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홀로토모그래피로 오가노이드 실시간 관찰 성공
인체 장기의 구조와 기능을 모사한 3차원 미니 장기인 오가노이드는 다양한 질병 연구와 신약 개발에 필수적인 역할을 하고 있다. 한국 연구진이 기존 이미징 기술의 한계를 극복하고 살아있는 오가노이드를 고해상도로 실시간 동적 변화를 관찰하는 데 성공했다.
우리 대학 물리학과 박용근 교수 연구팀이 기초과학연구원(IBS, 원장 노도영) 유전체 교정 연구단(단장 구본경) 연구팀과 ㈜토모큐브의 협력으로, 홀로토모그래피 (holotomography) 기술을 활용해 살아있는 소장 오가노이드를 실시간으로 고해상도로 관찰할 수 있는 이미징 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.
기존의 이미징 기법들은 살아있는 오가노이드를 장기간 고해상도로 관찰하는 데 한계가 있었고, 형광 염색 등의 추가적인 처리가 필요한 경우가 많았다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 형광 등 염색 없이도 고해상도의 이미지를 제공하고, 세포 손상 없이 오랜 시간 동안 실시간으로 동적 변화를 관찰할 수 있는 홀로토모그래피 기술을 도입했다.
연구진은 실험용 쥐(마우스) 소장 오가노이드를 이용해 이 기술을 검증했으며, 그 결과 홀로토모그래피를 통해 오가노이드 내부의 다양한 세포 구조를 세밀하게 관찰할 수 있었고, 오가노이드의 성장 과정과 세포 분열, 세포 사멸 등의 동적 변화를 실시간으로 포착할 수 있었다.
또한, 약물 처리에 따른 오가노이드의 반응을 정밀하게 분석해 세포 생존 여부를 확인할 수 있었다.
연구진은 이번 연구를 통해 오가노이드 연구의 새로운 지평을 열었으며, 이를 통해 신약 개발, 맞춤형 치료, 재생 의학 등 다양한 분야에서 오가노이드의 활용을 극대화할 수 있을 것이라고 기대하고 있다.
향후 연구는 오가노이드의 생체 내 환경을 더 정확히 재현하고, 더욱 정교한 3차원 이미징을 통해 세포 수준에서의 다양한 생명현상을 이해하는 데 큰 기여를 할 것으로 전망된다.
논문의 제1 저자인 이만재 박사(KAIST 의과학대학원 졸, 現 충남대병원)는 “이번 연구는 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 이미징 기술로, 향후 오가노이드를 활용한 질병 모델링, 환자 맞춤형 치료 및 신약 개발 연구에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 2024년 10월 1일 국제 학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’에 온라인 게재됐으며, 해당 기술은 다양한 생명과학 분야에서의 적용 가능성을 인정받고 있다.
(논문명: Long-term three-dimensional high-resolution imaging of live unlabeled small intestinal organoids via low-coherence holotomography)
본 연구는 한국연구재단 리더연구사업, KAIST 연구소 및 기초과학연구원의 지원을 받아 수행됐다.
2024.10.14
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12개 딥테크 창업기업 ‘글로벌 벤처빌더’로 키운다
우리 대학이 딥테크 창업기업의 해외 진출을 파격적으로 지원하기 위해 글로벌 스튜디오 1기 입주기업을 선발했다고 4일 밝혔다. 글로벌 스튜디오는 창업원(원장 배현민)의 신규 조직으로 올해 7월 개소했다. 우리 대학이 글로벌 창업생태계를 구축하고 주도하기 위한 첫 시도라고 할 수 있다. 글로벌 스튜디오는 국내·외 전략 파트너와의 협력을 바탕으로 해외에 거점을 둔 프로그램과 연계해 딥테크 창업기업의 글로벌 진출 지원을 전담한다.
이를 위해 새롭게 추진하는 ‘글로벌 벤처빌더’는 글로벌 잠재력이 높은 기업을 조기 발굴해 시제품 제작부터 해외 진출까지 글로벌 창업의 전 주기를 지원하는 프로그램이다. 우리 대학은 교내 창업기업 및 대전 소재 스타트업 중 딥 사이언스에 특화된 기술력을 앞세워 글로벌 시장 진출을 희망하는 기업을 대상으로 글로벌 스튜디오 1기 입주기업을 선발했다.
▴(주)퀀텀아이 ▴(주)마라나노텍 ▴(주)하이드로엑스펜드 ▴카본에너지 ▴레이저앤그래핀 ▴유니테크쓰리디피 ▴알레시오 ▴(주)A2US ▴뉴로모먼트 ▴(주)오비이랩 ▴폴리페놀팩토리(주) ▴리젠티앤아이 총 12개 기업이다.
선발된 기업은 대전시(시장 이장우)와의 ‘글로벌 혁신창업 성장허브 운영 사업 협약’을 통해 월평동 구(舊) 한국마사회 건물에 조성된 대전시 월평동 소재 ‘글로벌 스튜디오’에 입주해 시장 및 고객 검증을 신속하게 진행할 수 있는 패스트 프로토타이핑과 글로벌 크라우드펀딩을 지원받는다. 이들은 6개월마다 진행되는 내부 검토를 통해 최대 2년간 입주하여 프로그램에 참여할 수 있다.
또한, 웨비나(Webinar) 등을 통해 미국·유럽 등 해외 협력 파트너의 현지 전문가가 참여하는 컨설팅을 제공받고 국내·외 전문가와 매칭돼 글로벌 진출 전반에 걸친 다양한 문제를 해결하기 위한 활동을 벌일 예정이다.
이 중 우수한 성과를 낸 기업은 2025년 파리에서 개최 예정인 VIVATECH 등 글로벌 혁신기술 및 스타트업 박람회에 참가하여 현지 고객 및 투자자 탐색과 네트워킹의 기회도 제공받는다.
