몸 속 암조직을 뜨거운 열로 없애거나 약으로 치료한 뒤 저절로 사라지는 마법 같은 마이크로 로봇 기술을 국내 연구진이 개발했다. 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 최홍수 교수팀은 원하는 부위에 고열치료나 약물방출 조절이 가능한 생분해성 마이크로로봇을 개발했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈’ 최신호(22일자)에 실렸다. 암을 치료하기 위해서는 외과 수술, 다양한 종류의 항암제, 방사선, 고열치료 등 다양한 방법이 활용되고 있다. 항암제를 이용한 치료는 외과수술과 함께 가장 많이 사용되고 있지만 특정 부위에 정확한 양을 전달하기가 쉽지 않다. 또 고열치료는 부작용이 적어 활발하게 활용되려는 분위기이지만 암 발생 부위에 정확히 열을 가하기 어렵다는 단점도 갖고 있다. 연구팀은 3D 레이저 리소그라피라는 기술을 이용해 자성을 띠는 나노입자와 약물을 탑재할 수 있는 3차원 생분해성 마이크로 로봇을 개발했다. 특히 마이크로 로봇을 생분해성 폴리머로 만들어 암 치료라는 목표를 달성한 다음에는 회수 작업 없이 체내에서 자연스럽게 분해될 수 있도록 했다.연구팀이 개발한 마이크로 로봇은 외부에서 자기장을 이용한 무선제어방식으로 체내에서 빠르고 정밀하게 약물을 전달할 수 있다. 원하는 부위에 도달한 로봇에게 고주파의 자기장을 걸어주면 로봇 안에 있는 자성나노입자에서 발생한 열이 주변 온도를 올려 암조직을 고열로 제거할 수 있다. 또 자기장 강도와 노출시간을 조절함으로써 약물 방출과 열발생도 정확하게 조절할 수 있도록 설계됐다. 최홍수 교수는 “마이크로 로봇으로 몸 밖에서 배양한 암세포에 대한 고열치료가 암세포 제거에 유의미한 효과가 있다는 것을 확인했다”라며 “기존 암세포 치료방법의 단점을 개선시켜 암세포 치료 효율을 높이고 부작용도 줄일 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 최홍수 교수 연구팀이 원하는 부위에서 고열치료 및 약물방출 조절이 가능한 생분해성 마이크로로봇을 개발했다. 고열치료를 통한 암세포치료 뿐만 아니라 치료약물도 정교하고 체계적으로 조절 가능해, 항암치료의 효율과 안전성을 높일 것으로 기대된다. 최 교수 연구팀은 3D레이저 리소그라피 3D 레이저 리소그라피 공정으로 자성나노입자와 약물을 탑재할 수 있는 3차원 생분해성 마이크로로봇을 개발했다. 마이크로로봇을 체내에서 직접 사용하려면 마이크로로봇이 사용 후에는 체내에서 분해되거나 회수되어 추가적인 유해효과를 최소화시켜야 한다. 이에 연구팀은 마이크로로봇의 소재를 생분해성 폴리머로 제작하여 제 할 일을 다 한 로봇이 부작용 없이 체내에서 생분해될 수 있도록 설계했다. 또한 외부자기장을 이용한 무선제어방식으로 체내에서 빠르고 정밀하게 약물을 이송 가능한 것도 장점이다. 특히 원하는 부위에 도달한 로봇에 고주파의 교반자기장(Alternating magnetic field)을 걸어주면 마이크로로봇에 탑재된 자성나노입자로부터 발생된 열이 주변의 온도를 올려 국부 고열치료를 수행할 수 있도록 설계했다. 추가로 교반자기장의 강도와 노출시간을 조절하여 약물 방출을 정확하게 조절할 수 있도록 설계한 점이 이번 연구의 큰 성과다. 연구팀은 개발된 마이크로로봇이 체외에서 배양한 암세포에 마이크로로봇을 사용한 고열치료가 암세포 치료에 유의미한 효과가 있음을 확인했으며, 교반자기장으로 인해 조절된 각각의 다른 약물방출모드의 치료적인 효능을 확인하는 것에 성공했다. 