년부터 수행하고 있다. 연구 결과는 ‘Scientific Reports’ 10월호에 ‘Abnormalities of plasma cytokines and spleen in senile APP/PS1/Tau transgenic mouse model’라는 제목으로 10월 27일자 온라인 판에 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 베타아밀로이드 검출 뇌척수액 및 혈액 검사 치매가 악화 될수록 혈중 베타아밀로이드 농도가 감소함. <그림 2> 치매 악화에 따른 면역계 내장 기관 이상 생쥐모델에서 치매초기부터 면역계 내장 기관인 비장의 조직이 파괴되고(좌) 비장종대 현상이 나타남. <그림 3> 혈액 내 면역계 단백질 동정 관찰 혈액 내 23종의 면역계 단백질(사이토카인)을 분석한 결과 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 치매 초기부터 정상 생쥐에 비해 감소현상을 보임.

피한방울로 치매진행과정 한눈에 -신규 바이오마커 발굴로 진단 뿐 아니라 증상 변화 관찰까지 가능 -KIST 개방형 연구사업 첫 결실, 치매진단기술 곧 상용화 알츠하이머 치매는 아직까지 진단과 치료가 불가능한 사망률 100%의 퇴행성 뇌질환이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 김영수 박사 연구팀이 간단한 혈액 검사를 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만 아니라 질병의 악화나 치료과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발하였다. 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질과 치매로 인해 발생하는 면역체계이상 단백질인 인터루킨을 동시에 혈액에서 측정하는 방식이다. 이를 통해 정상인과 환자간 구분 뿐만 아니라, 환자들의 증상 차이나 치료 예후도 알아 낼 수 있을 것으로 보인다. 이미 국내외 대형 병원과의 임상실험을 성공적으로 수행해 온 KIST 연구팀은 이번 연구 성과를 계기로 쉽고 빠르며 보다 정밀하게 치매 진단이 가능해 관련기술을 조만간 상용화할 계획이다. KIST 뇌과학연구소 김영수 박사팀은 1년전 혈액 속 베타아밀로이드 측정으로 치매를 진단할 수 있다는 병리학적 근거를 세계최초로 제시한 바 있다. 그 동안 임상 검증 연구에 집중해 온 연구팀은 맞춤형 의료 구현을 위해 치매 환자들의 예후 관찰법의 필요성을 느끼고 신규 바이오마커 연구를 병행해왔다. 치매는 인지 증상만으로는 환자의 병리학적 상태를 정의하기가 어렵다. 뇌발달에 의해 뇌기능이 일정 수준 보완되고 고학력자일수록 증상이 늦게 나타나기 때문인데 그렇다고 해서 뇌세포 파괴와 사망시기가 늦춰지는 것은 아니다. 객관적인 병리학적 정보를 혈액 검사를 통해 얻을 수 있다면 환자 맞춤형 치료법의 개발이 가능해진다. 연구팀은 치매 환자와 동일한 병리학적 변화를 나타내는 유전자 변형 생쥐의 혈액 내 면역계 단백질 변화에 주목했다. 알츠하이머성 치매 환자의 면역체계에 이상이 발생하고 베타아밀로이드 축적에 영향을 미친다는 최신 임상 보고(미국 인디아나 의과대학)에 착안한 것이다. 유전자 변형 생쥐의 치매가 악화 될수록 면역계 내장기관인 비장에 이상이 생긴다는 것을 확인하고 혈액을 뽑아 23종 면역계 단백질의 동정을 관찰했다. 그 결과 치매 초기부터 혈액 내 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 정상 생쥐에 비해 감소되어있고 말기로 갈수록 저하 현상이 심해진다는 사실을 확인했다. KIST 김영수 박사는 “본 연구는 혈액 검사라는 쉬운 시험법을 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만이 아니라 질환의 예후 관찰 또한 가능하다는 이론적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다”며, “현재 100 여명 이상의 환자 혈액을 대상으로 한 임상 연구가 매우 성공적이고, 조만간 치매진단기술 상용화를 통해 고령화 사회의 심각한 사회문제로 대두되고 있는 치매해결에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대된다.”고 말했다. KIST는 치매 혈액 진단용 나노바이오 센서 시스템(황교선 박사)을 개발하여 국내외 대형 병원과 현재 성공적으로 임상 검증 연구를 수행 중이며 연내 기술이전을 통한 상용화를 목표로 하고 있다. 이 기술이 상용화 되면 누구나 편리하게 혈액검진으로 치매를 조기에 진단할 수 있고, 또한 질병 조기 발견을 통하여 병이 중증으로 진행되는 것을 최대한 지연시킴으로 환자가 인간다운 삶을 더욱 길게 누리게 할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 치매환자군 분류를 가능하게 하여 치료 신약 개발연구에 기여를 할 수 있다는 점이다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 개방형 연구사업 알츠하이머 치매 혈액 진단 시스템 개발(단장 김태송, Dennis Choi) 과제로 진행되었다. KIST는 국가적 사회현안문제해결 및 신산업 창출을 위한 개방형 연구사업(Open Research Program)을 2013년부터 수행하고 있다. 연구 결과는 ‘Scientific Reports’ 10월호에 ‘Abnormalities of plasma cytokines and spleen in senile APP/PS1/Tau transgenic mouse model’라는 제목으로 10월 27일자 온라인 판에 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 베타아밀로이드 검출 뇌척수액 및 혈액 검사 치매가 악화 될수록 혈중 베타아밀로이드 농도가 감소함. <그림 2> 치매 악화에 따른 면역계 내장 기관 이상 생쥐모델에서 치매초기부터 면역계 내장 기관인 비장의 조직이 파괴되고(좌) 비장종대 현상이 나타남. <그림 3> 혈액 내 면역계 단백질 동정 관찰 혈액 내 23종의 면역계 단백질(사이토카인)을 분석한 결과 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 치매 초기부터 정상 생쥐에 비해 감소현상을 보임.