특히, 뉴로모먼트, ㈜오비이랩, 카본에너지 3개 기업에는 올해 10월부터 KAIST 글로벌 스튜디오의 협력 기관인 파리 경영대(HEC Paris)의 ‘크리에이티브 디스트럭션 랩(Creative Destruction Lab, 이하 CDL)’의 멘토십 프로그램에 참여할 수 있는 기회를 제공한다.
CDL은 '창조적 파괴'를 모토로 기존의 비즈니스 모델이나 기술을 혁신적으로 변화시켜 더 나은 솔루션을 만들어내는 혁신적인 스타트업 지원 프로그램이다.
파리 경영대를 포함해 세계 13개 도시에서 운영 중이며, 2012년 시작된 이래 2,300여 개의 스타트업을 지원해 이들 참여한 기업이 창출한 자본 가치만 36조 원(280억 달러)이 넘는 것으로 알려져 있다.
선발된 3개 기업은 유럽 현지에서 실질적인 시장과 고객의 요구를 주요 기술에 적용하는 멘토링을 받게 되며, 자금 지원과 네트워킹 등을 통해 기업의 성장 가능성을 극대화할 예정이다.
배현민 창업원장은 “우리 대학이 국내 딥테크 창업의 산실로서 그간 쌓아온 전문성에 해외 파트너 기관들이 조력하는 협력체제까지 더해 운영하는 ‘글로벌 스튜디오’는 창업 기업의 해외 진출이 선택이 아니라 필수가 된 시대적 흐름에 대응하는 교두보이자 최전선이 될 것”이라고 말했다.
이어, 배 원장은 “중장기적으로는 기업형 맞춤 지원 프로그의 고도화 및 다양화를 추진하고 ‘글로벌 스튜디오’를 교내 창업기업 및 입주기업은 물론 대전과 세계 각국 창업생태계 관계자들이 교류하는 글로벌 혁신 공유 벤처빌딩 공간으로 조성하겠다”라고 포부를 밝혔다.
2024.10.07
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제2차 국제 인류세 심포지엄 개최
과학계에서는 지구 온난화와 같은 기후 변화 등 인류 활동으로 초래되어 오래도록 흔적을 남기는 지구 환경의 변동을 지칭하기 위해 ‘인류세’라는 지질시대 용어를 제안한 바 있다.
우리 대학은 국제 연구단체인 '인류세실무단'의 유일한 한국인 위원인 박범순 과학기술정책대학원 교수를 주축으로 '제2차 국제 인류세 심포지엄'을 개최하고 2일 오후 대전 본원에서 개막식열었다.
'인류세를 투사하기: 다학문적 접근'을 주제로 열리는 이번 심포지엄에서는 개막식 당일을 포함해 3일간 인류세에 관한 토론과 미디어 아트 특별전이 이어진다. 산업 발전 이후 인간의 활동은 지구 시스템을 유례없이 빠른 속도와 거대한 규모로 변화시키고 있지만, 우리 사회의 발전상은 이를 감당하기엔 모자란 실정이다. 우리 대학은 인류세의 개념을 통해 이러한 변화를 감지하는 과학적 방법을 탐구하고, 인간뿐 아니라 비인간 존재와도 함께 살아가는 방식을 논의하기 위해 이번 심포지엄을 준비했다.
개막식에서는 인류세 연구의 국제적 석학들의 기조 강연이 이어진다. 박범순 인류세연구센터장은 학문 간의 경계를 넘나드는 것이 인류세 연구에 필수적인 이유와 이를 위해 필요한 방법론을 논의한다.
마틴 헤드(Martin J. Head) 캐나다 브록대학교 교수는 인류세의 시작점을 20세기 중반으로 설정하는 데 핵심적인 역할을 한 '대가속(Great Acceleration)'의 개념을 다시 짚어본다. 또한, 인류세 개념을 공식적인 지질연대표에 넣자는 과학자들의 제안을 지질학계가 기각했던 최근 이슈에 관해서도 설명할 예정이다. 위르겐 렌(Jürgen Renn) 독일 막스플랑크 지구인류학 연구소장은 인류세 개념에 대한 과학계의 결정이 인류의 자기 성찰 및 지구 시스템에 대한 책임의 문제와 어떻게 연관되는지를 논의한다.
개막식 후에는 심포지엄의 주제인 인류세를 투사하기(Projecting the Anthropocene)'를 미디어 아트로 만나는 특별전이 개최된다. 강이연 산업디자인학과 교수팀이 제작한 두 개의 영상 작품이 KAIST 본관 벽면에 투사되어, 인류세의 모습과 인류가 지구에 가하는 행위를 강렬하고 역동적으로 선보인다.
건물을 스크린 삼아 상영되는 영상은 배경음악과 어우러져 인류세가 촉발한 난제들을 이해하고, 이를 해결하기 위해서는 연구와 정책뿐만 아니라 예술적이고 창의적인 힘이 중요하다는 메시지를 담아 제작됐다.
심포지엄 둘째 날에는 지구과학, 생물학, 전기공학, 모빌리티 연구, 인문학, 사회과학, 산업디자인, 뉴미디어 아트 등 다양한 분야의 전문가들이 참여하는 발표 세션이 진행된다. 이를 통해 인류세를 감지하고, 그 안에서 살아가기 위한 기술적이고 사회적인 해법들을 함께 모색할 것이다. 마지막 날 열리는 비공개 워크샵에서는 예술 분야와 기술 분야의 창의적 협업 방안도 논의될 예정이다. 이번 국제 심포지엄을 총괄한 박범순 인류세연구센터장은 "인류세를 새로운 지질시대로 공인하자는 제안은 기각되었지만, 학계에서는 이 개념이 앞으로 여러 학문 분야와 예술 활동, 정책개발에 중요하게 사용될 것으로 전망한다"라고 강조했다. 이어, "지금은 인류세 연구가 새로운 단계로 진입한 시점이며, KAIST는 앞으로도 활발한 국제협력을 통해 인류세 개념을 더욱 정밀하게 정의하고 활용 가치를 높이기 위한 연구를 주도할 것"이라고 포부를 밝혔다.