최 교수는 “이번 연구결과를 통해 기존의 암세포 치료방법의 단점을 개선시켜 암세포 치료의 효율을 높이고 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대한다” 며 “앞으로도 지속적으로 병원 및 관련 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용될 수 있는 마이크로로봇 기반 정밀치료 시스템을 개발하는데 노력하겠다”고 말했다. 이번 연구는 로봇공학전공 박종언 학위연계과정학생이 제1저자로, DGIST-ETH 마이크로로봇 연구센터 김진영 선임연구원이 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 세계적인 국제과학학술지인 ‘Advanced Healthcare Materials’에 22일자 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원으로 수행됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST가 21일부터 25일까지 ‘2019 DGIST 세계명문대학 조정축제 겸 제3회 과학기술특성화대학 친선조정대회’를 개최한다. 5회째를 맞이한 2019 DGIST 세계명문대학 조정축제는 달성 낙동조정장 및 DIGST, 달성군 일원에서 개최된다. 한국의 DGIST, POSTECH, UNIST를 비롯한 미국 MIT, 일본 동경공업대, 스위스 취리히연방공대, 홍콩과기대가 참석해, 총 5개국, 7개교에서 100여명의 학생들이 레이스를 펼친다. 축제에는 조정경기를 포함한 여러 문화교류 행사가 준비돼 있다. 대구시와 달성군 소재 문화유적지 및 명소 투어, 한국 전통문화체험, 기업탐방 등 조정경기 외에도 외국학생들이 즐길 수 있는 다양한 행사가 진행된다. 특히 이번 축제에는 POSTECH, UNIST와 함께하는 친선 조정경기도 예정돼 있다. 조정대회는 23일부터 진행된다. 첫째 날에는 해외대학 학생들과 함께하는 남·녀대학부 너클포어(4+) 경기와 국내 과기특성화대 학생들 간의 친선경기가 펼쳐진다. 24일에는 해외대학 학생들과 혼성팀 에이트(8+)경기와 특성화대 학생들 간에 펼쳐지는 너클포어(4+) 경기가 진행될 예정이다. 특히, 수상 조정 경기가 시작되는 23일(금)에는 달성군 인근 학교 학생(유가중, 포산중, 현풍중 등)들로 구성된 약 300여명이 응원단이 열띤 응원전을 펼칠 예정이며, 포산중학교의 ‘포산윈드 오케스트라’의 축하 공연과 DGIST 응원단 D·ONE의 공연 등 다양한 행사가 펼쳐진다. 또한 모든 경기가 현장 생중계돼, 관람객들이 멀티스크린을 통해 경기를 관람할 수 있다. DGIST 국양 총장은 “세계 명문대학의 젊은 지성인들이 한 자리에 모여 조정경기뿐 아니라, 문화적·학문적으로 교류하는 조정축제를 통해 진정한 글로벌 리더로 성장하게 될 것을 기대한다”고 말했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

위는 식도와 소장을 잇는 소화기관 중 하나이지만 음식물을 섭취하는데 있어서 가장 중요한 장기이다. 위 내부 위점막층 상피는 위장 중에 가장 두꺼운 부분으로 음식물이 지나가고 소화되는 과정에서 주기적으로 손상되지만 위 줄기세포의 세포 재생기능으로 손상부위를 복구된다. 위점막층 상피 손상이 복구되지 않는 경우 각종 위장병에 걸리게 된다. 그렇지만 정확한 발병 메커니즘은 아직 밝혀지지 않은 상태이다. 영국 케임브리지대, 랭커스터대, 대구경북과학기술원(DGIST), 독일 칼 구스타프 카루스 의대, 막스플랑크 분자세포생물학및유전학연구소, 오스트리아 분자생명공학연구소, 일본 게이오대 의대, 네덜란드 우트레흐트대 의대 공동연구팀은 위궤양이나 위염, 위암의 발병원인을 찾고 새로운 치료법을 개발하는데 도움이 될 위 줄기세포의 특성을 규명했다고 19일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘셀 스템 셀’ 최신호(15일자)에 실렸다. 