- 치매DTC융합연구단 배애님 단장, 김윤경 박사,‘이달의 KIST인상’수상 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 28일(금) KIST 서울 성북구 본원에서 우수한 연구업적을 달성한 연구자에게 2020년 2월 ‘이달의 KIST인상’을 수여했다고 밝혔다. KIST 치매DTC융합연구단 배애님 단장(책임연구원), 김윤경 책임연구원은 치매기 개발을 위하여 타우 단백질 응집 저해 기반 치매 치료제의 전임상 후보 물질을 개발했다. 타우 단백질은 알츠하이머성 치매의 주요 원인 중 하나인데, KIST 연구진은 타우 단백질의 응집 초기 단계에서 올리고머 형성을 모니터링할 수 있는 세포모델 및 동물모델을 구축하였다. 이를 활용한 약물 스크리닝과 최적화를 통해 효능과 안전성이 우수한 물질을 도출하였다. KIST는 경쟁력 있는 임상 후보로 개발하기 위해 국내 대형 제약사인 ㈜동아 ST에 기술료 선급금 10억원(개발 및 임상 진행에 따른 마일스톤 책정)으로 기술이전을 하였고, 향후 공동 개발을 통해 전임상 및 임상 연구를 진행하기 위해 공동 연구 개발 협약(MOU, `19.12.11)을 체결했다. 배애님 단장은 의약합성 전공자로서 신규 화합물 설계 및 합성 연구를 수행하였고, 김윤경 박사는 타우 응집 효능 평가를 할 수 있는 시스템 구축 및 약물 효능 평가를 수행하여 상호 긴밀한 협력 연구를 통해 우수한 물질을 도출할 수 있었다. KIST 배애님 단장, 김윤경 박사는 상기 공적을 인정받아 이달의 KIST인상을 공동 수상하는 것으로 최종 선정되었다. 이달의 KIST인상은 연구원의 발전에 가장 창조적, 혁신적으로 기여한 우수 직원을 발굴하여 포상심의위원회 심의를 거쳐 최종 선정된다.

- 치매DTC융합연구단 박기덕 박사,‘이달의 KIST인상’수상 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 30일(월) KIST 서울 성북구 본원에서 우수한 연구업적을 달성한 연구자에게 2020년 3월 ‘이달의 KIST인상’을 수여했다고 밝혔다. KIST 치매DTC융합연구단 박기덕 책임연구원은 근원적 치료약물이 전무한 척수손상과 뇌졸중에 대한 신약 후보물질을 개발했다. 박기덕 박사는 2019년 알츠하이머성 치매환자의 뇌에서 가바(GABA) : 포유류의 중추신경계에 생기는 억제성 신호 전달 물질로써, 반응성 성상교세포에서 가바가 과생성되면 기억력 저하나 인지 장애를 유발한다. 가바(GABA)의 과생성을 억제하는 새로운 치매치료 후보물질인 ‘KDS2010’을 발표한 바 있다.(Science Advances 20 Mar 2019 : Vol. 5, no. 3, eaav0316) KDS2010을 적용할 수 있는 적응증 확대를 위해 척수손상 동물모델을 통해 관찰한 결과, 척수 손상시 가바가 과생성되며 이로 인해 손상된 부위의 신경이 회복되지 않고 영구적으로 손상됨을 확인하였다. 또한, KDS2010에 의해 손상된 척수가 회복됨과 동시에 신경 재생 효능과 치료기전을 규명하였다. 뇌졸중 동물모델에서 약물투여와 함께 병행된 재활 훈련에서도 회복 효능과 치료기전을 확인하였다. KIST는 위 후보물질을 글로벌 신약으로 개발하기 위해 ㈜뉴로바이오젠에 기술료 선급금 2억원(개발 및 임상 진행에 따른 마일스톤 책정)으로 기술이전 하였다. 2020년 상반기 비임상 시험을 완료할 예정이며, 2020년 하반기 임상 진입을 목표하고 있다. KIST 박기덕 박사는 상기 공적을 인정받아 이달의 KIST인상을 수상하게 되었다. 이달의 KIST인상은 연구원의 발전에 가장 창조적, 혁신적으로 기여한 우수 직원을 발굴하여 포상심의위원회 심의를 거쳐 최종 선정된다.