'제2차 국제 인류세 심포지엄'은 모든 강연을 영어로 진행하며, 인류세에 관심 있는 사람이라면 누구나 현장에 방문해 청강할 수 있다. 심포지엄 세부 일정 및 인류세연구센터에 대한 자세한 내용은 인류세연구센터 홈페이지(https://anthropocenestudies.com/)에서 확인할 수 있다
우리 대학 인류세연구센터는 한국연구재단의 선도연구센터사업 융합부문에 선정되어 2018년 설립되었으며, 인류세의 개념을 확산하고 관련 연구를 주도적으로 이끌어가고 있다.
2024.09.03
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기계공학과 유홍기 교수 연구팀, 빛으로 동맥경화반 동시 진단 및 치료 기술 개발
관상동맥 내 고위험 동맥경화반은 파열과 협착을 유발하여 빠르게 혈관을 막을 수 있어 진단과 동시에 즉각적인 치료가 필요하다.
우리 대학 기계공학과 유홍기 교수 연구팀은 고려대학교구로병원 심혈관센터 김진원 교수팀, 중앙대학교 시스템생명공학과 박경순 교수팀과의 공동연구를 통해, 빛을 이용하여 동맥경화반 진단과 치료를 동시에 할 수 있는 새로운 원천 기술을 개발하였다.
이 기술은 유홍기 교수 연구팀이 개발한 광단층-분자영상 결합 카테터 기반 정밀 영상 시스템과 광치료 카테터를 이용해 빛을 조사하여 고위험 병변을 정확히 진단하고 치료하는 방법이다.
동맥경화반 내 대식세포의 특정 수용체를 표적하는 전달체와 광활성체를 결합한 테라노스틱 제제를 혈관에 투여한 후 혈관내 카테터를 이용해 위험 부위를 찾아내고 그 부위에 빛을 조사하였다. 그 결과, 고위험 동맥경화반을 실시간 정밀 영상으로 진단하였고 동시에 성공적으로 치료할 수 있었다.
치료 후 효과를 정밀 영상 시스템을 통해 생체 내에서 추적 검증했으며, 광활성에 의한 자가소화를 유도해 사멸 세포를 탐식 및 제거, 콜레스테롤 유출로 염증을 해소하고 콜라겐 조직 증가를 유도해 병변이 치료 및 안정화 됨을 밝혔다.
연구진은 “이번 연구를 통해 기존 방법의 한계였던 고위험 동맥경화반의 정밀 진단을 가능케 하였고, 동시에 광치료 시스템을 이용해 빛을 전달하여 고위험 동맥경화반을 치료하고 안정화하는 데 성공했다는 점에서 큰 의의가 있다.”라고 밝혔다. 또한 “기존 동맥경화반 치료법인 스텐트 치료가 가지는 이물질 잔존 위험을 극복할 수 있으며, 심혈관 진단 및 치료 분야에서 새로운 가능성을 제시했다.”고 했다. 연구진은 “이번 연구 결과를 바탕으로, 추후 임상 적용을 위한 시제품 개발을 적극적으로 추진할 계획”이라고 덧붙였다.
이번 연구 결과는 기계공학과 김연훈 박사과정생이 공동 제1저자로, 유홍기 교수가 공동교신저자로 참여하였으며, 국제학술지 Circulation Research (5-year IF: 20.3) 에 게재되었다.
한편 이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2024.08.23
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윤인수 교수팀, DARPA ‘AI 사이버 챌린지’ 결승 진출
지난 8월 8일부터 11일(현지 시각) 미국 라스베이거스에서 사이버 보안 분야 최고 학회 중 하나인 데프콘(DEF CON)에서 미국 고등연구계획국(이하 DARPA)의 주도하에 AI 사이버챌린지(AI Cyber Challenge, AIxCC)의 예선 대회가 진행됐다. 이는 AI를 활용한 차세대 해킹 시스템 경연 대회다.
우리 대학 전기및전자공학부 윤인수 교수 연구실이 속한 연합팀, 팀 애틀랜타(Team Atlanta)가 국내 대학이 포함된 팀으로서는 유일하게 톱(TOP) 7에 포함돼 내년 8월 개최 예정인 AI 사이버 챌린지 결승 진출팀으로 선정됐다고 21일 밝혔다.
팀 애틀랜타는 KAIST, 삼성 리서치, POSTECH, 조지아 공대의 연합팀으로, 현재 삼성 리서치 상무로 재직 중인 조지아 공대 김태수 교수의 연구실 출신 인원들이 주축이 되어 구성된 팀이다. 팀 이름은 조지아 공대가 있는 미국의 도시, 애틀랜타에서 유래했다.
팀 애틀랜타의 윤인수 교수는 세계적인 화이트 해커 출신 교수로, 세계 최고의 해킹 대회인 ‘DEF CON CTF(Capture the Flag)’에서 두 차례 우승하고 미국 해킹 대회인 ‘Pwn2Own 2020’에서 수상하는 등 뛰어난 성과를 거둔 바 있다. 학술적으로도 윤 교수는 보안 분야의 최우수 학회에 지속적으로 연구를 발표하고 있으며, 국제 학술대회 ‘USENIX Security 2018’, ‘USENIX OSDI 2018’에서 최우수 논문상을 수상하는 등 그 연구의 우수성을 인정받고 있다.
