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DNA 나노디바이스 활성 조절하는 나노필름 개발

DNA 나노디바이스 활성 조절하는 나노필름 개발 : 작성자, 작성일, 조회수, 보도시작시간,보도시작일, 첨부파일 정보 제공
작성자 관리자
작성일 2016-10-31 조회수 6,815
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DNA 나노디바이스 활성 조절하는 나노필름 개발

중앙대 홍진기 교수팀 연구결과
… DNA 나노구조체 체내 적용‧유전자 치료 가능성 높아져

 

 

한국보건산업진흥원(원장 이영찬, 이하 진흥원)은 중앙대학교 홍진기 교수(중앙대 화학신소재공학부) 연구팀이 DNA 나노디바이스의 활성화를 조절할 수 있는 방법을 나노필름을 통해 발견했다고 밝혔다.

 

홍진기 교수 연구팀은 보건복지부 첨단의료기술연구개발사업, 의료기기기술개발사업, 농촌진흥청 차세대바이오그린21사업의 지원으로 연구를 수행하였으며,

 

이 연구는 나노기술 분야의 권위 있는 국제 학술지인 “스몰(Small)”지에 온라인 발표(8.31)된 바 있으며, 또한 표지논문으로 출판 되었다(10.26).

 

논문명과 저자정보는 다음과 같다.

- 논문명 : Electronic Activation of a DNA Nanodevice Using a Multilayer Nanofilm
- 저자정보 : 홍진기 교수(교신저자, 중앙대 화학신소재공학부),
                  Francesco Ricci 교수(공동교신 저자, University of Rome Tor Vergata),
                  정혜중(제1저자, 중앙대 화학신소재공학부 박사과정) 등

 

본 연구는 DNA 나노디바이스를 활용하기 위한 플랫폼으로써 나노필름을 이용한 첫 번째 연구로, 체내 환경에서 DNA 나노구조체들을 전달하고 활용하는 가능성을 제시하여 유전자 진단과 치료에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

 

홍진기 교수는 “이번 연구가 DNA 기반 디바이스를 필름 형태로 개발하였기 때문에 향후 DNA 나노디바이스의 체내 적용 및 유전자 진단과 치료에 활용될 가능성을 높였다. 또한 이러한 필름화는 DNA 나노디바이스 기술의 상용화를 앞당길 수 있는 기술이기 때문에 향후 기술이전 등의 활발한 산학협력도 기대 할 수 있다”라고 설명하였다.

 

제 1저자로 연구를 수행 한 정혜중 연구원은 “궁극적으로는 암이나 유전병의 조기 진단이 가능한 의료공학기술의 발전에 도움이 되기를 바란다.”고 밝혔다.

 

 

※문의:진흥원 신약기기사업팀 김현태 연구원 ☎(043)713-8432
          중앙대학교 공과대학 화학신소재공학과 홍진기 교수 ☎(02)820-5561

 

 

□ 논문의 주요 연구내용

 

 

○ 선형 DNA 나노디바이스*를 전기감응성 나노필름**에 전기적 자극을 가하여 상보적 DNA***를 공급함으로써 DNA 나노디바이스를 활성화하는 방법을 개발


* DNA 나노디바이스: DNA 염기서열을 원하는 대로 설계하여 만들어진 DNA 구조체로 상보적 DNA, 단백질, 금속 이온 등의 다양한 트리거(trigger)에 의하여 활성화되어 구조적인 변형을 일으켜 특정한 기능을 수행

** 전기감응성 나노필름: 1 um 이하의 수십에서 수백 nm 두께의 얇은 고분자 필름이며, 전기적인 자극에 의해서 필름의 구성물질의 산화‧환원 반응이 일어남에 따라 예상된 기능을 수행

*** 상보적 DNA : 원래 유전학에서 전령 RNA(messenger RNA)에 상보적 배열을 가진 DNA를 의미하는 용어이지만, 본 연구에서는 DNA 나노디바이스의 염기배열과 상보적 염기배열을 가지는 DNA를 의미