피한방울로 치매진행과정 한눈에 -신규 바이오마커 발굴로 진단 뿐 아니라 증상 변화 관찰까지 가능 -KIST 개방형 연구사업 첫 결실, 치매진단기술 곧 상용화 알츠하이머 치매는 아직까지 진단과 치료가 불가능한 사망률 100%의 퇴행성 뇌질환이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 김영수 박사 연구팀이 간단한 혈액 검사를 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만 아니라 질병의 악화나 치료과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발하였다. 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질과 치매로 인해 발생하는 면역체계이상 단백질인 인터루킨을 동시에 혈액에서 측정하는 방식이다. 이를 통해 정상인과 환자간 구분 뿐만 아니라, 환자들의 증상 차이나 치료 예후도 알아 낼 수 있을 것으로 보인다. 이미 국내외 대형 병원과의 임상실험을 성공적으로 수행해 온 KIST 연구팀은 이번 연구 성과를 계기로 쉽고 빠르며 보다 정밀하게 치매 진단이 가능해 관련기술을 조만간 상용화할 계획이다. KIST 뇌과학연구소 김영수 박사팀은 1년전 혈액 속 베타아밀로이드 측정으로 치매를 진단할 수 있다는 병리학적 근거를 세계최초로 제시한 바 있다. 그 동안 임상 검증 연구에 집중해 온 연구팀은 맞춤형 의료 구현을 위해 치매 환자들의 예후 관찰법의 필요성을 느끼고 신규 바이오마커 연구를 병행해왔다. 치매는 인지 증상만으로는 환자의 병리학적 상태를 정의하기가 어렵다. 뇌발달에 의해 뇌기능이 일정 수준 보완되고 고학력자일수록 증상이 늦게 나타나기 때문인데 그렇다고 해서 뇌세포 파괴와 사망시기가 늦춰지는 것은 아니다. 객관적인 병리학적 정보를 혈액 검사를 통해 얻을 수 있다면 환자 맞춤형 치료법의 개발이 가능해진다. 연구팀은 치매 환자와 동일한 병리학적 변화를 나타내는 유전자 변형 생쥐의 혈액 내 면역계 단백질 변화에 주목했다. 알츠하이머성 치매 환자의 면역체계에 이상이 발생하고 베타아밀로이드 축적에 영향을 미친다는 최신 임상 보고(미국 인디아나 의과대학)에 착안한 것이다. 유전자 변형 생쥐의 치매가 악화 될수록 면역계 내장기관인 비장에 이상이 생긴다는 것을 확인하고 혈액을 뽑아 23종 면역계 단백질의 동정을 관찰했다. 그 결과 치매 초기부터 혈액 내 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 정상 생쥐에 비해 감소되어있고 말기로 갈수록 저하 현상이 심해진다는 사실을 확인했다. KIST 김영수 박사는 “본 연구는 혈액 검사라는 쉬운 시험법을 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만이 아니라 질환의 예후 관찰 또한 가능하다는 이론적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다”며, “현재 100 여명 이상의 환자 혈액을 대상으로 한 임상 연구가 매우 성공적이고, 조만간 치매진단기술 상용화를 통해 고령화 사회의 심각한 사회문제로 대두되고 있는 치매해결에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대된다.”고 말했다. KIST는 치매 혈액 진단용 나노바이오 센서 시스템(황교선 박사)을 개발하여 국내외 대형 병원과 현재 성공적으로 임상 검증 연구를 수행 중이며 연내 기술이전을 통한 상용화를 목표로 하고 있다. 이 기술이 상용화 되면 누구나 편리하게 혈액검진으로 치매를 조기에 진단할 수 있고, 또한 질병 조기 발견을 통하여 병이 중증으로 진행되는 것을 최대한 지연시킴으로 환자가 인간다운 삶을 더욱 길게 누리게 할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 치매환자군 분류를 가능하게 하여 치료 신약 개발연구에 기여를 할 수 있다는 점이다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 개방형 연구사업 알츠하이머 치매 혈액 진단 시스템 개발(단장 김태송, Dennis Choi) 과제로 진행되었다. KIST는 국가적 사회현안문제해결 및 신산업 창출을 위한 개방형 연구사업(Open Research Program)을 2013년부터 수행하고 있다. 연구 결과는 ‘Scientific Reports’ 10월호에 ‘Abnormalities of plasma cytokines and spleen in senile APP/PS1/Tau transgenic mouse model’라는 제목으로 10월 27일자 온라인 판에 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 베타아밀로이드 검출 뇌척수액 및 혈액 검사 치매가 악화 될수록 혈중 베타아밀로이드 농도가 감소함. <그림 2> 치매 악화에 따른 면역계 내장 기관 이상 생쥐모델에서 치매초기부터 면역계 내장 기관인 비장의 조직이 파괴되고(좌) 비장종대 현상이 나타남. <그림 3> 혈액 내 면역계 단백질 동정 관찰 혈액 내 23종의 면역계 단백질(사이토카인)을 분석한 결과 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 치매 초기부터 정상 생쥐에 비해 감소현상을 보임.