이번에 개최된 AI 사이버챌린지는 각 팀이 개발한 AI 기반의 사이버 추론 시스템(Cyber Reasoning System, 이하 CRS)을 겨루는 대회로, DARPA는 리눅스와 같은 실제 소프트웨어에 과거의 취약점이나 인위적인 취약점을 포함해 문제를 출제했으며, 각 팀의 CRS는 이 소프트웨어를 자동으로 분석해 취약점을 식별하고 패치하는 작업을 수행했다. 이후 DARPA는 취약점 발견 개수 및 다양성, 패치의 정확성 등을 종합적으로 고려해 각 CRS를 평가했다.
전 세계 총 91개 팀이 등록하고 39개 팀이 참여한 이번 예선에서, 팀 애틀랜타는 결승에 진출할 7개 팀 중 하나로 선정됐다. 특히, 팀 애틀랜타의 CRS는 예선 문제로 출제된 유명 소프트웨어인 SQLite3에서 출제자가 의도하지 않은 신규 취약점을 발견하는 성과를 거두기도 했다. 이는 AI가 보안 분야에 가져올 혁신의 가능성을 보여주며, AI 사이버챌린지의 목표와도 부합하는 중요한 성과로 평가된다.
팀 애틀랜타는 이번 결과로 200만 달러의 연구비(한화 약 27억 원)를 지원받게 됐으며, 2025년 8월 데프콘(DEF CON)에서 열리는 결승 대회에 진출해 최종 승부를 가리게 됐다.
최종 톱(TOP) 7에 선정돼 결승 대회에 진출하게 된 전기및전자공학부 윤인수 교수는 “오랫동안 준비한 대회에서 좋은 결과로 결승에 진출하게 되어 매우 기쁘다. 이번 결과는 KAIST를 비롯한 대한민국의 보안 연구 역량이 세계적으로도 우수한 수준에 도달했음을 보여준다고 생각한다”라며 소감을 전하면서, “앞으로 1년 동안 더 획기적이고 적극적인 방법들을 시도하며 AI와 보안의 접목에 혁신을 이끌어내고 본 대회를 우승 할 수 있도록 최선을 다하겠다”라고 향후 계획을 밝혔다.
2024.08.21
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윤동기 교수, 국제액정학회 중견학술상 수상
우리 대학 화학과 윤동기 교수가 국제액정학회(ILCS (The International Liquid Crystal Society))가 수여하는 ILCS 중견학술상(Mid-Career Award(LG))을 받았다고 26일 밝혔다. 시상식은 7월 24일 브라질 리우데자네이루에서 열린 29회 국제액정학회(29th International Liquid Crystal Conference)에서 개최됐다.
2008년 국제액정학회가 제정한 ‘ILCS 중견학술상(Mid-Career Award)’은 액정분야에서 최초 발견이나 커다란 연구 성과를 낸 중견 과학자를 대상으로 2년마다 단 한 명에게만 수여하는 상이다. 윤동기 교수처럼 2012년 동 학회에서 젊은 과학자에게 수여하는 미치 나카타 상(Michi Nakata Prize)에 이어 ILCS 중견학술상(Mid-Career Award)을 동시에 받은 사례는 전 세계적으로도 윤 교수가 처음이다.
윤동기 교수는 평판 디스플레이 시장의 상당 부분을 차지하는 LCD(liquid crystal display, 액정표시장치)의 핵심 물질인 액정물질을 물리, 화학적인 관점에서 융합연구를 주도하고 있는 액정물질 전문 과학자다. 현재까지, 우리나라에서 액정 디스플레이를 많이 생산해 왔음에도 불구하고, 그 핵심 물질인 액정물질에 대한 기초연구는 해외에 비해 국내 연구의 수준이 뒤떨어진 것이 사실이므로 관련 분야의 지속적인 발전을 위해서는 관련 기초 및 융합연구가 중요하다.
산업계에서도 LCD 관련 R&D 분야는 성숙단계라고는 하지만 최근 플렉시블, 폴더블, 스트레처블 디스플레이를 비롯해 OLED 분야에서도 코팅이 가능한 다양한 기능성 박막 필름이 필요한데, 이에 배향된 액정분자체 기반의 보상 필름이 유력한 후보군으로 떠오르고 있고, 자동차용 각종 디스플레이, 증강현실용 소프트 로보틱스뿐만 아니라 차세대 통신, 안테나 분야 등에도 액정물질 기반의 핵심 연구가 필요한 상황이다.
윤 교수는 디스플레이 분야에서 가장 일반적으로 많이 연구되는 방향성만 있는 네마틱(Nematic)이라고 하는 단순한 액정 상(phase)을 비롯해 차세대 디스플레이 및 디스플레이를 넘어서는 새로운 응용 분야를 열 수 있는 판상형 액정(Smectic LC) 분야에서 두각을 나타내어‘사이언스 어드밴시스’ 등 세계적인 수준의 저널들에 150여 편의 연구 결과를 발표하고 특허 또한 30여 편을 출원 및 등록할 정도로 활발한 연구 활동을 펼치고 있다.
윤 교수의 액정물질 기반 나노 및 마이크로패터닝과 관련한 연구 및 최신 응용연구 성과를 통해 국제액정학회가 인정했기 때문에 윤 교수가 ‘ILCS 중견학술상(Mid-Career Award (LG))’ 수상자로 선정됐다고 관계자는 설명했다.
윤 교수는 현재 ‘초분자 액정물질 및 액정고분자 패터닝’이라는 새로운 분야를 개척 중으로, 기초과학연구뿐만 아니라 차세대 통신 분야에 대해서도 액정물질을 기반으로 융합 기술을 개발하는 연구도 함께 진행하고 있다.
2024.07.26
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미토콘드리아로 퇴행성 질환까지 제어 가능하다
우리 대학 생명화학공학과 김유식 교수 연구팀이 비정상적 면역 활성을 유발해 염증반응이 동반된 세포 사멸을 일으키는 미토콘드리아 이중나선 RNA의 새로운 조절 기전을 찾아냈다고 22일 밝혔다.