- KIST 김상경 책임연구원,‘이달의 KIST인상’수상 한국과학기술연구원(KIST, 원장 직무대행 윤석진)은 29일(수) KIST 서울 성북구 본원에서 우수한 연구업적을 달성한 연구자에게 2020년 4월 ‘이달의 KIST인상’을 수여했다고 밝혔다. KIST 김상경 책임연구원(분자인식연구센터)은 특허 출원 및 등록 실적을 기반으로 미세입자의 실시간 핵산증폭(Real Time PCR)을 통한 다중 분자진단 개발 기술의 상용화를 이뤘다. 본 기술은 인플루엔자, 코로나 바이러스 등 감염병을 빠르고 정밀하게 진단할 수 있는 유전자 분석 기술이다. KIST 김상경 박사는 마이크로입자를 이용해 DNA, RNA 등의 핵산을 고효율로 증폭하는 기술을 개발했다. 연구팀은 우선 PCR에 필요한 특정 유전자 서열을 증폭하는 짧은 DNA 조각인 ‘프라이머’를 고용량 담지하는 마이크로입자를 만들었다. 이 마이크로입자의 내부는 스폰지처럼 다공성 구조를 가져, 효소의 증폭반응이 자유롭게 일어난다. 이러한 입자에 각기 다른 프라이머를 넣고, 입자 칵테일로 만들어 단 한번에 간편하고 쉽게 여러 종류의 DNA를 증폭해 분석할 수 있었다. 기존 PCR은 한 번에 3~4종의 유전자만 분석할 수 있는 한계를 갖고 있지만, 이 기술을 활용하면 20종 이상의 다중 분자진단을 구현할 수 있다. 특히 다중분석이 까다로운 RNA 표적에도 그대로 적용될 수 있어서 동시분석범위를 쉽게 확대할 수 있다. KIST는 본 기술을 ㈜진시스템에 기술이전(선급금 3억, 경상실시료 3%)하고, ‘Multiplex PCR’ 기술로 관련 특허를 등록하여 상용화를 진행 중이다. 최근의 코로나, 인플루엔자 등 호흡기 계열 바이러스 현장 진단 기술로 개발 중이며, 향후 다양한 질환의 전사체 마커를 정밀 진단하는데 적용할 수 있다. KIST 김상경 박사는 상기 공적을 인정받아 이달의 KIST인상을 수상하였다. 이달의 KIST인상은 연구원의 발전에 가장 창조적, 혁신적으로 기여한 우수 직원을 발굴하여 포상심의위원회 심의를 거쳐 최종 선정된다.

KIST, 이상배 박사 美 광학회 펠로우(석학회원) 선정 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 광전융합시스템 연구단 이상배 책임연구원이 미국 광학회(OSA)의 최고 영예 회원인 펠로우(석학회원)"에 선정됐다고 밝혔다. 미국 광학회는 1916년 설립된 이래 80여 개국 1만8천여명의 회원이 활발한 연구를 벌여 광학분야에서 권위를 인정받고 있는 학회이다. 이중 매년 약 전체 회원의 0.4%의 회원에게만 펠로우가 수여된다. 이 박사는 1985년 KIST 연구원으로 입사한 이래 30년간 국내외에 걸쳐 300여 편이상의 논문을 발표하는 등 왕성한 연구를 해왔으며 미국 광학회 펠로우 선정심사에서는 광통신과 광센서 분야에 응용되는 광섬유 격자와 광섬유 레이저등 광소자 기술 개발에 대한 공로를 인정받았다.

