초록 ▼

□ 연구개요
분자모델링 기법을 이용하여 각 약물전달 과정에서의 효율을 예측하고 이를 융합하여 최적의 폴리머 접합상태를 결정함과 동시에 고분자 나노입자의 구조 및 전기적 특성을 결정하는 것을 궁극적 목표로 함. 이를 위해 all-atom 및 coarse-grained 분자동역학 시뮬레이션을 병행하여 멀티스케일 시뮬레이션을 진행 하였으며, 먼저 실험결과를 구현할 수 있는 정확도 높은 force field를 개발한 뒤, 이를 바탕으로 여러 형태의 크기, 모양 및 구조적 특성을 갖는 고분자 나노입자들이 플라즈마 프로틴과 어떻게 결합하

□ 연구개요
분자모델링 기법을 이용하여 각 약물전달 과정에서의 효율을 예측하고 이를 융합하여 최적의 폴리머 접합상태를 결정함과 동시에 고분자 나노입자의 구조 및 전기적 특성을 결정하는 것을 궁극적 목표로 함. 이를 위해 all-atom 및 coarse-grained 분자동역학 시뮬레이션을 병행하여 멀티스케일 시뮬레이션을 진행 하였으며, 먼저 실험결과를 구현할 수 있는 정확도 높은 force field를 개발한 뒤, 이를 바탕으로 여러 형태의 크기, 모양 및 구조적 특성을 갖는 고분자 나노입자들이 플라즈마 프로틴과 어떻게 결합하여 protein corona를 형성하는지, 세포막을 투과할 때 어떤 메커니즘을 형성하는지, 약물 방출에는 어떤 영향을 미치는지 분석하여, 각 약물전달 단계를 모두 융합하여 최적의 폴리머 접합 상태를 결정함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 다음과 같이 크게 4단계를 3년간 진행하였음. 1단계에서는, 본 과제를 수행하기 위한 물질들의 all-atom 및 coarse-grained force field를 개발하는 것으로, quantum mechanics와 MD 시뮬레이션에서 나오는 energy profile을 일치시키는 것 외에도, 실험 결과를 재현하고 고분자 이론을 만족할 수 있도록 개발함. 2단계에서는, 고분자 나노입자의 표면에 구조와 전기적 특성이 다른 여러 종류의 플라즈마 프로틴의 결합 정도를 분석하고, 이러한 프로틴 상호작용이 나노입자에 접합된 폴리머의 구조와 전체적인 나노입자의 구조에 미치는 영향 및 메커니즘을 규명함. 특히 원형, rod형태, random coil 등 다른 형태의 나노입자 표면에 접합된 폴리머의 mushroom-brush 변환 (de Gennes이론)에 따라서 어떻게 플라즈마 결합이 다르게 나타나는지 알아보고, 그 특성에 따라 표면에 주로 붙게 되는 플라즈마 프로틴을 찾아냄. 3단계에서는 고분자 나노입자가 세포막과 작용하면서 약물을 방출하는 메커니즘을 규명함. 여러 가지 모양의 고분자 나노입자가 갖는 세포독성을 비교 분석하고 접합 폴리머의 약물 방출 효율에 대한 영향을 결정하는 것을 목표로 함. 항암 약물질을 나노입자 내부에 포함시키고, 표면에 접합되거나 둘러싸고 있는 폴리머의 구조적 변화에 따라서 전체 고분자 나노입자의 모양이 dense-shell과 core-shell 중 어느 방향으로 바뀌는지 분석하였음. 마지막으로 4단계에서는 프로틴 결합, 지질막 상호작용, 약물방출 메커니즘을 종합적으로 고려하여 전체적인 약물전달 효율 예측 및 단계별 융합 이론을 정형화함.

□ 연구개발결과의 중요성
의약 업계가 추구하는 가장 큰 목표 중에 하나는 정확하게 선택적으로 암세포나 감염세포를 치료하는 신약 및 약물전달체 개발임. 본 연구는, 컴퓨터 시뮬레이션 (in silico)을 약물전달체 개발 연구에 도입하여, 기존의 실험 (in vivo & in vitro)을 보충하고 더 나아가 실험 결과 예측과 방향 제시를 하는 도전적 연구가 성공적으로 수행됨. 이렇게 시뮬레이션과 실험을 융합한 시너지 효과를 통하여 신약 및 약물전달체 개발에 소요되는 시간과 연구비를 획기적으로 절감시킬 수 있을 것임. 고효율의 약물전달체 개발에 분자모델링 기법을 접목시킴으로서 특정 암세포를 발견하여 죽이며 정상세포에는 해를 주지 않는 선택성이 높은 약물전달체의 개발 및 실용화와 관련된 과학 기술 분야의 발전에 기여할 것으로 기대되며, 이는 생체재료 공학, 계산화학 및 고분자약학 등의 기초과학 발전뿐만 아니라 약물전달체 디자인 기술 및 국내 고분자 의약산업 발전에 큰 효과를 일으키며 세계 의약 시장에서 우위를 선점할 수 있는 토대를 마련할 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 10