최근 미토콘드리아 이중나선 RNA가 스트레스 환경에서 세포질로 빠져나가 비정상적 면역 활성 및 세포 사멸을 유발한다는 것이 밝혀졌다. 또한 이러한 미토콘드리아 이중나선 RNA로 촉발되는 면역 활성은 관절염 및 헌팅턴 무도병을 비롯한 염증반응이 동반된 퇴행성 질환과 자가면역질환 중 하나인 쇼그렌 증후군의 발병 및 진행에 핵심적인 역할을 한다는 것이 보고됐다.
아직 미토콘드리아 이중나선 RNA의 분자적 조절 기전에 대해서는 보고된 바 없다는 점을 착안해서 연구팀은 미토콘드리아 내에 존재하며 RNA와 결합할 수 있는 단백질에 대해 유전자 가위를 이용해 각 단백질의 발현을 억제한 후 미토콘드리아 이중나선 RNA의 발현량을 조사했다.
이 과정에서 RNA의 구성 물질 중 하나인 시토신의 화학적 변형을 유발하는 엔썬4(NSUN4)*이라는 단백질의 발현을 줄였을 때 미토콘드리아 이중나선 RNA의 발현이 유의미하게 증가하는 것을 확인했다.
*엔썬4 (NSUN4): NOP2/Sun RNA 메틸트랜스퍼라제 4
나아가, 연구팀은 단백질을 생산하지 않는 미토콘드리아 비암호화 RNA의 변형을 가속시키는 것이 동 단백질 엔썬4에 의해서라고 최초로 제시했다.
연구팀은 추가 연구를 통해 미토콘드리아 RNA 단백질들의 발현 감소로 축적된 미토콘드리아 이중나선 RNA의 양이 증가했으며 세포질로 누출된 미토콘드리아 이중나선 RNA는 면역반응을 활성화시켰다. 이를 통해 연구팀은 새로운 세포 내 면역 유발인자로 최근 주목받기 시작한 미토콘드리아 이중나선 RNA의 변형에 의한 발현 조절 기전을 제시했다.
생명화학공학과 김유식 교수는 “이번 연구를 통해 비정상적 면역 활성 유발 인자로 최근 주목받고 있는 미토콘드리아 이중나선 RNA의 형성 및 조절 기전을 밝혔다”면서 “이번 연구의 결과를 바탕으로 면역 계통 질환을 비롯해 다양한 퇴행성 질환의 발병 및 진행 과정을 효과적으로 제어할 수 있는 전략을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.
생명화학공학과 김수진 박사(現 보스턴 아동병원 (Boston Children’s Hospital) 및 하버드 의과대학(Harvard Medical School) 박사후연구원)와 탄 스테파니(Tan Stephanie) 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 셀(Cell) 자매지인 ‘몰레큘러 셀(Molecular Cell)’ 7월 16일 字에 온라인 게재됐다. (논문명 : RNA 5-methylcytosine marks mitochondrial double-stranded RNAs for degradation and cytosolic release).
한편 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구지원사업과 미국 국립보건원의 지원으로 수행됐다.
2024.07.22
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바이러스와 세균의 진화를 규명하다
바이러스는 특정 세포 안에 침투했을 때만 증식의 생명력을 띠고 그 외에는 무생물 같으며, 사람 세포를 감염시키는 코로나19 바이러스, 세균을 잡아먹으며 증식하는 세균바이러스 등이 있다. 국내 연구진이 세균바이러스가 RNA 합성을 마무리 짓는 방식에 해체종결(1)만 있고 재생종결(2)은 없다는 사실을 밝히고 RNA 의약품 개발에 응용될 가능성을 높였다.
(1)해체종결: 합성 복합체가 중합효소, DNA, RNA로 해체
(2)재생종결: RNA만 분리되고 중합효소는 DNA에 남아 재생
우리 대학 생명과학과 강창원 명예교수(줄기세포연구센터 고문)와 서울대학교 물리천문학부 홍성철 교수의 공동연구팀이 세균의 리보핵산(RNA) 합성방식 두 가지 중 하나가 바이러스에는 없다는 것을 발견해, 세균이 바이러스로부터 진화하면서 획득한 방식을 처음 밝힌 연구 논문을 핵산 분야 최상급 국제학술지에 게재했다고 19일 밝혔다.
유전자 DNA의 유전정보에 따라 RNA를 합성하는 효소가 RNA 중합효소다. 이는 유전정보가 DNA에서 RNA로 옮겨 적히기에 전사(轉寫)라고 부르는 유전자 발현 첫 단계를 수행하며, RNA 백신 등 첨단 RNA 의약품을 개발 생산하는 데에 쓰인다. 연구팀은 세균바이러스의 RNA 중합효소를 연구해서 생물로 진화하기 이전 태초의 RNA 합성(전사) 방식을 밝힌 것이다.
유전자에 따라 다른 게 아니라 어느 유전자든 전사 마무리 방식에 두 가지가 있다는 것을 수년 전 세균에서 발견했었다. 그리고 세균보다 진화한 진핵생물 효모의 유전자 전사에서도 두 방식이 모두 쓰인다는 것이 지난달에 보고됐다. 사람도 진핵생물이어서, 세균과 효모뿐 아니라 사람까지 온갖 생물의 유전자 전사에 두 방식 모두 쓰일 개연성이 커졌다.
그런데 이번 연구에서 세균바이러스의 방식은 세균이나 효모와 사뭇 다르다는 것이 밝혀졌다. 바이러스의 경우 재생종결 없이 해체종결만 일어나는 것이다. 이를 토대로, 연구팀은 RNA 중합효소가 세균에서 바이러스와 달리 적응하면서 해체종결에 재생종결이 추가돼 두 방식이 공존하게 되었고, 최소한 효모로의 진화에서 그대로 보존됐다는 해석을 내놓았다.