피한방울로 치매진행과정 한눈에 -신규 바이오마커 발굴로 진단 뿐 아니라 증상 변화 관찰까지 가능 -KIST 개방형 연구사업 첫 결실, 치매진단기술 곧 상용화 알츠하이머 치매는 아직까지 진단과 치료가 불가능한 사망률 100%의 퇴행성 뇌질환이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 김영수 박사 연구팀이 간단한 혈액 검사를 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만 아니라 질병의 악화나 치료과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발하였다. 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질과 치매로 인해 발생하는 면역체계이상 단백질인 인터루킨을 동시에 혈액에서 측정하는 방식이다. 이를 통해 정상인과 환자간 구분 뿐만 아니라, 환자들의 증상 차이나 치료 예후도 알아 낼 수 있을 것으로 보인다. 이미 국내외 대형 병원과의 임상실험을 성공적으로 수행해 온 KIST 연구팀은 이번 연구 성과를 계기로 쉽고 빠르며 보다 정밀하게 치매 진단이 가능해 관련기술을 조만간 상용화할 계획이다. KIST 뇌과학연구소 김영수 박사팀은 1년전 혈액 속 베타아밀로이드 측정으로 치매를 진단할 수 있다는 병리학적 근거를 세계최초로 제시한 바 있다. 그 동안 임상 검증 연구에 집중해 온 연구팀은 맞춤형 의료 구현을 위해 치매 환자들의 예후 관찰법의 필요성을 느끼고 신규 바이오마커 연구를 병행해왔다. 치매는 인지 증상만으로는 환자의 병리학적 상태를 정의하기가 어렵다. 뇌발달에 의해 뇌기능이 일정 수준 보완되고 고학력자일수록 증상이 늦게 나타나기 때문인데 그렇다고 해서 뇌세포 파괴와 사망시기가 늦춰지는 것은 아니다. 객관적인 병리학적 정보를 혈액 검사를 통해 얻을 수 있다면 환자 맞춤형 치료법의 개발이 가능해진다. 연구팀은 치매 환자와 동일한 병리학적 변화를 나타내는 유전자 변형 생쥐의 혈액 내 면역계 단백질 변화에 주목했다. 알츠하이머성 치매 환자의 면역체계에 이상이 발생하고 베타아밀로이드 축적에 영향을 미친다는 최신 임상 보고(미국 인디아나 의과대학)에 착안한 것이다. 유전자 변형 생쥐의 치매가 악화 될수록 면역계 내장기관인 비장에 이상이 생긴다는 것을 확인하고 혈액을 뽑아 23종 면역계 단백질의 동정을 관찰했다. 그 결과 치매 초기부터 혈액 내 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 정상 생쥐에 비해 감소되어있고 말기로 갈수록 저하 현상이 심해진다는 사실을 확인했다. KIST 김영수 박사는 “본 연구는 혈액 검사라는 쉬운 시험법을 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만이 아니라 질환의 예후 관찰 또한 가능하다는 이론적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다”며, “현재 100 여명 이상의 환자 혈액을 대상으로 한 임상 연구가 매우 성공적이고, 조만간 치매진단기술 상용화를 통해 고령화 사회의 심각한 사회문제로 대두되고 있는 치매해결에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대된다.”고 말했다. KIST는 치매 혈액 진단용 나노바이오 센서 시스템(황교선 박사)을 개발하여 국내외 대형 병원과 현재 성공적으로 임상 검증 연구를 수행 중이며 연내 기술이전을 통한 상용화를 목표로 하고 있다. 이 기술이 상용화 되면 누구나 편리하게 혈액검진으로 치매를 조기에 진단할 수 있고, 또한 질병 조기 발견을 통하여 병이 중증으로 진행되는 것을 최대한 지연시킴으로 환자가 인간다운 삶을 더욱 길게 누리게 할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 치매환자군 분류를 가능하게 하여 치료 신약 개발연구에 기여를 할 수 있다는 점이다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 개방형 연구사업 알츠하이머 치매 혈액 진단 시스템 개발(단장 김태송, Dennis Choi) 과제로 진행되었다. KIST는 국가적 사회현안문제해결 및 신산업 창출을 위한 개방형 연구사업(Open Research Program)을 2013년부터 수행하고 있다. 연구 결과는 ‘Scientific Reports’ 10월호에 ‘Abnormalities of plasma cytokines and spleen in senile APP/PS1/Tau transgenic mouse model’라는 제목으로 10월 27일자 온라인 판에 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 베타아밀로이드 검출 뇌척수액 및 혈액 검사 치매가 악화 될수록 혈중 베타아밀로이드 농도가 감소함. <그림 2> 치매 악화에 따른 면역계 내장 기관 이상 생쥐모델에서 치매초기부터 면역계 내장 기관인 비장의 조직이 파괴되고(좌) 비장종대 현상이 나타남. <그림 3> 혈액 내 면역계 단백질 동정 관찰 혈액 내 23종의 면역계 단백질(사이토카인)을 분석한 결과 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 치매 초기부터 정상 생쥐에 비해 감소현상을 보임.