지금까지 많은 연구자들이 위 줄기세포를 관찰한 결과 상피 내 위샘 상부에만 줄기세포가 있는 것으로 파악하고 있었지만 최근 위샘 아랫쪽인 기저부에서도 줄기세포가 추가로 발견돼 위 손상 복구에 대한 정확한 메커니즘을 파악하지 못했다. 이는 위샘에서 줄기세포를 명확히 구분해 낼 수 있는 마커 유전자의 정확도가 떨어졌기 때문이다. 연구팀은 마커 유전자 대신 세포 특성에 따라 위치를 파악할 수 있는 ‘다색 마우스 색종이 리포터 시스템’이라는 기술을 이용해 생쥐의 위 상피세포를 파악하는데 성공했다. 연구팀은 유방암 예방제로 알려진 타목시펜을 생쥐에게 투약한 다음 현미경으로 세포분열과 이동을 관찰했다. 다색 마우스 색종이 리포터 시스템은 약물을 투여했을 때 줄기세포별로 색깔이 달라지는 것에 착안해 세포를 구분해 내는 기술이다. 연구팀은 이 기술을 바탕으로 위샘 하부와 상부에서 서로 다른 종류의 위 줄기세포를 찾아냈다. 분석 결과 위 상부 줄기세포는 빠르게 분열하는 반면 하부 줄기세포는 느리게 분열한다는 사실과 함께 각각 위치에 따라 위샘 재생을 담당한다는 것도 확인했다. 김종경 DGIST 뉴바이올로지전공 교수는 “이번 연구는 서로 역할과 특성이 다른 위 줄기세포의 위치와 분자적 특성을 규명했다는데 의미가 크다”라며 “위샘 재생은 위점막층 복구에 영향을 줘 각종 위장질환과 위암 발병원인을 좀 더 정확하게 이해하고 새로운 개념의 치료법을 개발하는데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST 뉴바이올로지전공 김종경 교수팀이 한국, 오스트리아, 영국이 함께하는 공동연구에 참여, 위 줄기세포의 특성을 규명했다. 앞으로 위장질환, 위암 등의 발병원인 규명과 치료법 개발에 활용될 것으로 기대가 높다. 위 내부 위점막층의 상피는 음식이 지나가며 손상되지만, 상피 내 위샘에 위치한 위 줄기세포가 세포 재생을 통해 손상부위를 복구한다. 과학자들이 위 줄기세포 관련 연구를 진행한 결과, 상피 내 ‘위샘’ 상부에만 줄기세포가 있는 것으로 파악됐다. 그런데 최근 위샘의 하부인 ‘기저부’에서 줄기세포가 추가로 발견되는 등 정확한 위치 식별이 매우 어려웠다.위샘에서 줄기세포를 구분할 수 있게끔 하는 마커 유전자의 정확도가 떨어지기 때문이다. 연구진은 마커 유전자 대신 분열하는 세포의 특성으로 위치 식별이 가능한 ‘다색 마우스 색종이 리포터 시스템(Multi-Color Mouse Confetti Reporter System)’을 이용해 생쥐의 위상피세포 계통 추적에 성공했다. 원리는 줄기세포를 색으로 구분하는 것이다. 생쥐에 타목시펜을 투약하고 현미경으로 세포 분열과 이동을 관찰하면, 줄기세포는 네 가지 색상 중 하나로 표시된다. 특히 줄기세포가 분열·이동하며 생성된 딸세포가 원래의 줄기세포와 같은 색상을 띄어, 여러 색종이 조각들을 이어붙인 모자이크 같은 위샘의 모습을 관찰할 수 있다. 이러한 원리를 이용해 연구팀은 위샘 상부와 하부에서 서로 다른 두 종류의 위 줄기세포를 규명했다. 이는 관련 분야에서 해결하지 못했던 난제를 해결한 것으로 의미가 크다. 또 연구팀은 상부, 하부에 있는 위 줄기세포들의 분자적 특성을 ‘단일 세포 전사체 분석’을 이용해 규명했다. 특히 상부 줄기세포가 갖는 빠른 분열로 위샘 상부의 재생을 담당하는 성질과, 하부 줄기세포가 갖는 느린 분열로 위샘 하부의 재생을 담당하는 특성을 각각 파악하는데 성공했다. 