우리 원은 9월 18일(화) KIST 국제협력관에서 이탈리아 고등과학원(SSSA)과 생체모방로봇 분야 국제공동연구실(KIST-SSSA Joint Laboratory on Bio-Robotics) 설치를 위한 협약식 및 현판식을 개최했다. 이 자리에는 금동화 KIST 원장, 정윤 과학기술부 차관, 잔니 베르네띠 이탈리아 외교부 차관, 마씨모 안드레아 레제리 주한 이탈리아대사 등 양국의 과학기술계 인사 50여명이 참석하였다. 한국과 이탈리아는 지난해 과학기술분야의 협력 확대를 위한 제8차 한․이태리 과학기술공동위원회를 개최하고, BT, NT, ET, ST등의 분야에서 협력키로 합의한 바 있다. 그 결과 한국에서는 KIST에, 이탈리아에서는 SSSA에 국제공동연구실을 개소하게 되었다. 또한 이날 KIST와 SSSA는 공동연구실 설치등 연구협력을 위한 협력협정에 서명하였다. 이를 통해 KIST는 로봇연구의 세계적 권위 기관인 SSSA와 함께 생체모방로봇 분야의 협력을 통하여 삶의 질 향상을 위한 연구 활성화에 기여할 것으로 기대된다. 한편 KIST는 독일 현지에 KIST-Europe 연구소를 설립하여 연구개발 원천지 진출을 통한 과학기술 개발을 촉진하고, 우리나라 산학연의 대EU 진출을 위한 가교 역할을 수행하고 있다. 또한 미국 MIT 및 카네기멜론 대학에 현지랩을 설치하여 운영하고 있으며, KIST 내에는 한국파스퇴르연구소와 듀퐁한국기술연구소를 유치하여 선진연구기관과 연구협력을 강화하고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 이탈리아 국립연구회(CNR) 소속 에너지연구소(ITAE, 소장 Salvatore Freni)와 22일 상호 연구협력 협약을 체결했다. ※ ITAE : The Institute of Chemical Methods and Processes for the Transformation and Storage of Energy 이번 협약 체결은 수소·연료전지 분야 공동연구의 활성화를 위한 것으로, 양 기관은 앞으로 연료전지와 수소 제조 및 저장 분야에서 인력교류, 심포지엄 공동 개최, 공동연구과제 발굴 등에 상호 협력할 방침이다. 이번 협약은 2014년 11월 27일 이루어진 국가과학기술연구회와 이탈리아 국가연구회(CNR)와의 과학기술 분야 업무협약의 후속 조치로서, 수소·연료전지 분야 공동연구과제 수행과 인력교류 확대가 기대된다. 한편 이날 협약 조인식은 '한-이탈리아 수소·연료전지 심포지엄' 일정 중에 진행되었다. 한-이탈리아 수소·연료전지 심포지엄은 한국과학기술연구원과 이탈리아 대사관이 공동으로 주최하는 행사로서 미래창조과학부 글로벌연구실(GRL) 사업의 일환으로 개최됐다.

- 인간 시각과 유사한 감지 능력을 가진 신경 스페로이드 생산 - 색을 구분하여 빛 정보를 신경신호로 전달하는 생체 디바이스 사고에 의한 시각 손상, 황반변성, 당뇨성 등의 망막 질환으로 시각을 잃은 사람들에게 ‘인공 망막’ 기술은 새로운 희망이 되고 있다. 인공 망막 연구는 실제 인체에 적용하기 전 실험동물에 망막 질환이 발생하도록 유도한 후 인공 망막 기술의 효과성을 검증하는 과정을 거친다. 그런데 이 과정에서 적지 않은 연구비가 쓰이고, 냄새나 소리 등 시각 이외의 감각 정보로 인한 쥐 행동의 변화를 인공 망막에 의한 것으로 오인하는 등 예상치 못한 실험적 변수들이 발생하기도 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 센서시스템연구센터 김재헌 박사, 송현석 박사팀과 뇌융합기술연구단 김홍남 박사팀이 생체 외 세포 실험을 통해 인간과 같은 수준의 시각 기능을 갖는 인공 광수용체를 제작하고, 이 인공 광수용체에서 빛을 받아 생산된 전기적 신호를 다른 신경세포로 전달하는 인공 시각회로 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 인간의 망막은 원추세포와 간상세포로 이루어져 있다. 원추세포는 빨강, 초록, 파란색 세 가지 색감을 구분하는 광수용체 단백질을 생산하고, 간상세포는 명암을 구분하는 광수용체 단백질을 생산한다. 인간의 눈은 외부에서 들어온 빛이 망막에서 맺혀 상을 형성하면, 시신경을 통해 뇌로 전달하는 과정을 통해 사물을 본다. 