DNA(Deoxyribonucleic acid)는 유전물질이지만 독성이 없고 체내에서 분해가 가능하며 염기서열을 기반으로 고유한 결합을 형성하므로 나노재료로써 각광받고 있음

DNA의 특성을 이용하여 매우 정교하게 설계된 DNA 나노디바이스는 상보적 DNA나 단백질, 금속 이온 등의 트리거(trigger)의 결합을 통해서 구조적인 변화가 일어나며 형광이나 약물 등을 방출하는 기능을 수행할 수 있었으나,


- 이러한 DNA 나노디바이스는 트리거가 존재하는 순간 반응이 일어나 활성화 조절이 어렵다는 한계점이 있었음

- 본 연구는 전기감응성 다층 나노필름을 제작하여 DNA 나노디바이스에 상보적으로 결합하는 DNA를 방출을 조절하여 이를 극복하였음

전기감응성 다층 나노필름은 두 가지 구조로 이루어지며, 첫 번째는 여섯 층으로 구성된 헥사레이어(hexalayer)임

- PBAE*/DNA/rGO+**/DNA/rGO+/PEDOT:PSS*** 구조이며, 가수분해 고분자, DNA, 그래핀, 전도성 고분자가 정교한 구조로 자기조립되어 DNA를 효율적으로 포함하고 전기적 자극에 의해서 방출할 수 있음

- 이러한 헥사레이어는 연속적으로 적층하여 원하는 두께 및 DNA를 포함하는 나노필름을 제작할 수 있으며, 헥사레이어 위에 조립되는 두 번째 구조는 바이레이어(bilayer)임

- rGO+/rGO-의 두 층으로 이루어진 이 구조는 그래핀의 탁월한 차단 기능을 이용하여 DNA가 확산에 의해서 유출되지 않도록 보호하는 기능을 하며, 이 구조 또한 반복적인 적층을 통해서 원하는 만큼 조립이 가능함


* PBAE : Poly β-amino ester, 가수분해 속도가 빠른 양전하를 띠는 고분자

** rGO+ : reduced graphene oxide, 환원된 그래핀 옥사이드로 아민(amine) 그룹으로 치환되어 양전하를 띰

*** PEDOT:PSS : Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate)으로 음전하를 띠는 전도성 고분자


위와 같은 다층 나노필름은 칩-전극* 위에 적층되며, 드롭 레이어-바이-레이어 자기 조립(Drop layer-by-layer self-assembly)** 방식으로 제작되며, 작은 물방울을 이용하여 나노필름을 제작할 수 있으므로 매우 경제적이며 필요한 부분에만 필름을 제작할 수 있다는 장점이 있음

* 칩-전극 : chip-electrode, 얇은 폴리에스터 필름 위에 gold electrode, platinum reference electrode, carbon counter electrode를 프린트하여 제작한 전극

** 드롭 레이어-바이-레이어 자기 조립 : drop layer-by-layer assembly, 고분자 기반 다층 나노필름을 제작하는 방법으로 여러 가지 재료를 분자간의 인력을 통해서 다층으로 조립할 수 있음


나노필름이 제작된 칩-전극은 포텐시오스탯(potentiostat)*에 연결하여 낮은 범위의 양전위와 음전위를 가하여 DNA의 방출 및 이에 따른 DNA 나노디바이스의 활성화를 형광 방출을 통해 확인하였음

결과적으로 환원 전위에 의해서 산화 전위보다 많은 양의 DNA가 일정하게 방출되었고, 반면 확산에 의해서 전극으로부터 유출되는 DNA는 거의 없는 것을 확인하였음

* 포텐시오스탯 : 전기화학에서 전기회로의 특정한 두 지점의 전위차가 일정한 값을 유지하게 하는 장치

 

 

<붙임> 1. 연구내용(그림설명)
            2. 용어설명

 

 

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