피한방울로 치매진행과정 한눈에 -신규 바이오마커 발굴로 진단 뿐 아니라 증상 변화 관찰까지 가능 -KIST 개방형 연구사업 첫 결실, 치매진단기술 곧 상용화 알츠하이머 치매는 아직까지 진단과 치료가 불가능한 사망률 100%의 퇴행성 뇌질환이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 김영수 박사 연구팀이 간단한 혈액 검사를 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만 아니라 질병의 악화나 치료과정을 관찰할 수 있는 기술을 개발하였다. 치매의 원인인 베타아밀로이드 단백질과 치매로 인해 발생하는 면역체계이상 단백질인 인터루킨을 동시에 혈액에서 측정하는 방식이다. 이를 통해 정상인과 환자간 구분 뿐만 아니라, 환자들의 증상 차이나 치료 예후도 알아 낼 수 있을 것으로 보인다. 이미 국내외 대형 병원과의 임상실험을 성공적으로 수행해 온 KIST 연구팀은 이번 연구 성과를 계기로 쉽고 빠르며 보다 정밀하게 치매 진단이 가능해 관련기술을 조만간 상용화할 계획이다. KIST 뇌과학연구소 김영수 박사팀은 1년전 혈액 속 베타아밀로이드 측정으로 치매를 진단할 수 있다는 병리학적 근거를 세계최초로 제시한 바 있다. 그 동안 임상 검증 연구에 집중해 온 연구팀은 맞춤형 의료 구현을 위해 치매 환자들의 예후 관찰법의 필요성을 느끼고 신규 바이오마커 연구를 병행해왔다. 치매는 인지 증상만으로는 환자의 병리학적 상태를 정의하기가 어렵다. 뇌발달에 의해 뇌기능이 일정 수준 보완되고 고학력자일수록 증상이 늦게 나타나기 때문인데 그렇다고 해서 뇌세포 파괴와 사망시기가 늦춰지는 것은 아니다. 객관적인 병리학적 정보를 혈액 검사를 통해 얻을 수 있다면 환자 맞춤형 치료법의 개발이 가능해진다. 연구팀은 치매 환자와 동일한 병리학적 변화를 나타내는 유전자 변형 생쥐의 혈액 내 면역계 단백질 변화에 주목했다. 알츠하이머성 치매 환자의 면역체계에 이상이 발생하고 베타아밀로이드 축적에 영향을 미친다는 최신 임상 보고(미국 인디아나 의과대학)에 착안한 것이다. 유전자 변형 생쥐의 치매가 악화 될수록 면역계 내장기관인 비장에 이상이 생긴다는 것을 확인하고 혈액을 뽑아 23종 면역계 단백질의 동정을 관찰했다. 그 결과 치매 초기부터 혈액 내 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 정상 생쥐에 비해 감소되어있고 말기로 갈수록 저하 현상이 심해진다는 사실을 확인했다. KIST 김영수 박사는 “본 연구는 혈액 검사라는 쉬운 시험법을 통해 알츠하이머 치매의 진단 뿐만이 아니라 질환의 예후 관찰 또한 가능하다는 이론적 토대를 마련했다는 데 의미가 있다”며, “현재 100 여명 이상의 환자 혈액을 대상으로 한 임상 연구가 매우 성공적이고, 조만간 치매진단기술 상용화를 통해 고령화 사회의 심각한 사회문제로 대두되고 있는 치매해결에 한 걸음 더 다가갈 것으로 기대된다.”고 말했다. KIST는 치매 혈액 진단용 나노바이오 센서 시스템(황교선 박사)을 개발하여 국내외 대형 병원과 현재 성공적으로 임상 검증 연구를 수행 중이며 연내 기술이전을 통한 상용화를 목표로 하고 있다. 이 기술이 상용화 되면 누구나 편리하게 혈액검진으로 치매를 조기에 진단할 수 있고, 또한 질병 조기 발견을 통하여 병이 중증으로 진행되는 것을 최대한 지연시킴으로 환자가 인간다운 삶을 더욱 길게 누리게 할 수 있다. 무엇보다 중요한 것은 치매환자군 분류를 가능하게 하여 치료 신약 개발연구에 기여를 할 수 있다는 점이다. 본 연구는 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 개방형 연구사업 알츠하이머 치매 혈액 진단 시스템 개발(단장 김태송, Dennis Choi) 과제로 진행되었다. KIST는 국가적 사회현안문제해결 및 신산업 창출을 위한 개방형 연구사업(Open Research Program)을 2013년부터 수행하고 있다. 연구 결과는 ‘Scientific Reports’ 10월호에 ‘Abnormalities of plasma cytokines and spleen in senile APP/PS1/Tau transgenic mouse model’라는 제목으로 10월 27일자 온라인 판에 게재되었다. <그림자료> <그림 1> 베타아밀로이드 검출 뇌척수액 및 혈액 검사 치매가 악화 될수록 혈중 베타아밀로이드 농도가 감소함. <그림 2> 치매 악화에 따른 면역계 내장 기관 이상 생쥐모델에서 치매초기부터 면역계 내장 기관인 비장의 조직이 파괴되고(좌) 비장종대 현상이 나타남. <그림 3> 혈액 내 면역계 단백질 동정 관찰 혈액 내 23종의 면역계 단백질(사이토카인)을 분석한 결과 인터루킨-3(IL-3)의 농도가 치매 초기부터 정상 생쥐에 비해 감소현상을 보임.

광복70년 기념 과학기술 대표성과 70선 사례집 -연구개발우수성과 70선

조직재생을 촉진하는 신개념 금속임플란트 개발 - 배터리 기술을 응용하여 금속이 혈관 생성을 촉진 - 기존 의료용 금속소재에 쉽게 적용할 수 있어 상용화 가능성 높아 의료용 금속소재는 강도가 우수하고 쉽게 깨지지 않는 고유의 성질을 바탕으로 정형외과, 치과, 심혈관계 등 강도와 안정성이 요구되는 전 분야에 걸쳐 인체 내 이식소재로 사용되고 있으나, 체내에서 생화학적인 활성을 기대하기는 어려웠다. 이를 극복하기 위한 방법으로 생화학적인 활성을 부여할 수 있는 세라믹이나 고분자 코팅 등을 많이 사용하지만 금속과의 결합력이 약하여 의료기기의 내구성과 신뢰성을 저하시킬 수 있는 등 제약이 많다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학 연구소 생체재료연구단 옥명렬 박사 연구팀은 기존의 의료용 금속 소재에 간단한 처리만으로 혈관 형성을 유도하여 조직 재생을 촉진하는 기능을 가지는 신개념 금속 기능화 기반기술을 개발했다. 티타늄이나 코발트-크롬 합금과 같은 의료용 금속 소재는 일반적으로 체내에서의 부식을 막아주는 나노미터 두께의 자연 산화막이나 의도적으로 형성시킨 더 두꺼운 산화막으로 덮여있다. 