기존의 인공 망막 연구는 단일 신경세포에 전자천공법을 사용하거나 바이러스-유전자를 주입하는 방식을 사용했으나, 인공적으로 광수용체 단백질을 발현시키기 전에 신경세포가 기능을 잃거나 괴사하는 문제가 있었다. KIST 연구진은 신경세포의 기능성과 생존력을 높인 스페로이드 (spheroid)라는 세포 군집을 광수용체 발현을 위한 플랫폼으로 이용함으로써 세포 간 상호작용을 증대하여 안정적으로 인공 광수용체 단백질을 발현시키는 데 성공했다. 기존에는 2차원 세포배양 시 광수용체 단백질을 주입했을 때 50% 이하의 신경세포들만 생존했다면, 신경 스페로이드를 활용하면 80% 이상의 높은 생존율을 가지게 된다. KIST 연구진은 명암을 구분하는 로돕신(~490nm)과 색 구분을 위한 청색 옵신(~410nm) 단백질을 발현하여 각각 청색과 녹색에서 선택적인 반응성을 가지는 스페로이드를 제작했다. 연구진이 제작한 스페로이드는 사람의 눈이 인식하는 색과 동일한 파장에서 반응을 일으켰다. 그 후 눈을 모사한 광반응성 신경 스페로이드와 뇌를 모사한 일반 신경 스페로이드를 연결한 디바이스를 제작하고, 일반 스페로이드까지 신경전달이 확장되는 과정을 형광 현미경을 통해 포착하는 데 성공했다. 즉, 인간의 뇌가 어떤 과정에 의해 망막에서 발생한 신호를 다른 색으로 인지하는지 탐색이 가능한 시각신호 전달 모델을 만든 것이다. KIST 김재헌 박사는 “인공 광수용체의 시각신호 전달 가능성을 다각적으로 검증함으로써 동물실험 의존을 줄이고 연구비용을 절감할 수 있는 플랫폼”이라며, “앞으로 인간이 볼 수 있는 모든 색을 인식할 수 있는 스페로이드를 생산해 시각 관련 질환 및 치료에 대한 테스트 키트로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다. 해당 연구는 KIST 내 부서 간 융합연구를 통해, 도전적이고 인류에 공헌하는 기술 개발을 목표로 하는 그랜드 챌린지(GRaND Challenge) 사업을 통해 개발되었다. 연구팀은 향후 사람의 망막 기능을 대체할 수 있는 인공 시스템 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Advanced Materials」에 게재되었다. [그림 1] 광반응성 신경세포 스페로이드 기반 눈-뇌 인간 시각 모사 모델 눈과 시신경, 뇌로 이어지는 사람의 시각 시스템을 하나의 디바이스안에 광반응성-신경세포(photospheroid) 스페로이드를 활용하여 모사한 모델을 제작함. 신경세포 안에 인간 광수용체 옵신 단백질을 생산하여 빛에 대한 반응성을 기능추가 하였고, 디바이스 안에 일반-신경세포(intact spheroid)와 배치하여 신경네트워크를 형성하였음. 왼쪽 광반응성-신경세포에 빛으로 자극하면, 신경돌기를 따라 일반-신경세포로 신경신호가 전달됨. ○ 논문명: Eye-mimicked neural network composed of photosensitive neural spheroids with human opsin proteins ○ 학술지: Advanced Materials ○ 게재일: 2023.06.28. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202302996 ○ 논문저자 - 김재헌 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 김홍남 책임연구원 (교신저자 / KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 송현석 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 박병호 선임연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 방석영 교수 (제1저자 / 동국대학교 의생명공학과) * * 연구 수행 당시, KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단 소속 박사후연구원 - 황경섭 박사과정 (제1저자 / /KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 차연경 박사후연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터)

