[학위논문]질병 조기진단을 위한 형광 센서 개발: 췌장 질환 및 흑색종 바이오마커 검출 Development of Fluorescence Sensors for Early Diagnosis: Detection of Pancreatic Disease and Melanoma Biomarkers
바이오마커는 특정 질병이 존재할 때 혈액 또는 소변에서 정상 농도를 벗어난다. 따라서, 혈청 및 소변에서 바이오마커의 농도를 분석하면 질병을 조기진단할 수 있어, 이는 질병에 의한 사망률을 낮추는데 도움이 된다. 본 논문에서는 췌장 질환과 흑색종의 조기진단을 위해 각각의 바이오마커인 ...
바이오마커는 특정 질병이 존재할 때 혈액 또는 소변에서 정상 농도를 벗어난다. 따라서, 혈청 및 소변에서 바이오마커의 농도를 분석하면 질병을 조기진단할 수 있어, 이는 질병에 의한 사망률을 낮추는데 도움이 된다. 본 논문에서는 췌장 질환과 흑색종의 조기진단을 위해 각각의 바이오마커인 트립신과 티로시나아제를 검출하는 형광 센서를 개발했다. 트립신 검출을 위한 형광 프로브는 파란색의 강한 형광을 나타낸다. 이 화합물은 음이온을 나타내기에 양전하를 갖는 프로타민과 정전기적 상호작용하여 응집체를 형성하고 광유도 전자 전달에 의해 형광이 소광된다. 트립신이 존재하면 프로타민은 트립신에 의해 가수분해가 되어 응집체가 풀리고 민감한 형광 회복을 보여준다. 트립신 농도에 따라 형광 회복 정도가 다르기에 형광이 증가하는 것을 통해 트립신을 정량적으로 검출했다. 실제 사람 소변 및 혈청에서도 트립신의 민감한 검출이 가능함을 확인했다. 티로시나아제 형광 센서는 티로시나아제 인식 부위(3-hydroxyphenyl moiety)를 가지며, 인식 부위로 인해 들뜬 상태 분자 내 양이온 이동이 일어나지 않아 파란색의 형광을 보인다. 티로시나아제에 의해 인식 부위가 산화되어 제거되면 benzothiazole의 질소와 분자내 수소결합이 가능한 2-hydroxynaphtyl을 갖는 분자가 생성된다. 생성된 분자는 입체화학적으로 수산화기와 질소가 가깝게 위치하며 들뜬 상태 분자 내 양이온 이동이 일어나 초록색의 형광을 보여준다. 해당 센서를 통해 억제제(resorcinol) 스크리닝이 가능함을 보였다. 또한 실제 혈청에서 티로시나아제의 검출이 가능함을 확인했다. 두 센서 모두 억제제 스크리닝이 가능함을 보여 신약 개발에 있어 활용될 수 있는 가능성을 나타냈다. 또한, 방해물질이 많은 실제 체액에서 민감하고 선택적으로 바이오마커를 감지했다. 이는 개발한 센서들이 질병 조기진단 및 치료 모니터링 응용에 대한 잠재력이 있음을 보여준다.