이러한 위샘의 재생은 위점막층 재생에 영향을 줘, 관련 질병 원인의 규명과 치료에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 김종경 교수는 “이번 연구를 통해 역할과 특성이 서로 다른 두 가지 종류의 위 줄기세포의 위치와 분자적 특성을 규명했다”며 “위장질환과 위암의 발병 원인이해와 치료법 개발 등에 유용하게 활용될 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구는 DGIST 뉴바이올로지전공 이은민 연구원이 공동2저자로 참여했으며, 오스트리아 Institute of Molecular Biotechnology(IMBA)의 구본경 박사, 영국 캠브리지대(Univ. of Cambridge) Benjamin D. Simons 교수와 함께 연구를 진행했다. 연구결과는 줄기세포 분야의 국제학술지 셀스템셀(Cell Stem Cell)에 15일 발표됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

팔, 다리를 움직이는 인체의 기계적 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 말초신경을 자극함으로써 방광 기능장애로 인해 생기는 요실금을 치료할 수 있는 기술이 개발됐다. 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 이상훈 교수와 싱가포르국립대 공동연구팀은 인체에서 발생하는 기계적 운동에너지를 전기 신호를 전환해 말초신경을 자극하는 신경조절 장치를 개발했다고 12일 밝혔다. 특히 이번 기술은 말초신경 중 방광 골반신경을 자극해 신경인성 방광으로 인해 나타나는 배뇨장애나 요실금을 치료하는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘나노 에너지’에 실렸다. 신경인성 방광은 신경계 이상으로 인해 발생하는 방광과 요도 기능장애로 인해 요실금이나 변실금 현상이 나타난다. 기존에는 이를 치료하기 위해 신경자극기를 체내에 삽입하는 방식이 쓰였는데 배터리의 주기적 교체와 수술에 따른 환자의 심리적 거부감 등 문제들이 있었다. 연구팀은 이같은 단점을 해결하기 위해 방광골반신경을 자극할 수 있는 소형 신경전극 개발과 함께 인체에서 발생하는 기계적 운동에너지를 전기에너지로 바꿔주는 배터리 없는 장치를 개발했다. 신체 움직임으로 전기에너지를 만들어 내기 때문에 반영구적으로 사용할 수 있으며 장치 삽입도 안정적으로 가능하기 때문에 합병증 위험은 물론 환자의 거부감도 적은 것으로 확인됐다. 이상훈 교수는 “마찰전기를 신경자극 실험에 적용할 수 있을 것이라는 아이디어에서 시작한 이번 연구는 향후 배터리 없는 인체삽입형 신경자극기 개발에 있어 다양하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

신체 내 버려지는 기계적 운동에너지를 수집해 마찰전기 에너지로 변환하는 소자를 개발하고, 이에 신경인터페이스 기술을 접목해 배터리 없이 말초신경을 자극하는 새로운 신경조절 인터페이스가 개발됐다. 앞으로 인체 내 삽입하는 신경자극기 개발에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다. DGIST는 이 대학 로봇공학전공 이상훈 교수팀이 싱가포르국립대학 연구팀과 함께 인체에서 발생하는 기계적 운동에너지로 신경자극 신호를 발생시켜 말초신경을 자극하는 새로운 개념의 신경조절 인터페이스를 개발했다고 12일 밝혔다. 이번 연구는 말초신경 중에서도 방광골반신경을 자극해 배뇨활동을 유도하는 방식으로 신경인성 방광을 치료하는 데 응용될 수 있을 것으로 기대된다. ‘신경인성 방광’은 신경질환 중 하나로 방광과 요도의 기능 장애가 주증상이다. 