- 인간 시각과 유사한 감지 능력을 가진 신경 스페로이드 생산 - 색을 구분하여 빛 정보를 신경신호로 전달하는 생체 디바이스 사고에 의한 시각 손상, 황반변성, 당뇨성 등의 망막 질환으로 시각을 잃은 사람들에게 ‘인공 망막’ 기술은 새로운 희망이 되고 있다. 인공 망막 연구는 실제 인체에 적용하기 전 실험동물에 망막 질환이 발생하도록 유도한 후 인공 망막 기술의 효과성을 검증하는 과정을 거친다. 그런데 이 과정에서 적지 않은 연구비가 쓰이고, 냄새나 소리 등 시각 이외의 감각 정보로 인한 쥐 행동의 변화를 인공 망막에 의한 것으로 오인하는 등 예상치 못한 실험적 변수들이 발생하기도 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 센서시스템연구센터 김재헌 박사, 송현석 박사팀과 뇌융합기술연구단 김홍남 박사팀이 생체 외 세포 실험을 통해 인간과 같은 수준의 시각 기능을 갖는 인공 광수용체를 제작하고, 이 인공 광수용체에서 빛을 받아 생산된 전기적 신호를 다른 신경세포로 전달하는 인공 시각회로 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 인간의 망막은 원추세포와 간상세포로 이루어져 있다. 원추세포는 빨강, 초록, 파란색 세 가지 색감을 구분하는 광수용체 단백질을 생산하고, 간상세포는 명암을 구분하는 광수용체 단백질을 생산한다. 인간의 눈은 외부에서 들어온 빛이 망막에서 맺혀 상을 형성하면, 시신경을 통해 뇌로 전달하는 과정을 통해 사물을 본다. 기존의 인공 망막 연구는 단일 신경세포에 전자천공법을 사용하거나 바이러스-유전자를 주입하는 방식을 사용했으나, 인공적으로 광수용체 단백질을 발현시키기 전에 신경세포가 기능을 잃거나 괴사하는 문제가 있었다. KIST 연구진은 신경세포의 기능성과 생존력을 높인 스페로이드 (spheroid)라는 세포 군집을 광수용체 발현을 위한 플랫폼으로 이용함으로써 세포 간 상호작용을 증대하여 안정적으로 인공 광수용체 단백질을 발현시키는 데 성공했다. 기존에는 2차원 세포배양 시 광수용체 단백질을 주입했을 때 50% 이하의 신경세포들만 생존했다면, 신경 스페로이드를 활용하면 80% 이상의 높은 생존율을 가지게 된다. KIST 연구진은 명암을 구분하는 로돕신(~490nm)과 색 구분을 위한 청색 옵신(~410nm) 단백질을 발현하여 각각 청색과 녹색에서 선택적인 반응성을 가지는 스페로이드를 제작했다. 연구진이 제작한 스페로이드는 사람의 눈이 인식하는 색과 동일한 파장에서 반응을 일으켰다. 그 후 눈을 모사한 광반응성 신경 스페로이드와 뇌를 모사한 일반 신경 스페로이드를 연결한 디바이스를 제작하고, 일반 스페로이드까지 신경전달이 확장되는 과정을 형광 현미경을 통해 포착하는 데 성공했다. 즉, 인간의 뇌가 어떤 과정에 의해 망막에서 발생한 신호를 다른 색으로 인지하는지 탐색이 가능한 시각신호 전달 모델을 만든 것이다. KIST 김재헌 박사는 “인공 광수용체의 시각신호 전달 가능성을 다각적으로 검증함으로써 동물실험 의존을 줄이고 연구비용을 절감할 수 있는 플랫폼”이라며, “앞으로 인간이 볼 수 있는 모든 색을 인식할 수 있는 스페로이드를 생산해 시각 관련 질환 및 치료에 대한 테스트 키트로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다. 해당 연구는 KIST 내 부서 간 융합연구를 통해, 도전적이고 인류에 공헌하는 기술 개발을 목표로 하는 그랜드 챌린지(GRaND Challenge) 사업을 통해 개발되었다. 연구팀은 향후 사람의 망막 기능을 대체할 수 있는 인공 시스템 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Advanced Materials」에 게재되었다. [그림 1] 광반응성 신경세포 스페로이드 기반 눈-뇌 인간 시각 모사 모델 눈과 시신경, 뇌로 이어지는 사람의 시각 시스템을 하나의 디바이스안에 광반응성-신경세포(photospheroid) 스페로이드를 활용하여 모사한 모델을 제작함. 신경세포 안에 인간 광수용체 옵신 단백질을 생산하여 빛에 대한 반응성을 기능추가 하였고, 디바이스 안에 일반-신경세포(intact spheroid)와 배치하여 신경네트워크를 형성하였음. 