연구팀은 이들 금속의 산화막이 광촉매반응 또는 전기화학적 촉매반응을 통해 적절한 저농도에서 혈관 생성을 촉진한다고 알려져 있는 활성산소를 만들어낼 수 있음에 착안하여 본 기술을 개발하였다. 체내에는 이들 산화막을 촉매로 사용하는 데에 필요한 광원(光源) 또는 전원(電源)이 없다는 문제가 있다. 연구팀은 KIST 생체재료연구단의 대표 발명품인 몸에서 녹는 금속의 주성분인 마그네슘을 활용하여 이 문제를 해결했다. 즉, 의료용 금속소재와 마그네슘을 접촉시켜 배터리와 같은 구조를 만들면 마그네슘의 부식반응으로 생성된 전자가 도체인 의료용 금속 소재의 표면으로 확산되고 산화막 표면에서 산소를 환원시켜 활성산소를 만들어 낼 수 있다는 것이다. 연구팀은 산화막의 두께, 마그네슘과 의료용 금속 소재의 표면적 비율과 같은 재료과학적인 인자를 조절하여 활성산소의 생성 속도를 제어했다. 활성산소의 농도를 조절시켜 가면서 활성산소의 독성은 나타나지 않으면서도 혈관내벽세포는 활성화시키는 최적의 농도를 찾았다. 이를 통해 혈관 생성 촉진을 통한 조직 재생 유도형 의료용 금속의 개발이 가능하다는 것을 세포실험을 통해 확인하였다. 특히, 가능성의 검증에서 멈추지 않고 개발 기술의 상용화를 목표로 정형외과 및 치과에서 많이 사용하는 나사 형태의 시작품을 개발하였다. 이렇게 만들어진 시작품에서도 충분한 농도의 활성산소가 발생하고 그에 따른 혈관형성 촉진 효과를 세포실험을 통해 확인하였다. 개발된 기술의 장점은 오로지 금속과 그 산화막만으로 이루어진 기술이므로 금속 의료기기의 강도를 손상시키지 않고 코팅층의 박리와 같은 신뢰성 관련 문제가 발생하지 않는다는 점이다. 또한 새로운 재료의 개발 없이 기존에 널리 사용되는 의료용 금속소재간의 간단한 조합을 통해 개발한 기술인만큼 제품 인허가에 소요되는 시간을 단축하여 실용화 할 수 있으며 기존 시장 전체를 공략 대상으로 할 수 있다는 장점이 있다. 옥명렬 박사는 “본 기술은 KIST의 금속공학, 촉매화학, 전기화학, 조직공학, 나노공학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 개발한 융합기술로 특히 고대병원과의 협력을 통해 상용화를 위한 개발 방향 설정이 가능하였다. 간단한 추가 공정을 통해 기존의 거의 모든 금속 의료기기에 직간접적으로 적용될 수 있어 상용화 되면 경제적 파급효과가 클 것이다.”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 의공학연구소 미래원천 연구사업과 플래그쉽 연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 독일에서 발행되는 화학 분야의 세계적 학술지인 앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition) 10월 20일자 온라인판에 게재되었다. * (논문명) Magnesium corrosion triggered spontaneous generation of H2O2 on oxidized titanium for promoting angiogenesis - (제1저자) 한국과학기술연구원 박지민 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 옥명렬 선임연구원 <그림자료> <그림 1> 일차전지 반응을 이용한 활성산소 생성에 대한 개념도. 광원이나 전기 에너지와 같은 외부 자극 없이 오로지 마그네슘의 부식을 통해서 자발적으로 전자와 활성산소를 발생시키는 원리에 대한 설명 (좌). 마그네슘의 산화과정을 통해 만들어진 전자가 티타늄 쪽으로 이동하여, 티타늄 주변의 산소를 환원시켜 과산화수소를 만들게된다 (우) <그림2> 개발된 조직재생용 임플란트 내 활성산소 생성의 전기화학적 평가. 티타늄 주변에서 자발적으로 과산화수소가 발생하는 것을 다양한 전기화학 방법을 통하여서 확인하였음. 특히나 질소가 포화된 용액과 산소가 포화된 용액에서의 특성을 비교함으로써, 활성산소 생성을 확인할 수 있었음. <그림3> 개발된 조직재생용 임플란트에서 발생되는 과산화수소의 농도를 혈관내피세포 배지와 생체유사용액에서 측정. (위) 측정된 농도 데이터를 기반으로, 혈관 내피세포에 임플란트를 30분 동안 도입한 결과, 성장인자가 없음에도 불구하고 현저하게 많은 혈관 네트워크가 생성됨을 확인함. 실제로, 임플란트를 도입하지 않고, 성장인자가 없는 경우 (negative control) 거의 혈관 네트워크가 생성되지 않는 것을 확인할 수 있음. 이는 본 임플란트 기술이 성장인자 없이도 혈관생성을 유도할 수 있다는 것을 나타냄. (아래) <그림4> 앞서 이용한 마그네슘과 티타늄을 하나의 형태로 결합한 “일체형” 임플란트 모형. 앞선 결과와 유사하게, 일체형 임플란트에서도 성장인자 없이 혈관 네트워크가 생성되는 것을 확인함. <그림5> 전체 연구 결과의 모식도. 일차 화학전지 기술을 이용하여, 자발적으로 활성산소가 만들어진 마그네슘-티타늄 기반 금속 임플란트를 개발함. 자발적으로 발생된 활성산소는 조직재생에서 중요한 과정 중에 하나인, 혈관신생능력을 향상시키는 것으로 확인됨.

