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바이오나노 나노소재 고기능소재

높은 정확도의 고대비 암 진단을 위한 줄기세포 기반 가역성 형광 스위치 시스템

특허번호: 10-2219811

연구자 정보 : 김윤경

관련특허 바로가기
기술완성도3/4
TRL01

후보물질(화합물/균주) 발굴단계

TRL02

기본효능 검증(in vitro) 단계

TRL03

효능평가(in vivo) 단계

TRL04

안전성 검증/임상준비단계

기술 개요

형광 이미징은 생물학 연구에 있어 필수 불가결한 연구방식으로, 단순히 live 또는 fixed cell(세포) 및 tissue(조직) sample(시료)에 대해 실험실에서 수시로 이루어지는 현미경 관찰에서부터 mouse와 같은 소형동물 이미징까지, 비교적 저렴한 비용과 짧은 소요시간, 간단한 시료 준비과정, 장비의 보편화 및 안전성이 양호하여, 고사양 장비의 개발과 더불어 암과 같은 난치성 질환의 신속한 진단과 치료에의 응용이 인간에까지 조만간 확대될 것으로 점점 더 기대되고 있음. 하지만 in vivo(생체내) 형광 이미징은 (조사 및 방출하는) 빛 투과 깊이(penetration depth)의 제한 뿐만 아니라, 생체내 존재하는 각종 물질들에 의한 autofluorescence(자가형광), 빛의 산란과 흡수 등의 문제로 인해 이의 효율적 활용에 아직 한계가 있는 것이 현실임. 이를 개선하고자, “switchable (또는 activatable)” fluorescence imaging probe가 등장하여, 암과 같은 질환부위의 특이 환경(enzyme, pH, redox 등)에 선택적으로 감응하여 형광이 암에서만 off→on 또는 on→off되게 함으로써, 암 진단을 보다 원활히 하고자 하였음. 하지만, 이 또한 대개 낮은 on-off contrast와 1회성(비가역적)인 점, 질환부위로의 비효율적 delivery, 독성 등의 문제로 실용화에는 한계가 있었음
본 발명에서는 기존에 개발한 nano-sized(나노사이즈의) high-contrast(고대비) reversible fluorescence photoswitch(가역적 형광 스위치) 화합물을 tumor tropism(암으로 찾아가는 성질)을 가진 stem cell(줄기세포)에 효율적으로 탑재한 system을 제조하여, 이를 이용하여 높은 정확도의 고대비 암 진단을 실현하였음. 구체적으로, 체내 주입 후 일정 시간 경과 뒤 암 부위에만 선택적으로 stem cell이 tumor tropism에 의해 전달되었고, 생체내 형광 이미징시 혼동(오진)의 우려가 있는 autofluorescence가 있는 실제 환경에서도 암 부위에 전달된 stem cell의 정확한 위치를, 파장이 다른 2가지 빛을 교대로 조사하여 고대비 reversible fluorescence photoswitching(가역적 형광 스위칭)에 의해 반복적으로 (즉, 여러 번 형광이 on-off되게 하여 이러한 고유의 성질을 가진 reversible photoswitch 물질이 그 부위에 (줄기세포에 탑재된 상태로) 존재한다는 것을) 다시 한번 확인함으로써 신뢰도가 높은 정확한 암 진단을 할 수 있는 방법을 개발하였음. 본 발명에서는 특히 나노메디슨 분야에서 최근 stem cell에 의한 tumor tropism을 이용하는 경우 대부분 사용되어온 mesenchymal stem cell이 tumor를 오히려 촉진할 수 있다는 보고가 있어, 이러한 문제가 사실상 없는 것으로 알려진 neural stem cell(신경줄기세포)를 이용하여, 안전성과 실효성 면에서 훨씬 유리함. 또한 cancer nanomedicine(암 나노메디슨) 분야에서 tumor targeting을 달성하는 2대 방식인 passive targeting(enhanced permeability and retention (EPR) effect 기반)과 active targeting(targeting ligand 여러 개를 표면에 장착하여 multivalent effect에 기반하여 특이성과 효율을 향상하는) 이 암에서만 선택적으로 이루어지지 않고 간과 비장 등 원하지 않는 장기에도 수개월 이상 장기간 상당량 축적되어 안전성에도 문제가 심각한 점을 고려할 때, 훨씬 더 실효성이 높은 방법으로 기대됨