왼쪽 광반응성-신경세포에 빛으로 자극하면, 신경돌기를 따라 일반-신경세포로 신경신호가 전달됨. ○ 논문명: Eye-mimicked neural network composed of photosensitive neural spheroids with human opsin proteins ○ 학술지: Advanced Materials ○ 게재일: 2023.06.28. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202302996 ○ 논문저자 - 김재헌 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 김홍남 책임연구원 (교신저자 / KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 송현석 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 박병호 선임연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 방석영 교수 (제1저자 / 동국대학교 의생명공학과) * * 연구 수행 당시, KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단 소속 박사후연구원 - 황경섭 박사과정 (제1저자 / /KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 차연경 박사후연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터)

- 인간 시각과 유사한 감지 능력을 가진 신경 스페로이드 생산 - 색을 구분하여 빛 정보를 신경신호로 전달하는 생체 디바이스 사고에 의한 시각 손상, 황반변성, 당뇨성 등의 망막 질환으로 시각을 잃은 사람들에게 ‘인공 망막’ 기술은 새로운 희망이 되고 있다. 인공 망막 연구는 실제 인체에 적용하기 전 실험동물에 망막 질환이 발생하도록 유도한 후 인공 망막 기술의 효과성을 검증하는 과정을 거친다. 그런데 이 과정에서 적지 않은 연구비가 쓰이고, 냄새나 소리 등 시각 이외의 감각 정보로 인한 쥐 행동의 변화를 인공 망막에 의한 것으로 오인하는 등 예상치 못한 실험적 변수들이 발생하기도 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 센서시스템연구센터 김재헌 박사, 송현석 박사팀과 뇌융합기술연구단 김홍남 박사팀이 생체 외 세포 실험을 통해 인간과 같은 수준의 시각 기능을 갖는 인공 광수용체를 제작하고, 이 인공 광수용체에서 빛을 받아 생산된 전기적 신호를 다른 신경세포로 전달하는 인공 시각회로 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 인간의 망막은 원추세포와 간상세포로 이루어져 있다. 원추세포는 빨강, 초록, 파란색 세 가지 색감을 구분하는 광수용체 단백질을 생산하고, 간상세포는 명암을 구분하는 광수용체 단백질을 생산한다. 인간의 눈은 외부에서 들어온 빛이 망막에서 맺혀 상을 형성하면, 시신경을 통해 뇌로 전달하는 과정을 통해 사물을 본다. 기존의 인공 망막 연구는 단일 신경세포에 전자천공법을 사용하거나 바이러스-유전자를 주입하는 방식을 사용했으나, 인공적으로 광수용체 단백질을 발현시키기 전에 신경세포가 기능을 잃거나 괴사하는 문제가 있었다. KIST 연구진은 신경세포의 기능성과 생존력을 높인 스페로이드 (spheroid)라는 세포 군집을 광수용체 발현을 위한 플랫폼으로 이용함으로써 세포 간 상호작용을 증대하여 안정적으로 인공 광수용체 단백질을 발현시키는 데 성공했다. 기존에는 2차원 세포배양 시 광수용체 단백질을 주입했을 때 50% 이하의 신경세포들만 생존했다면, 신경 스페로이드를 활용하면 80% 이상의 높은 생존율을 가지게 된다. KIST 연구진은 명암을 구분하는 로돕신(~490nm)과 색 구분을 위한 청색 옵신(~410nm) 단백질을 발현하여 각각 청색과 녹색에서 선택적인 반응성을 가지는 스페로이드를 제작했다. 연구진이 제작한 스페로이드는 사람의 눈이 인식하는 색과 동일한 파장에서 반응을 일으켰다. 그 후 눈을 모사한 광반응성 신경 스페로이드와 뇌를 모사한 일반 신경 스페로이드를 연결한 디바이스를 제작하고, 일반 스페로이드까지 신경전달이 확장되는 과정을 형광 현미경을 통해 포착하는 데 성공했다. 