이번 연구에서 거푸집 DNA와 전사물 RNA에 각기 다른 형광물질을 부착해 전사 복합체 하나하나의 형광을 실시간으로 측정하는 단일분자 형광기술 연구기법이 사용됐다. 전사 종결로 RNA가 방출될 때 DNA가 효소에 붙어있는지 떨어지는지를 낱낱이 구별할 수 있게 설계한 것이 특장점이다. 특히 형광물질이 전사 반응에 지장을 주지 않도록 하는 게 관건이었다.
송은호 박사후연구원과 한선 박사과정 대학원생이 공동 제1 저자로 참여한 논문(제목: Single-mode termination of phage transcriptions, disclosing bacterial adaptation for facilitated reinitiations)이 학술지 핵산연구(Nucleic Acids Research)에 7월 16일 게재됐다. 이로써 강창원 교수와 홍성철 교수는 2017년부터 총 8편의 논문을 공동으로 발표했다.
강창원 교수는 "이번 연구를 통해 수 초 동안의 분자 반응에서 유구한 진화과정을 밝혀냈고, 앞으로 더 광범위한 진화를 연구할 계획이다”라고 했다. 홍성철 교수는 "분자 하나하나를 관찰하여 복잡한 생물체의 진화를 파악했고, 이런 단일분자 연구기법을 차세대 RNA 의약품과 진단 시약의 개발에 응용하는 연구로 이어가고자 한다”라고 했다.
2024.07.19
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혐오 발언 탐지의 문화적 차이 해결, NAACL 2024에서 Resource Award 수상
전산학부 Users & Information Lab. 연구실의 오혜연 교수와 제1저자 석사과정 이나연(오혜연 교수 지도 학생)의 연구가 지난 6월 16일부터 21일까지 멕시코시티에서 열린 '2024 Annual Conference of the North American Chapter of the Association for Computational Linguistics' (NAACL 2024) 국제 학회에서 '교차 문화적 데이터셋 구축을 통한 영어 혐오 발언 어노테이션의 문화 간 차이와 영향 분석(Exploring Cross-Cultural Differences in English Hate Speech Annotations: From Dataset Construction to Analysis)'에 관한 논문으로 '리소스 어워드(Resource Award)'를 수상했다.
NAACL은 자연어처리 분야에서 최고 권위를 자랑하는 국제 학회로, 올해는 2,434편의 논문이 제출되었으며 그 중 565편만이 채택되었다 (채택률 23.2％).
Resource Award는 학회에서 주어지는 특별한 상 중 하나로, 제출 논문 중 혁신성, 활용 가능성, 영향력, 품질을 고려하여 선정된다.
이번 수상 연구는 교차 문화적 영어 혐오 발언 데이터셋을 구축하고, 문화 간 어노테이션 차이와 대형 언어 모델의 편향성을 분석하여 영어 혐오 발언 분류기의 문화적 민감성을 향상시키는 데 기여했다는점에서 높은 평가를 받았다.
이번 연구에는 KAIST 전산학부의 이나연, 정찬이, 명준호, 진지호 학생들과 Cardiff University의 Jose Camacho-Collados 교수, KAIST 전산학부의 김주호 교수, 오혜연 교수가 참여하였다. 본 연구는 미국, 호주, 영국, 싱가포르, 남아프리카 공화국의 5개 영어권 국가에서 수집된 데이터와 어노테이션을 기반으로 하여, 각국의 문화적 배경이 혐오 발언 어노테이션에 미치는 영향을 분석했다. 이를 통해 문화적 배경이 혐오 발언 인식에 미치는 중요한 차이를 밝혀냈으며, 특히 서구권 국가와 다른 문화적 맥락을 가진 국가 간의 어노테이션 차이가 두드러짐을 보였다.
오혜연 교수와 이나연 학생은 "이번 연구를 통해 혐오 발언 탐지에 있어 문화적 차이의 중요성을 밝힐 수 있어 기쁩니다. 연구팀의 노력 덕분에 이러한 성과를 얻을 수 있었으며, 앞으로도 자연어처리 분야에서 문화적 다양성을 고려한 연구를 지속해 나가겠습니다."라고 소감을 전했다.
이번 수상은 KAIST 연구팀의 혁신적인 접근과 자연어처리 분야에서의 문화 간 연구의 중요성을 국제적으로 인정받은 결과이다. 이는 앞으로 관련 연구 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
연구 결과는 혐오 발언 탐지 분야뿐만 아니라, 다문화 사회에서의 인공지능 윤리와 문화적 편향성 해소 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
자세한 내용은 논문 링크(https://aclanthology.org/2024.naacl-long.236)에서 확인할 수 있다.
2024.07.16
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종양모델 칩으로 다조건 항암제 동시 평가
실제 인체에 항암제가 투여되면 약물 분자는 혈류를 따라 수송된다. 이 약물 분자들은 혈관 벽을 투과하고 확산한다. 확산한 분자는 종양 덩어리 내부까지 점차 침투해 약물 효능이 나타나게 된다. 우리 연구진이 바이오프린팅 기술로 36가지의 종양 미세환경을 유체채널 내부에 모사하여 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가하는데 성공하여 화제다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 박제균 교수 연구팀이 기존 바이오프린팅* 및 랩온어칩** 기술의 한계점을 극복하고 장점을 극대화하여 복잡한 종양 미세환경이 구현된 랩온어칩을 개발하여 여러 분석 변수가 반영된 약물 스크리닝을 수행하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.