요실금이나 변실금 치료를 위해 개발된 기존의 인체 삽입형 신경자극기로 천추신경을 인위적으로 자극해 과민성방광 치료가 가능했다. 하지만 이로 인한 신체 내 부작용이나 주기적인 배터리 교체와 같은 한계로, 환자의 심리적? 경제적 부담까지는 해결할 수 없었다. 방광기능에 직접적으로 관여하는 방광골반신경에 전기 자극을 주는 여러 연구가 진행됐지만 신경의 크기가 매우 작고 몸 속 깊이 위치해 있어 연구에 어려움이 많았다. 이상훈 교수팀은 방광골반신경을 위한 신경전극 개발과 함께 인체에서 발생하는 기계적 운동 에너지를 모아 마찰전기 에너지로 바꿔주는 마찰대전 신경자극소자를 적용해 방광의 배뇨기능을 유도하는 배터리 없는 신경조절 인터페이스 개발에 성공했다. 특히 이상훈 교수팀이 개발한 신경조절 인터페이스는 유연하면서도 매우 작은 방광골반신경에 안정적인 삽입이 가능해, 합병증 위험이 적다. DGIST 로봇공학전공 이상훈 교수는 “마찰전기를 신경자극 실험에 적용해본 것이 이번 연구의 시작이었다”며 “자율신경계의 일종인 방광골반신경을 마찰전기자극으로 조절하는 기술은 향후 배터리 없는 인체삽입형 신경자극기 개발에 있어 무한한 응용 가능성을 보여준다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 신진연구의 지원을 받은 DGIST 로봇공학전공 이상훈 교수팀과 싱가포르 국립대학 팀의 공동연구로 진행됐으며, 저명한 화학분야 저널인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 6월호에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

별도의 실험환경을 조성하지 않고도 마이크로미터의 고해상도 질량분석 이미지를 확보할 수 있는 기술이 개발됐다. DGIST는 이 학교 로봇공학연구소 김재영 리서치펠로우와 문대원 석좌교수팀이 실험 샘플을 별도의 처리 없이 마이크로미터 해상도로 분석할 수 있는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. ‘연속발진 레이저’를 이용해 별도의 실험환경 조성 없이 고해상도의 질량 분석 이미지를 얻을 수 있어, 향후 정밀의료, 의료진단 분야에서의 많은 활용이 기대된다. 연구팀은 시편이 놓이는 현미경 기판 바로 아래 연속발진 레이저를 내장한 렌즈를 장착했다. 이 때, 연속발진 레이저를 시편에 쏴, 탈착(desorption) 시켜 나오는 분자들을 조사해 질량을 측정하게 된다. 벌집모양의 구조를 가진 그래핀은 열전도성이 매우 높고, 빛을 열로 전환이 가능하다. 따라서 연속발진 레이저가 발생시키는 적은 량의 빛으로도 시편 분석에 필요한 충분한 열을 확보할 수 있게 됐다. 추가적으로 이번 기술을 적용할 경우 20배의 높은 배율을 가진 큰 렌즈를 사용해도 시편에 더 가까이 밀착해 관찰 할 수 있을 만큼의 공간 확보가 가능해, 해상도 높은 분석 이미지를 얻는데 유리하다. 이번 연구와 관련해 뉴바이올로전공 문대원 석좌교수는 “이번 기술개발 시편의 전처리 과정을 생략해 분석 준비시간을 많이 줄일 수 있게 됐다”며 “향후 다른 기술과 접목해 의료진단 등 여러 분야 활용이 가능하게끔 발전시키는 것이 계획”이라 밝혔다. 이번 논문은 화학 및 나노기술 분야 국제학술지 ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스(ACS Applied Materials & Interfaces) 표지논문으로 지난달 31일 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