바이오마커는 특정 질병이 존재할 때 혈액 또는 소변에서 정상 농도를 벗어난다. 따라서, 혈청 및 소변에서 바이오마커의 농도를 분석하면 질병을 조기진단할 수 있어, 이는 질병에 의한 사망률을 낮추는데 도움이 된다. 본 논문에서는 췌장 질환과 흑색종의 조기진단을 위해 각각의 바이오마커인 트립신과 티로시나아제를 검출하는 형광 센서를 개발했다. 트립신 검출을 위한 형광 프로브는 파란색의 강한 형광을 나타낸다. 이 화합물은 음이온을 나타내기에 양전하를 갖는 프로타민과 정전기적 상호작용하여 응집체를 형성하고 광유도 전자 전달에 의해 형광이 소광된다. 트립신이 존재하면 프로타민은 트립신에 의해 가수분해가 되어 응집체가 풀리고 민감한 형광 회복을 보여준다. 트립신 농도에 따라 형광 회복 정도가 다르기에 형광이 증가하는 것을 통해 트립신을 정량적으로 검출했다. 실제 사람 소변 및 혈청에서도 트립신의 민감한 검출이 가능함을 확인했다. 티로시나아제 형광 센서는 티로시나아제 인식 부위(3-hydroxyphenyl moiety)를 가지며, 인식 부위로 인해 들뜬 상태 분자 내 양이온 이동이 일어나지 않아 파란색의 형광을 보인다. 티로시나아제에 의해 인식 부위가 산화되어 제거되면 benzothiazole의 질소와 분자내 수소결합이 가능한 2-hydroxynaphtyl을 갖는 분자가 생성된다. 생성된 분자는 입체화학적으로 수산화기와 질소가 가깝게 위치하며 들뜬 상태 분자 내 양이온 이동이 일어나 초록색의 형광을 보여준다. 해당 센서를 통해 억제제(resorcinol) 스크리닝이 가능함을 보였다. 또한 실제 혈청에서 티로시나아제의 검출이 가능함을 확인했다. 두 센서 모두 억제제 스크리닝이 가능함을 보여 신약 개발에 있어 활용될 수 있는 가능성을 나타냈다. 또한, 방해물질이 많은 실제 체액에서 민감하고 선택적으로 바이오마커를 감지했다. 이는 개발한 센서들이 질병 조기진단 및 치료 모니터링 응용에 대한 잠재력이 있음을 보여준다.
Biomarkers deviate from their normal concentrations in serum or urine in the presence of specific diseases. Measuring the concentration of biomarkers in serum and urine allows for the early diagnosis of diseases, which can reduce mortality rates. This paper presents the development of fluorescence s...
Biomarkers deviate from their normal concentrations in serum or urine in the presence of specific diseases. Measuring the concentration of biomarkers in serum and urine allows for the early diagnosis of diseases, which can reduce mortality rates. This paper presents the development of fluorescence sensors for detecting the pancreatic disease biomarker trypsin and the melanoma biomarker tyrosinase for early disease diagnosis. The trypsin sensor interacts with protamine, which is positively charged, and shows a sensitive fluorescence recovery due to the proteolysis of protamine by trypsin. The sensitive detection of trypsin was confirmed in real human urine and serum samples. The tyrosinase fluorescence sensor contains a recognition site for tyrosinase and exhibits blue fluorescence due to the absence of excited state intramolecular proton transfer. Upon oxidation and removal of the recognition site by tyrosinase, green fluorescence is observed due to the occurrence of excited state intramolecular proton transfer. This sensor enabled inhibitor screening and the sensitive detection of tyrosinase in real serum samples. Both sensors demonstrated sensitive and selective detection in real biological fluids, highlighting their potential for applications in early disease diagnosis and monitoring therapy.
Biomarkers deviate from their normal concentrations in serum or urine in the presence of specific diseases. Measuring the concentration of biomarkers in serum and urine allows for the early diagnosis of diseases, which can reduce mortality rates. This paper presents the development of fluorescence sensors for detecting the pancreatic disease biomarker trypsin and the melanoma biomarker tyrosinase for early disease diagnosis. The trypsin sensor interacts with protamine, which is positively charged, and shows a sensitive fluorescence recovery due to the proteolysis of protamine by trypsin. The sensitive detection of trypsin was confirmed in real human urine and serum samples. The tyrosinase fluorescence sensor contains a recognition site for tyrosinase and exhibits blue fluorescence due to the absence of excited state intramolecular proton transfer. Upon oxidation and removal of the recognition site by tyrosinase, green fluorescence is observed due to the occurrence of excited state intramolecular proton transfer. This sensor enabled inhibitor screening and the sensitive detection of tyrosinase in real serum samples. Both sensors demonstrated sensitive and selective detection in real biological fluids, highlighting their potential for applications in early disease diagnosis and monitoring therapy.
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