* 바이오프린팅(bioprinting): 세포와 생체재료로 구성된 바이오 잉크를 활용하여 생체조직 및 기관과 유사한 기능적 구조물을 제작하는 3D 프린팅 기술
** 랩온어칩(lab-on-a-chip): “칩 위의 실험실”이란 개념을 갖고 있으며 각종 시료분석에 필요한 전처리, 분리, 희석, 혼합, 반응, 검출 기능 등을 미세유체 회로로 이루어진 채널 내에서 일괄적으로 수행할 수 있도록 만들어진 미세유체 소자 및 시스템
바이오프린팅은 조직이나 장기의 복잡한 형상과 조성을 체외환경에서 재현할 수 있는 생체모사 기술이지만, 제작된 생체모델의 배양 환경 제어와 분석이 어렵다. 반면, 랩온어칩은 미세 유체채널 내에서의 유체 제어 기술에 기반해 배양 환경의 정교한 제어와 다양한 분석 수행이 가능하지만, 미세한 유체 통로 내부에 생체 환경을 모사하는 데 한계가 있었다.
연구진은 바이오프린팅 기술로 서로 다른 조성으로 구성된 총 36개의 종양 모델을 랩온어칩 내에 형성한 후, 동일한 소자 내에서 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가하는 데 성공했다.
연구팀은 바이오프린팅의 우수한 공간적 자유도와 다양한 생체재료를 활용할 수 있다는 장점을 이용해, 세 가지 서로 다른 조성으로 이루어진 36개의 종양 모델을 하나의 미세 유체소자에 집적시켰다. 세포를 유동 배양해 물질 수송에 핵심 구조물인 혈관 벽과 종양 덩어리를 모사하여 네 가지 농도의 항암제를 종양 모델에 유입함으로써, 하나의 소자에서 12가지 실험 조건의 약물 평가를 수행했다.
또한 연구팀은 혈관 벽에 의해 약물 분자의 수송이 저해되고 종양 덩어리 내부까지 침투되는 현상을 관찰할 수 있었고, 체내 수송 과정을 모사하지 못했던 기존 종양 모델과 약물 효능에 큰 차이를 보인다는 것을 확인했다.
이처럼 바이오프린팅-랩온어칩 통합기술을 활용해 모델 복잡성, 모델 수, 모델 처리량 등 다양한 변수를 고려한 체외 종양 모델을 제작할 수 있었고, 더욱 신뢰성 있는 약물 평가를 수행할 수 있었다.
연구를 주도한 박제균 교수는 “바이오프린팅과 랩온어칩의 통합기술로 제작된 미세 유체 세포배양 및 분석 플랫폼의 개발에 따른 신뢰성 있는 약물 평가 모델에 대한 성과”임을 강조하며, “향후 다양한 조직 및 장기 특성을 모사하고 생물학적 분석과 약물 효능 평가를 고효율로 수행할 수 있는 동물실험 대체용 차세대 체외 세포배양 및 분석 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
바이오및뇌공학과 이기현 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)'에 2024년 6월 3일 자로 온라인판에 게재됐다.
(https://doi.org/10.1002/adhm.202303716. 논문명: Bioprinted multi-composition array mimicking tumor microenvironment to evaluate drug efficacy with multivariable analysis).
또한, 이번 논문은 와일리-VCH(Wiley-VCH) 출판사의 ‘핫 토픽: 종양과 암(Hot Topic: Tumors and Cancer)’세션과 ‘핫 토픽: 미세유체공학(Hot Topic: Microfluidics)’세션에 동시 선정됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.07.16
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맞춤형 종양 모델 구축 스페로이드 플랫폼 개발
세포들이 뭉쳐 생성된 구형 집합체인 스페로이드(spheroid)의 제작 기술은 현재 단일 조건의 스페로이드를 대규모로 생성하는 것까지는 가능하나, 체내 조직의 기능을 모사할 수 있는 최적의 크기 및 세포 조성 범위의 탐색이 어렵고, 다중 약물 스크리닝에 적합하지 않다는 문제가 있었다. 우리 연구진이 단 3번의 세포 주입으로 10가지 세포 조성을 갖는 100개의 스페로이드를 제작하고, 25가지 약물 조합을 동시에 처리할 수 있는 플랫폼을 구축하는 데 성공했다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 박제균 교수 연구팀이 다양한 스페로이드 어레이(배열)를 맞춤형으로 손쉽게 제작하고 이를 구획화해 다중 시약 처리를 수행할 수 있는 조립형 마이크로어레이 플랫폼을 개발했다고 27일 밝혔다.
기존 단일 조건의 스페로이드를 대규모로 제작하는 방법은 다중 약물 스크리닝이 어렵고, 다중 약물 스크리닝이 가능한 방법은 대규모 제작이 어려워, 두 가지 장점을 동시에 만족하는 플랫폼이 개발되지 않은 실정이었다.
* 다중 약물 스크리닝: 암 치료의 식별 및 약물 안전성 평가를 위해 약물의 종류, 농도 등 다양한 실험 조건 변화에 따른 세포 및 조직의 반응을 평가하는 방법
연구팀은 조립식 플랫폼의 핵심기술인 행잉드롭 마이크로어레이*, 그래디언트(gradient) 블록**, 오목 기둥 마이크로어레이***를 개발하고, 이들의 조립 방식에 따라 달라지는 여러 가지 스페로이드 어레이 기반 종양 모델의 제작 방법과 분석 방법을 발표했다.
* 행잉드롭 마이크로어레이: 고드름과 같이 표면에 매달린 형태의 물방울을 의미하는 행잉드롭 내에 세포가 존재하면 중력에 의해 세포들이 응집되어 스페로이드가 만들어짐. 행잉드롭 마이크로어레이는 바닥 면에 구멍이 2차원으로 배열되어, 단 한 번의 세포 혼합용액 주입으로 행잉드롭을 어레이 형태로 형성할 수 있어, 균일한 스페로이드 어레이를 제작할 수 있음
** 그래디언트 블록: 경사면을 가지는 블록으로, 행잉드롭 마이크로어레이와 조립하게 되면 각각의 어레이 구멍에 가라앉는 세포의 수가 선형으로 변화하게 되어 이를 통해 크기가 규칙적으로 변화하는 스페로이드 어레이를 제작할 수 있음
***오목 기둥 마이크로어레이: 행잉드롭과 접촉하여 스페로이드를 기둥 상부에 안착시켜 회수할 수 있는 구조를 갖고 있어, 스페로이드 어레이를 개별적으로 분리하고 이동시킬 수 있음
연구팀은 10가지의 다른 세포 조성을 가지며, 조성 별로 10개의 스페로이드가 존재하는, 총 100개의 삼중 배양 스페로이드로 구성된 어레이를 단 세 번의 세포 혼합용액 주입으로 생성시키는데 성공했다.