조직재생을 촉진하는 신개념 금속임플란트 개발 - 배터리 기술을 응용하여 금속이 혈관 생성을 촉진 - 기존 의료용 금속소재에 쉽게 적용할 수 있어 상용화 가능성 높아 의료용 금속소재는 강도가 우수하고 쉽게 깨지지 않는 고유의 성질을 바탕으로 정형외과, 치과, 심혈관계 등 강도와 안정성이 요구되는 전 분야에 걸쳐 인체 내 이식소재로 사용되고 있으나, 체내에서 생화학적인 활성을 기대하기는 어려웠다. 이를 극복하기 위한 방법으로 생화학적인 활성을 부여할 수 있는 세라믹이나 고분자 코팅 등을 많이 사용하지만 금속과의 결합력이 약하여 의료기기의 내구성과 신뢰성을 저하시킬 수 있는 등 제약이 많다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학 연구소 생체재료연구단 옥명렬 박사 연구팀은 기존의 의료용 금속 소재에 간단한 처리만으로 혈관 형성을 유도하여 조직 재생을 촉진하는 기능을 가지는 신개념 금속 기능화 기반기술을 개발했다. 티타늄이나 코발트-크롬 합금과 같은 의료용 금속 소재는 일반적으로 체내에서의 부식을 막아주는 나노미터 두께의 자연 산화막이나 의도적으로 형성시킨 더 두꺼운 산화막으로 덮여있다. 연구팀은 이들 금속의 산화막이 광촉매반응 또는 전기화학적 촉매반응을 통해 적절한 저농도에서 혈관 생성을 촉진한다고 알려져 있는 활성산소를 만들어낼 수 있음에 착안하여 본 기술을 개발하였다. 체내에는 이들 산화막을 촉매로 사용하는 데에 필요한 광원(光源) 또는 전원(電源)이 없다는 문제가 있다. 연구팀은 KIST 생체재료연구단의 대표 발명품인 몸에서 녹는 금속의 주성분인 마그네슘을 활용하여 이 문제를 해결했다. 즉, 의료용 금속소재와 마그네슘을 접촉시켜 배터리와 같은 구조를 만들면 마그네슘의 부식반응으로 생성된 전자가 도체인 의료용 금속 소재의 표면으로 확산되고 산화막 표면에서 산소를 환원시켜 활성산소를 만들어 낼 수 있다는 것이다. 연구팀은 산화막의 두께, 마그네슘과 의료용 금속 소재의 표면적 비율과 같은 재료과학적인 인자를 조절하여 활성산소의 생성 속도를 제어했다. 활성산소의 농도를 조절시켜 가면서 활성산소의 독성은 나타나지 않으면서도 혈관내벽세포는 활성화시키는 최적의 농도를 찾았다. 이를 통해 혈관 생성 촉진을 통한 조직 재생 유도형 의료용 금속의 개발이 가능하다는 것을 세포실험을 통해 확인하였다. 특히, 가능성의 검증에서 멈추지 않고 개발 기술의 상용화를 목표로 정형외과 및 치과에서 많이 사용하는 나사 형태의 시작품을 개발하였다. 이렇게 만들어진 시작품에서도 충분한 농도의 활성산소가 발생하고 그에 따른 혈관형성 촉진 효과를 세포실험을 통해 확인하였다. 개발된 기술의 장점은 오로지 금속과 그 산화막만으로 이루어진 기술이므로 금속 의료기기의 강도를 손상시키지 않고 코팅층의 박리와 같은 신뢰성 관련 문제가 발생하지 않는다는 점이다. 또한 새로운 재료의 개발 없이 기존에 널리 사용되는 의료용 금속소재간의 간단한 조합을 통해 개발한 기술인만큼 제품 인허가에 소요되는 시간을 단축하여 실용화 할 수 있으며 기존 시장 전체를 공략 대상으로 할 수 있다는 장점이 있다. 옥명렬 박사는 “본 기술은 KIST의 금속공학, 촉매화학, 전기화학, 조직공학, 나노공학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 개발한 융합기술로 특히 고대병원과의 협력을 통해 상용화를 위한 개발 방향 설정이 가능하였다. 간단한 추가 공정을 통해 기존의 거의 모든 금속 의료기기에 직간접적으로 적용될 수 있어 상용화 되면 경제적 파급효과가 클 것이다.”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 의공학연구소 미래원천 연구사업과 플래그쉽 연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 독일에서 발행되는 화학 분야의 세계적 학술지인 앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition) 10월 20일자 온라인판에 게재되었다. * (논문명) Magnesium corrosion triggered spontaneous generation of H2O2 on oxidized titanium for promoting angiogenesis - (제1저자) 한국과학기술연구원 박지민 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 옥명렬 선임연구원 <그림자료> <그림 1> 일차전지 반응을 이용한 활성산소 생성에 대한 개념도. 광원이나 전기 에너지와 같은 외부 자극 없이 오로지 마그네슘의 부식을 통해서 자발적으로 전자와 활성산소를 발생시키는 원리에 대한 설명 (좌). 마그네슘의 산화과정을 통해 만들어진 전자가 티타늄 쪽으로 이동하여, 티타늄 주변의 산소를 환원시켜 과산화수소를 만들게된다 (우) <그림2> 개발된 조직재생용 임플란트 내 활성산소 생성의 전기화학적 평가. 티타늄 주변에서 자발적으로 과산화수소가 발생하는 것을 다양한 전기화학 방법을 통하여서 확인하였음. 특히나 질소가 포화된 용액과 산소가 포화된 용액에서의 특성을 비교함으로써, 활성산소 생성을 확인할 수 있었음. <그림3> 개발된 조직재생용 임플란트에서 발생되는 과산화수소의 농도를 혈관내피세포 배지와 생체유사용액에서 측정. (위) 측정된 농도 데이터를 기반으로, 혈관 내피세포에 임플란트를 30분 동안 도입한 결과, 성장인자가 없음에도 불구하고 현저하게 많은 혈관 네트워크가 생성됨을 확인함. 실제로, 임플란트를 도입하지 않고, 성장인자가 없는 경우 (negative control) 거의 혈관 네트워크가 생성되지 않는 것을 확인할 수 있음. 이는 본 임플란트 기술이 성장인자 없이도 혈관생성을 유도할 수 있다는 것을 나타냄. (아래) <그림4> 앞서 이용한 마그네슘과 티타늄을 하나의 형태로 결합한 “일체형” 임플란트 모형. 앞선 결과와 유사하게, 일체형 임플란트에서도 성장인자 없이 혈관 네트워크가 생성되는 것을 확인함. <그림5> 전체 연구 결과의 모식도. 일차 화학전지 기술을 이용하여, 자발적으로 활성산소가 만들어진 마그네슘-티타늄 기반 금속 임플란트를 개발함. 자발적으로 발생된 활성산소는 조직재생에서 중요한 과정 중에 하나인, 혈관신생능력을 향상시키는 것으로 확인됨.

