초록 ▼

지금까지의 나노입자를 포함한 약물전달시스템에 대한 연구가 효과적인 나노입자-약물복합체 자체를 디자인하는데 집중되어 나노입자-약물 복합체를 표적까지 운반하는 방식에 대해서는 연구가 간과되어 왔음에 착안하여, 본 과제에서는 DNA를 이용한 효율적인 나노입자-약물 복합체 이송방식에 대한 연구에 집중하였음. 이를 위하여 DNA를 나노입자에 bonding하던 기존의 방식과는 달리 DNA를 나노입자에 binding (non-bonding)하는 방식을 제안하였음. 즉, 화학적인 결합없이 π-orbital 사이의 stacking과 수소결합이라는

지금까지의 나노입자를 포함한 약물전달시스템에 대한 연구가 효과적인 나노입자-약물복합체 자체를 디자인하는데 집중되어 나노입자-약물 복합체를 표적까지 운반하는 방식에 대해서는 연구가 간과되어 왔음에 착안하여, 본 과제에서는 DNA를 이용한 효율적인 나노입자-약물 복합체 이송방식에 대한 연구에 집중하였음. 이를 위하여 DNA를 나노입자에 bonding하던 기존의 방식과는 달리 DNA를 나노입자에 binding (non-bonding)하는 방식을 제안하였음. 즉, 화학적인 결합없이 π-orbital 사이의 stacking과 수소결합이라는 binding을 통해 DNA를 약물전달물질과 결합하고 그 binding 정도에 따라 움직임을 제어할 수 있는 새로운 개념을 제안함. 즉, DNA가 나노입자-약물 복합체와 결합하여 DNA-나노입자-약물 복합체를 이루고 이를 DNA가 가진 마이너스(-) 전하를 이용하여 전기영동 기법으로 이송하려는 전략임. 이를 통하여 약물전달물질의 추가적인 functionalization없이 DNA를 물질표면에 binding시켜 약물전달시스템의 이송제어를 가능하게 함으로써 전체적인 약물전달물질의 설계를 간략화 할 수 있을 것으로 사료됨. 이를 위하여 본 연구의 최종목적을 달성하기 위한 다음과 같은 요소기술들에 대한 연구를 수행하였음.

- DNA-micelle 복합체 결합 mechanism 및 이송현상 관련 연구
- 풀러렌 opening 과정의 분자동역학시뮬레이션
- 염기에 의존한 DNA-나노입자 복합체 및 형성 및 전기영동
- 온도반응 자기조립(Temperature-Responsive Self-Assembly)

좀 더 구체적으로는 본 과제를 통하여 현재 약물전달물질로 많은 관심을 받고 있는 (1) DNA-micelle의 aggregation 형성 및 전기장을 이용한 complex 이송 현상에 대한 정밀한 분자동역학해석을 수행하여 그 mechanism을 분자수준에서 이해하고; (2) 풀러렌의 opening 과정에 대하여 반응포텐셜을 이용한 분자동역학시뮬레이션을 수행하여 실험에서 관찰된 opening 과정을 성공적으로 모사하였으며, 이는 현재 각광받고 있는 풀러렌의 encapsulation을 이용하는 약물전달물질의 전산설계에 대한 기반기술을 제공한 것으로 사료됨. (3) 또한, DNA 베이스에 따른 나노입자와의 결합력의 차이가 존재함을 확인하고 이에 따른 DNA-나노입자 결합체의 전기영동속도의 차이를 실험으로 확인하였으며, 이를 이용한 DNA-나노입자 복합체의 선택적인 이송 및 분리를 위한 원천기술을 확보하였음. 이는 DNA를 이용한 약물전달시스템의 설계에 중요한 기초자료가 될 것으로 사료됨. 마지막으로 (4) 약물전달물질 개발의 핵심기술 중의 하나인 온도의존 자기조립(self-assembly)에 대한 분자동역학시뮬레이션을 수행하여 그 메커니즘mechanism을 분자수준에서 이해하였음.

본 연구는 궁극적으로 현재 세계적으로 각광받고 있는 “효율적인 약물전달시스템의 전산설계”의 핵심기술을 확보하는 것이 목적으로 하며, 관찰된 분자동역학 및 실험결과들을 이용하면 약물전달과정 중의 구조체 변화까지 고려하는 in-vivo 상황에서 최적화된 DNA를 이용한 약물전달시스템의 설계를 가능하게 할 것으로 사료됨. 또한 약물전달시스템 그 자체뿐만 아니라 이러한 물질들을 합성할 수 있는 반응로 및 bioMEMS 디바이스 설계에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료되며 이를 통한 개인맞춤형 의학(personalized medicine)의 발전에 큰 공헌을 할뿐만 아니라, 전 세계 약물전달 시장에서 한국이 주도적인 위치를 차지하게 하는데 중요한 구실을 할 것으로 사료됨. 또한, 본 연구의 결과들은 현재 Nanobiotechnology의 한축을 담당하는 DNA 공학(DNA Engineering)의 기반기술의 하나로 활용되어, DNA origami 기법과 결합하여 새로운 self-assembled DNA-나노입자 생체적합형나노물체(biocompatible nano-sized object)의 개발을 가능하게 할 것으로 사료되며, 이를 통하여 미래핵심유망기술인 Nanobiotechnology의 새로운 분야를 열 수 있을 것으로 기대됨.

( 출처 : Ⅰ. 연구결과 요약문 3p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 12