즉, 인간의 뇌가 어떤 과정에 의해 망막에서 발생한 신호를 다른 색으로 인지하는지 탐색이 가능한 시각신호 전달 모델을 만든 것이다. KIST 김재헌 박사는 “인공 광수용체의 시각신호 전달 가능성을 다각적으로 검증함으로써 동물실험 의존을 줄이고 연구비용을 절감할 수 있는 플랫폼”이라며, “앞으로 인간이 볼 수 있는 모든 색을 인식할 수 있는 스페로이드를 생산해 시각 관련 질환 및 치료에 대한 테스트 키트로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다. 해당 연구는 KIST 내 부서 간 융합연구를 통해, 도전적이고 인류에 공헌하는 기술 개발을 목표로 하는 그랜드 챌린지(GRaND Challenge) 사업을 통해 개발되었다. 연구팀은 향후 사람의 망막 기능을 대체할 수 있는 인공 시스템 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Advanced Materials」에 게재되었다. [그림 1] 광반응성 신경세포 스페로이드 기반 눈-뇌 인간 시각 모사 모델 눈과 시신경, 뇌로 이어지는 사람의 시각 시스템을 하나의 디바이스안에 광반응성-신경세포(photospheroid) 스페로이드를 활용하여 모사한 모델을 제작함. 신경세포 안에 인간 광수용체 옵신 단백질을 생산하여 빛에 대한 반응성을 기능추가 하였고, 디바이스 안에 일반-신경세포(intact spheroid)와 배치하여 신경네트워크를 형성하였음. 왼쪽 광반응성-신경세포에 빛으로 자극하면, 신경돌기를 따라 일반-신경세포로 신경신호가 전달됨. ○ 논문명: Eye-mimicked neural network composed of photosensitive neural spheroids with human opsin proteins ○ 학술지: Advanced Materials ○ 게재일: 2023.06.28. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202302996 ○ 논문저자 - 김재헌 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 김홍남 책임연구원 (교신저자 / KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 송현석 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 박병호 선임연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 방석영 교수 (제1저자 / 동국대학교 의생명공학과) * * 연구 수행 당시, KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단 소속 박사후연구원 - 황경섭 박사과정 (제1저자 / /KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 차연경 박사후연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터)

- 인간 시각과 유사한 감지 능력을 가진 신경 스페로이드 생산 - 색을 구분하여 빛 정보를 신경신호로 전달하는 생체 디바이스 사고에 의한 시각 손상, 황반변성, 당뇨성 등의 망막 질환으로 시각을 잃은 사람들에게 ‘인공 망막’ 기술은 새로운 희망이 되고 있다. 인공 망막 연구는 실제 인체에 적용하기 전 실험동물에 망막 질환이 발생하도록 유도한 후 인공 망막 기술의 효과성을 검증하는 과정을 거친다. 그런데 이 과정에서 적지 않은 연구비가 쓰이고, 냄새나 소리 등 시각 이외의 감각 정보로 인한 쥐 행동의 변화를 인공 망막에 의한 것으로 오인하는 등 예상치 못한 실험적 변수들이 발생하기도 한다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 센서시스템연구센터 김재헌 박사, 송현석 박사팀과 뇌융합기술연구단 김홍남 박사팀이 생체 외 세포 실험을 통해 인간과 같은 수준의 시각 기능을 갖는 인공 광수용체를 제작하고, 이 인공 광수용체에서 빛을 받아 생산된 전기적 신호를 다른 신경세포로 전달하는 인공 시각회로 플랫폼을 개발했다고 밝혔다. 인간의 망막은 원추세포와 간상세포로 이루어져 있다. 원추세포는 빨강, 초록, 파란색 세 가지 색감을 구분하는 광수용체 단백질을 생산하고, 간상세포는 명암을 구분하는 광수용체 단백질을 생산한다. 