초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 목표는 생물학적 활성을 보유한 단백질-고분자 나노 구조체를 제조하고 크기‧ 형상‧내부물질과 같은 특성을 제어하여 biomaterial로서 응용을 제시하는 것임.
이에 단백질과 결합 가능한 말단 작용기 보유 고분자를 합성하였고 고분자-단백질 결합체를 형성하여 고분자-단백질 하이브리드 나노 입자를 형성하였음. 고분자-단백질 간 결합 종류 변경 및 단백질 껍질 가교를 통하여 구조 안정도를 증가시켰고, 기능성 물질 담지를 통하여 나노 전달체로서의 기능성을 부여하였음. 나아가 응용성 확인 및 확

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구의 목표는 생물학적 활성을 보유한 단백질-고분자 나노 구조체를 제조하고 크기‧ 형상‧내부물질과 같은 특성을 제어하여 biomaterial로서 응용을 제시하는 것임.
이에 단백질과 결합 가능한 말단 작용기 보유 고분자를 합성하였고 고분자-단백질 결합체를 형성하여 고분자-단백질 하이브리드 나노 입자를 형성하였음. 고분자-단백질 간 결합 종류 변경 및 단백질 껍질 가교를 통하여 구조 안정도를 증가시켰고, 기능성 물질 담지를 통하여 나노 전달체로서의 기능성을 부여하였음. 나아가 응용성 확인 및 확장을 위하여 구조체의 세포투과평가, 단백질 케이지 형성 그리고 바이러스 유사 고분자 구조체 형성 등을 수행하였음.

□ 연구결과
● 고분자-단백질 하이브리드 나노 구조체 구성 소재 합성
- ring opening polymerization (ROP)을 사용하여 단백질의 히스티딘 표지와 특이적으로 결합할 수 있는 Ni²⁺-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) 작용기를 말단에 보유한 생분해성 고분자 polylactide (PLA)를 합성하였음
- atom transfer radical polymerization (ATRP)을 사용하여 단백질과 공유 결합할 수 있는 N-hydroxysuccinimide (NHS) 작용기를 말단에 보유한 폴리스티렌을 합성하였음
- 대장균 발현 (E.coli) 기법을 통하여 히스티딘 표지 형광 단백질을 합성하였음
- 담지용 기능성 물질로 사용 가능한 금 나노 입자를 합성하였음
● 고분자-단백질 하이브리드 나노 구조체 형성 및 개선
- Ni-NTA-PLA 기반 고분자-단백질 나노 입자를 형성하고 크기를 제어하였음
- 단백질 껍질 가교 또는 고분자-단백질 간 결합으로 공유 결합 도입을 통하여 입자의 구조 안정도를 향상시켰음
● 나노 전달체로의 기능부여 및 응용성 연구
- 소수성의 형광 기능성 물질을 담지 한 고분자-단백질 나노 입자를 형성 하였고 세포 실험을 통하여 전달체로의 가능성을 확인하였음
- 생체 적합하고 외부 표면, 내부 표면, 내부 공간 등에 복합적으로 기능성 물질 보유가가능한 hollow 단백질 케이지를 제조하였음
- 바이러스 항원 단백질을 발현하고 이를 구조 형성에 도입하여 인공 백신으로 적용 가능한 바이러스 유사 고분자 구조체를 형성하였음

□ 연구결과의 활용계획
본 과제의 고분자-단백질 구조 형성 기반 기술은 단일 공정, 크기 제어 가능, 소재 선택의 폭이 넓다는 장점을 가지고 있음. 특히 단백질 선택의 제약이 적어 응용 분야에 따라 특정 단백질을 선택하여 도입할 수 있으며, 단백질의 기능이 요구되는 응용 분야 전 범위에 걸쳐 활용이 가능함. 단백질 나노 구조체가 각광받고 있는 활용 분야는 능동적 약물 전달 시스템, 바이오 이미징 및 센서, 생 촉매 그리고 백신 개발임. 특히 본 연구진은 능동적 약물 전달 시스템과 인공 백신 개발에 주안점을 두고 본 과제 연구 결과를 활용할 계획에 있음.
(출처:요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose& contents
The purpose of this research is to prepare and control the polymer-protein nanostructures and demonstrate their possibility as biomaterials.
As contents, end-functionalized polymers which can conjugate with proteins were synthesized and polymer-protein hybrid nanoparticles

□ Purpose& contents
The purpose of this research is to prepare and control the polymer-protein nanostructures and demonstrate their possibility as biomaterials.
As contents, end-functionalized polymers which can conjugate with proteins were synthesized and polymer-protein hybrid nanoparticles were prepared through bioconjugation. The structural stability of nanoparticles was improved by changing conjugation method or cross-linking of protein shell. And functional nanocarrier which contain both proteins and fluorescent dye were successfully prepared. Furthermore we conducted cellular uptake test, protein cage formation and virus-mimetic polymer particle to confirm high-potential for application.

□ Result
● Material synthesis for polymer-protein hybrid nanostructures
- Bio-degradable polylactide (PLA) bearing Ni²⁺-nitrilotriacetic acid (Ni-NTA) which can specifically conjugate with histagged-proteins was synthesized via ring-opening polymerization (ROP)
- Polystyrene bearing N-hydroxysuccinimide (NHS) which can covalently conjugate with proteins was synthesized via atom transfer radical polymerization (ATRP)
- 6xHistidine tagged (His6-) fluorescent proteins were prepared through E.coli expression
- Gold nanoparticle was synthesized for introducing as functional guest molecules
● Preparation and improvement of polymer-protein hybris nanostructures
- Polymer-protein nanoparticle based on Ni-NTA-PLA was prepared and their size was controlled
- The structural stability of particles was improved by cross-linking of protein shell or introducing covalent bond as polymer-protein conjugation method
● Grand of function as nanocarrier and confirmation of applicability
- Polymer-protein nanoparticle loaded with hydrophobic fluorescent dye was prepared and their possibility as carrier was confirmed through cellular uptake experiment
- Biocompatible hollow proten cage was prepared as high-potential nanocarrier
- Virus-mimetic polymer particle was prepared by introducing virus antigen protein

□ Expected Contribution
Our system of polymer-protein structure preparation indicate several strengths such as one-pot process, size-controllablity and low limitation of material selection. Especially because of low limitation of protein selection, our system can be appled to broad field demanding protein's functions. The representative application fields of protein nanostructures are development of active targeting drug delivery system, bio-sensor, bio-catalyst and vaccine. Our group will focus on active targeting drug delivery system and artificial vaccine development as practical direction of our research results.
(출처:SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 2연구계획 요약문 ... 3연구결과 요약문 ... 4 한글요약문 ... 4 SUMMARY ... 5연구내용 및 결과 ... 6 1. 연구개발과제의 개요 ... 6 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 26 5. 연구결과의 활용계획 ... 29 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 29 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 30 8. 참고문헌 ... 31 9. 연구성과 ... 32 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 39 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 39 12. 기타사항 ... 41별첨1 대표연구성과 ... 42별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 57끝페이지 ... 65