또한 연구팀은 행잉드롭 마이크로어레이와 오목 기둥 마이크로어레이의 조립을 통해 대규모로 생성된 스페로이드를 작은물방울 형태로 각각 분리하고, 구획화된 행잉드롭 마이크로어레이로 옮겨 스페로이드 어레이를 구획화시키는 방법을 새롭게 선보였다. 이를 통해 스페로이드 어레이의 순차적 다중 시약 처리 및 일괄적 형광 염색이 가능하게 되어 스페로이드 분석 및 실험 과정이 획기적으로 개선됐다.
연구를 주도한 박제균 교수는 “이번 연구는 다양한 크기와 조성을 갖는 스페로이드 어레이를 대규모로 제작하고, 원하는 대로 이동시켜 일괄 또는 다중 시약 처리가 가능한 고효율 스크리닝 플랫폼의 개발 성과”임을 강조하며, “간단하면서도 우수한 편의성을 갖춘 플랫폼이기에, 향후 다른 연구자들도 스페로이드 및 오가노이드의 크기와 조성에 따른 변화 연구와 다양한 세포 조성으로 이루어진 복잡한 스페로이드, 오가노이드 어레이를 이용한 고효율 약물 스크리닝 등에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
우리 대학 바이오및뇌공학과 김휘수 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’에 2024년 5월 30일 자로 온라인판에 게재됐다.(https://doi.org/10.1002/adhm.202400501. 논문명: Reconfigurable Hanging Drop Microarray Platform for On-demand Preparation and Analysis of Spheroid Array) 또한 상기 논문은 와일리-VCH(Wiley-VCH) 출판사의 “핫 토픽: 종양과 암(Hot Topic: Tumors and Cancer)” 세션에도 선정됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(중견연구)의 지원을 받아 수행됐다.
2024.06.27
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산업디자인학과, 프랑스 파리에서 올림픽 기념 특별기획전 참여
우리 대학이 프랑스 현지에서 이달 23일부터 10월까지 열리는 2024 파리올림픽 기념전 ＜한국의 놀이＞ 특별기획전에 참여한다. 올림픽의 어원에 있는 '놀이'를 재해석하고 과거·현재·미래를 아울러 다채로운 한국의 놀이문화를 다루는 전시로 주 프랑스한국문화원이 주최한다. 한국과 프랑스의 다양한 문화예술기관과 기업 등이 협력하며, 우리 대학 산업디자인학과(학과장 이우훈) 7개 연구실이 연구·교육기관 소속으로는 유일하게 참여한다.
우리 대학이 전시를 맡은 '미래의 놀이 실험실'에서는 산업디자인 연구의 최전선이라 할 수 있는 디자인·예술·공학이 융합된 전시를 통해 미래의 놀이가 나아갈 방향성을 제시한다.▴창의적인 놀이 활동을 통해 융합 교육을 도와주는 증강현실 시스템을 선보이는 남택진 교수팀의 '오토마타스테이지(Automata Stage)' ▴최신 인공지능 기술로 퍼스널 컬러를 진단하는 석현정 교수팀의 '어센틱 컬러 플레이(Authentic Color Play)' ▴손가락 사이에 있는 가상의 물체를 사용자가 느끼게 하는 햅틱 컨트롤러와 웨어러블 디바이스를 소개하는 안드레아 비앙키 교수팀의 '스피노키오와 스피노키엣또(SpinOcchio & SpinOcchietto)' 등 사용자 체험형 전시가 마련된다. ▴전등 갓의 모양 변화에 따라 램프에서 나오는 빛의 강도와 방향을 바꿀 수 있는 배상민 교수팀의 키네틱 조명 '딜라이트(D'light)' ▴전기차 기술을 활용해 미래 모빌리티 디자인의 비전을 제시하는 박현준 교수팀의 '부가티 '숨'(Bugatti Le Souffle)' 등 제품 및 모빌리티 디자인도 선보인다. ▴지구 온난화로 인해 위협받는 빙하의 메시지를 전하는 인터랙티브 아트 설치 작품을 선보이는 이우훈 교수팀의 '스노우 메시지(Snow Message)' ▴인류세의 모습들을 상징적으로 표현하는 웹 기반 인터랙티브 작품인 강이연 교수팀의 '미지의 영토(Uncharted Territory)' 등 인터랙션 디자인도 함께 관람할 수 있다.
우리 대학 산업디자인학과는 인터랙션 디자인과 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 분야에서 세계적으로 인정받는 우수한 연구성과를 보유하고 있다. 올림픽 개최지에서 5개월간 진행되는 이번 전시를 통해 기술·공학 분야는 물론 문화·인문학적으로도 뛰어난 융복합 연구성과를 전 세계 방문객들에게 소개할 방침이다. 이우훈 산업디자인학과장은 "한국인의 감성으로 기술을 인간화한 7개의 전시 작품은 한국적 디자인의 정체성을 전 세계 관람객들에게 각인하는 계기가 될 것으로 기대하고 있다"라고 전했다. 이어, "학계를 중심으로 성과를 인정받아 온 연구자들에게는 이번 전시가 디자인과 문화예술의 접점을 모색하고 연구의 지평을 넓혀가는 새로운 도전이 될 것"이라고 덧붙였다.
2024.05.23
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