조직재생을 촉진하는 신개념 금속임플란트 개발 - 배터리 기술을 응용하여 금속이 혈관 생성을 촉진 - 기존 의료용 금속소재에 쉽게 적용할 수 있어 상용화 가능성 높아 의료용 금속소재는 강도가 우수하고 쉽게 깨지지 않는 고유의 성질을 바탕으로 정형외과, 치과, 심혈관계 등 강도와 안정성이 요구되는 전 분야에 걸쳐 인체 내 이식소재로 사용되고 있으나, 체내에서 생화학적인 활성을 기대하기는 어려웠다. 이를 극복하기 위한 방법으로 생화학적인 활성을 부여할 수 있는 세라믹이나 고분자 코팅 등을 많이 사용하지만 금속과의 결합력이 약하여 의료기기의 내구성과 신뢰성을 저하시킬 수 있는 등 제약이 많다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학 연구소 생체재료연구단 옥명렬 박사 연구팀은 기존의 의료용 금속 소재에 간단한 처리만으로 혈관 형성을 유도하여 조직 재생을 촉진하는 기능을 가지는 신개념 금속 기능화 기반기술을 개발했다. 티타늄이나 코발트-크롬 합금과 같은 의료용 금속 소재는 일반적으로 체내에서의 부식을 막아주는 나노미터 두께의 자연 산화막이나 의도적으로 형성시킨 더 두꺼운 산화막으로 덮여있다. 연구팀은 이들 금속의 산화막이 광촉매반응 또는 전기화학적 촉매반응을 통해 적절한 저농도에서 혈관 생성을 촉진한다고 알려져 있는 활성산소를 만들어낼 수 있음에 착안하여 본 기술을 개발하였다. 체내에는 이들 산화막을 촉매로 사용하는 데에 필요한 광원(光源) 또는 전원(電源)이 없다는 문제가 있다. 연구팀은 KIST 생체재료연구단의 대표 발명품인 몸에서 녹는 금속의 주성분인 마그네슘을 활용하여 이 문제를 해결했다. 즉, 의료용 금속소재와 마그네슘을 접촉시켜 배터리와 같은 구조를 만들면 마그네슘의 부식반응으로 생성된 전자가 도체인 의료용 금속 소재의 표면으로 확산되고 산화막 표면에서 산소를 환원시켜 활성산소를 만들어 낼 수 있다는 것이다. 연구팀은 산화막의 두께, 마그네슘과 의료용 금속 소재의 표면적 비율과 같은 재료과학적인 인자를 조절하여 활성산소의 생성 속도를 제어했다. 활성산소의 농도를 조절시켜 가면서 활성산소의 독성은 나타나지 않으면서도 혈관내벽세포는 활성화시키는 최적의 농도를 찾았다. 이를 통해 혈관 생성 촉진을 통한 조직 재생 유도형 의료용 금속의 개발이 가능하다는 것을 세포실험을 통해 확인하였다. 특히, 가능성의 검증에서 멈추지 않고 개발 기술의 상용화를 목표로 정형외과 및 치과에서 많이 사용하는 나사 형태의 시작품을 개발하였다. 이렇게 만들어진 시작품에서도 충분한 농도의 활성산소가 발생하고 그에 따른 혈관형성 촉진 효과를 세포실험을 통해 확인하였다. 개발된 기술의 장점은 오로지 금속과 그 산화막만으로 이루어진 기술이므로 금속 의료기기의 강도를 손상시키지 않고 코팅층의 박리와 같은 신뢰성 관련 문제가 발생하지 않는다는 점이다. 또한 새로운 재료의 개발 없이 기존에 널리 사용되는 의료용 금속소재간의 간단한 조합을 통해 개발한 기술인만큼 제품 인허가에 소요되는 시간을 단축하여 실용화 할 수 있으며 기존 시장 전체를 공략 대상으로 할 수 있다는 장점이 있다. 옥명렬 박사는 “본 기술은 KIST의 금속공학, 촉매화학, 전기화학, 조직공학, 나노공학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 개발한 융합기술로 특히 고대병원과의 협력을 통해 상용화를 위한 개발 방향 설정이 가능하였다. 간단한 추가 공정을 통해 기존의 거의 모든 금속 의료기기에 직간접적으로 적용될 수 있어 상용화 되면 경제적 파급효과가 클 것이다.”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 의공학연구소 미래원천 연구사업과 플래그쉽 연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 독일에서 발행되는 화학 분야의 세계적 학술지인 앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition) 10월 20일자 온라인판에 게재되었다. * (논문명) Magnesium corrosion triggered spontaneous generation of H2O2 on oxidized titanium for promoting angiogenesis - (제1저자) 한국과학기술연구원 박지민 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 옥명렬 선임연구원 <그림자료> <그림 1> 일차전지 반응을 이용한 활성산소 생성에 대한 개념도. 광원이나 전기 에너지와 같은 외부 자극 없이 오로지 마그네슘의 부식을 통해서 자발적으로 전자와 활성산소를 발생시키는 원리에 대한 설명 (좌). 마그네슘의 산화과정을 통해 만들어진 전자가 티타늄 쪽으로 이동하여, 티타늄 주변의 산소를 환원시켜 과산화수소를 만들게된다 (우) <그림2> 개발된 조직재생용 임플란트 내 활성산소 생성의 전기화학적 평가. 티타늄 주변에서 자발적으로 과산화수소가 발생하는 것을 다양한 전기화학 방법을 통하여서 확인하였음. 특히나 질소가 포화된 용액과 산소가 포화된 용액에서의 특성을 비교함으로써, 활성산소 생성을 확인할 수 있었음. <그림3> 개발된 조직재생용 임플란트에서 발생되는 과산화수소의 농도를 혈관내피세포 배지와 생체유사용액에서 측정. (위) 측정된 농도 데이터를 기반으로, 혈관 내피세포에 임플란트를 30분 동안 도입한 결과, 성장인자가 없음에도 불구하고 현저하게 많은 혈관 네트워크가 생성됨을 확인함. 실제로, 임플란트를 도입하지 않고, 성장인자가 없는 경우 (negative control) 거의 혈관 네트워크가 생성되지 않는 것을 확인할 수 있음. 이는 본 임플란트 기술이 성장인자 없이도 혈관생성을 유도할 수 있다는 것을 나타냄. (아래) <그림4> 앞서 이용한 마그네슘과 티타늄을 하나의 형태로 결합한 “일체형” 임플란트 모형. 앞선 결과와 유사하게, 일체형 임플란트에서도 성장인자 없이 혈관 네트워크가 생성되는 것을 확인함. <그림5> 전체 연구 결과의 모식도. 일차 화학전지 기술을 이용하여, 자발적으로 활성산소가 만들어진 마그네슘-티타늄 기반 금속 임플란트를 개발함. 자발적으로 발생된 활성산소는 조직재생에서 중요한 과정 중에 하나인, 혈관신생능력을 향상시키는 것으로 확인됨.