인간의 눈은 외부에서 들어온 빛이 망막에서 맺혀 상을 형성하면, 시신경을 통해 뇌로 전달하는 과정을 통해 사물을 본다. 기존의 인공 망막 연구는 단일 신경세포에 전자천공법을 사용하거나 바이러스-유전자를 주입하는 방식을 사용했으나, 인공적으로 광수용체 단백질을 발현시키기 전에 신경세포가 기능을 잃거나 괴사하는 문제가 있었다. KIST 연구진은 신경세포의 기능성과 생존력을 높인 스페로이드 (spheroid)라는 세포 군집을 광수용체 발현을 위한 플랫폼으로 이용함으로써 세포 간 상호작용을 증대하여 안정적으로 인공 광수용체 단백질을 발현시키는 데 성공했다. 기존에는 2차원 세포배양 시 광수용체 단백질을 주입했을 때 50% 이하의 신경세포들만 생존했다면, 신경 스페로이드를 활용하면 80% 이상의 높은 생존율을 가지게 된다. KIST 연구진은 명암을 구분하는 로돕신(~490nm)과 색 구분을 위한 청색 옵신(~410nm) 단백질을 발현하여 각각 청색과 녹색에서 선택적인 반응성을 가지는 스페로이드를 제작했다. 연구진이 제작한 스페로이드는 사람의 눈이 인식하는 색과 동일한 파장에서 반응을 일으켰다. 그 후 눈을 모사한 광반응성 신경 스페로이드와 뇌를 모사한 일반 신경 스페로이드를 연결한 디바이스를 제작하고, 일반 스페로이드까지 신경전달이 확장되는 과정을 형광 현미경을 통해 포착하는 데 성공했다. 즉, 인간의 뇌가 어떤 과정에 의해 망막에서 발생한 신호를 다른 색으로 인지하는지 탐색이 가능한 시각신호 전달 모델을 만든 것이다. KIST 김재헌 박사는 “인공 광수용체의 시각신호 전달 가능성을 다각적으로 검증함으로써 동물실험 의존을 줄이고 연구비용을 절감할 수 있는 플랫폼”이라며, “앞으로 인간이 볼 수 있는 모든 색을 인식할 수 있는 스페로이드를 생산해 시각 관련 질환 및 치료에 대한 테스트 키트로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다. 해당 연구는 KIST 내 부서 간 융합연구를 통해, 도전적이고 인류에 공헌하는 기술 개발을 목표로 하는 그랜드 챌린지(GRaND Challenge) 사업을 통해 개발되었다. 연구팀은 향후 사람의 망막 기능을 대체할 수 있는 인공 시스템 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 「Advanced Materials」에 게재되었다. [그림 1] 광반응성 신경세포 스페로이드 기반 눈-뇌 인간 시각 모사 모델 눈과 시신경, 뇌로 이어지는 사람의 시각 시스템을 하나의 디바이스안에 광반응성-신경세포(photospheroid) 스페로이드를 활용하여 모사한 모델을 제작함. 신경세포 안에 인간 광수용체 옵신 단백질을 생산하여 빛에 대한 반응성을 기능추가 하였고, 디바이스 안에 일반-신경세포(intact spheroid)와 배치하여 신경네트워크를 형성하였음. 왼쪽 광반응성-신경세포에 빛으로 자극하면, 신경돌기를 따라 일반-신경세포로 신경신호가 전달됨. ○ 논문명: Eye-mimicked neural network composed of photosensitive neural spheroids with human opsin proteins ○ 학술지: Advanced Materials ○ 게재일: 2023.06.28. ○ DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202302996 ○ 논문저자 - 김재헌 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 김홍남 책임연구원 (교신저자 / KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 송현석 책임연구원 (교신저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 박병호 선임연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터) - 방석영 교수 (제1저자 / 동국대학교 의생명공학과) * * 연구 수행 당시, KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단 소속 박사후연구원 - 황경섭 박사과정 (제1저자 / /KIST 뇌과학연구소 뇌융합기술연구단) - 차연경 박사후연구원 (제1저자 / KIST 첨단소재기술연구본부 센서시스템연구센터)