조직재생을 촉진하는 신개념 금속임플란트 개발 - 배터리 기술을 응용하여 금속이 혈관 생성을 촉진 - 기존 의료용 금속소재에 쉽게 적용할 수 있어 상용화 가능성 높아 의료용 금속소재는 강도가 우수하고 쉽게 깨지지 않는 고유의 성질을 바탕으로 정형외과, 치과, 심혈관계 등 강도와 안정성이 요구되는 전 분야에 걸쳐 인체 내 이식소재로 사용되고 있으나, 체내에서 생화학적인 활성을 기대하기는 어려웠다. 이를 극복하기 위한 방법으로 생화학적인 활성을 부여할 수 있는 세라믹이나 고분자 코팅 등을 많이 사용하지만 금속과의 결합력이 약하여 의료기기의 내구성과 신뢰성을 저하시킬 수 있는 등 제약이 많다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 의공학 연구소 생체재료연구단 옥명렬 박사 연구팀은 기존의 의료용 금속 소재에 간단한 처리만으로 혈관 형성을 유도하여 조직 재생을 촉진하는 기능을 가지는 신개념 금속 기능화 기반기술을 개발했다. 티타늄이나 코발트-크롬 합금과 같은 의료용 금속 소재는 일반적으로 체내에서의 부식을 막아주는 나노미터 두께의 자연 산화막이나 의도적으로 형성시킨 더 두꺼운 산화막으로 덮여있다. 연구팀은 이들 금속의 산화막이 광촉매반응 또는 전기화학적 촉매반응을 통해 적절한 저농도에서 혈관 생성을 촉진한다고 알려져 있는 활성산소를 만들어낼 수 있음에 착안하여 본 기술을 개발하였다. 체내에는 이들 산화막을 촉매로 사용하는 데에 필요한 광원(光源) 또는 전원(電源)이 없다는 문제가 있다. 연구팀은 KIST 생체재료연구단의 대표 발명품인 몸에서 녹는 금속의 주성분인 마그네슘을 활용하여 이 문제를 해결했다. 즉, 의료용 금속소재와 마그네슘을 접촉시켜 배터리와 같은 구조를 만들면 마그네슘의 부식반응으로 생성된 전자가 도체인 의료용 금속 소재의 표면으로 확산되고 산화막 표면에서 산소를 환원시켜 활성산소를 만들어 낼 수 있다는 것이다. 연구팀은 산화막의 두께, 마그네슘과 의료용 금속 소재의 표면적 비율과 같은 재료과학적인 인자를 조절하여 활성산소의 생성 속도를 제어했다. 활성산소의 농도를 조절시켜 가면서 활성산소의 독성은 나타나지 않으면서도 혈관내벽세포는 활성화시키는 최적의 농도를 찾았다. 이를 통해 혈관 생성 촉진을 통한 조직 재생 유도형 의료용 금속의 개발이 가능하다는 것을 세포실험을 통해 확인하였다. 특히, 가능성의 검증에서 멈추지 않고 개발 기술의 상용화를 목표로 정형외과 및 치과에서 많이 사용하는 나사 형태의 시작품을 개발하였다. 이렇게 만들어진 시작품에서도 충분한 농도의 활성산소가 발생하고 그에 따른 혈관형성 촉진 효과를 세포실험을 통해 확인하였다. 개발된 기술의 장점은 오로지 금속과 그 산화막만으로 이루어진 기술이므로 금속 의료기기의 강도를 손상시키지 않고 코팅층의 박리와 같은 신뢰성 관련 문제가 발생하지 않는다는 점이다. 또한 새로운 재료의 개발 없이 기존에 널리 사용되는 의료용 금속소재간의 간단한 조합을 통해 개발한 기술인만큼 제품 인허가에 소요되는 시간을 단축하여 실용화 할 수 있으며 기존 시장 전체를 공략 대상으로 할 수 있다는 장점이 있다. 옥명렬 박사는 “본 기술은 KIST의 금속공학, 촉매화학, 전기화학, 조직공학, 나노공학 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 개발한 융합기술로 특히 고대병원과의 협력을 통해 상용화를 위한 개발 방향 설정이 가능하였다. 간단한 추가 공정을 통해 기존의 거의 모든 금속 의료기기에 직간접적으로 적용될 수 있어 상용화 되면 경제적 파급효과가 클 것이다.”고 밝혔다. 본 연구는 KIST 의공학연구소 미래원천 연구사업과 플래그쉽 연구사업의 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 독일에서 발행되는 화학 분야의 세계적 학술지인 앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition) 10월 20일자 온라인판에 게재되었다. * (논문명) Magnesium corrosion triggered spontaneous generation of H2O2 on oxidized titanium for promoting angiogenesis - (제1저자) 한국과학기술연구원 박지민 연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 옥명렬 선임연구원 <그림자료> <그림 1> 일차전지 반응을 이용한 활성산소 생성에 대한 개념도. 광원이나 전기 에너지와 같은 외부 자극 없이 오로지 마그네슘의 부식을 통해서 자발적으로 전자와 활성산소를 발생시키는 원리에 대한 설명 (좌). 마그네슘의 산화과정을 통해 만들어진 전자가 티타늄 쪽으로 이동하여, 티타늄 주변의 산소를 환원시켜 과산화수소를 만들게된다 (우) <그림2> 개발된 조직재생용 임플란트 내 활성산소 생성의 전기화학적 평가. 티타늄 주변에서 자발적으로 과산화수소가 발생하는 것을 다양한 전기화학 방법을 통하여서 확인하였음. 특히나 질소가 포화된 용액과 산소가 포화된 용액에서의 특성을 비교함으로써, 활성산소 생성을 확인할 수 있었음. <그림3> 개발된 조직재생용 임플란트에서 발생되는 과산화수소의 농도를 혈관내피세포 배지와 생체유사용액에서 측정. (위) 측정된 농도 데이터를 기반으로, 혈관 내피세포에 임플란트를 30분 동안 도입한 결과, 성장인자가 없음에도 불구하고 현저하게 많은 혈관 네트워크가 생성됨을 확인함. 실제로, 임플란트를 도입하지 않고, 성장인자가 없는 경우 (negative control) 거의 혈관 네트워크가 생성되지 않는 것을 확인할 수 있음. 이는 본 임플란트 기술이 성장인자 없이도 혈관생성을 유도할 수 있다는 것을 나타냄. (아래) <그림4> 앞서 이용한 마그네슘과 티타늄을 하나의 형태로 결합한 “일체형” 임플란트 모형. 앞선 결과와 유사하게, 일체형 임플란트에서도 성장인자 없이 혈관 네트워크가 생성되는 것을 확인함. <그림5> 전체 연구 결과의 모식도. 일차 화학전지 기술을 이용하여, 자발적으로 활성산소가 만들어진 마그네슘-티타늄 기반 금속 임플란트를 개발함. 자발적으로 발생된 활성산소는 조직재생에서 중요한 과정 중에 하나인, 혈관신생능력을 향상시키는 것으로 확인됨.