최근 무인비행체인 드론이 다양한 분야에서 활용되고 있다. 드론 활용이 다양해지다 보니 드론을 막기 위한 ‘안티 드론’ 기술도 함께 발달하고 있다. 현재 드론 탐지 분야에서는 이스라일 라다(RADA)의 레이더가 최대 3㎞ 떨어져 있는 드론까지 찾아낼 수 있을 정도로 독보적인 기술을 갖고 있다. 국내 연구진이 중소기업들과 함께 이스라엘 라다에 버금가는 드론 탐지 시스템을 개발해 주목받고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 협동로봇융합연구센터, 미국 캘리포니아주립대 전자·컴퓨터공학과 공동연구팀은 3㎞ 이상 떨어진 초소형 드론까지 구별해 낼 수 있는 레이더를 개발했다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 국제학술지 ‘IEEE 지오사이언스 앤 리모트 센싱 레터스’에 최신호에 실렸다. 연구팀은 능동위상배열(AESA) 레이더 기술과 초고해상도 레이더 신호처리 기술을 접목시켜 3㎞ 이상 떨어져 있는 곳에 있는 드론의 위치를 정확하게 찾아낼 수 있는 기술을 개발했다. 능동위상배열은 레이더 안테나에 배열된 레이더 모듈들이 각자 전파 송수신 방향을 찾아낼 수 있는 장치를 갖고 있어 탐지 거리를 늘릴 수 있게 해주는 기술이다. 또 초고해상도 레이더 신호처리기술은 위치 추정 정확도를 높이는데 도움이 된다. 또 연구팀은 ‘생성적 적대 신경망’(GANs)이라는 차세대 인공지능 심층학습 기술을 활용해 식별률을 높였다. 인공지능은 학습 데이터가 많을수록 인식률이 높아지는데 GANs는 적은 데이터 양만으로도 스스로 학습해 관련 데이터들을 생성해 내 인공지능 인식률을 높여 표적을 쉽게 식별할 수 있도록 하는 기술이다. 이번에 개발한 레이더 시스템 내부의 송신부, 수신부, 안테나, 신호처리플랫폼 등 하드웨어 부품을 100% 국내 중소기업들과 공동 개발했다. 오대건 DGIST 박사는 “이번 연구는 멀리 떨어져 있는 초소형 드론 탐지 시스템으로는 최고 수준으로 국내 기업들과 협업해 개발했다는데 큰 의미가 있다”라며 “드론 탐지 뿐만 아니라 선박, 항공, 감시 정찰 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

학교성적, 취업문제, 승진문제, 건강 등 현대인은 태어나면서부터 스트레스에 둘러 싸여 산다고 할 정도로 주변 곳곳에 스트레스 요인들이 산적해 있다. 물론 ‘모든 것을 내려놓고 살아야 한다’라고 이야기하는 사람들이나 책들도 많지만 일반인들에게는 쉽지 않은 일이다. 이렇듯 생활 곳곳에서 발견되는 스트레스는 만성화돼 심각한 개인적, 사회적 문제를 야기시킨다. 암이나 우울증, 조현병 같은 각종 정신질환의 원인이 되기도 하고 싶할 경우 치명적인 퇴행성 뇌질환이나 뇌손상 위험을 높이는 것으로 알려져 있지만 스트레스와 뇌기능 손상 사이의 메커니즘이 정확히 알려져 있지 않다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 유성운 교수팀은 만성 스트레스로 인해 성체 해마신경줄기세포가 사멸되는 과정과 자가포식 사멸과정을 조절할 수 있는 방법을 찾아냈다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘오토파지’ 최신호(6월 24일자)에 실렸다. 기존 다수의 동물실험 연구에서도 스트레스를 겪는 동물은 새로운 신경세포를 생성하지 못하다는 사실은 알려져 왔다. 연구팀은 만성 스트레스로 인한 각종 뇌질환이 성체 해마신경줄기세포 사멸로 인해 성체 신경발생 감소가 나타나기 때문이라는 사실을 밝혀냈다. 성체 신경발생은 학습과 기억, 정서조절을 담당하는 해마 부위 신경줄기세포에서 가능한 것으로 퇴행성 뇌질환, 신경발달 질환과 관련이 깊은 것으로 알려져 있다. 자가포식 세포사멸은 세포가 세포 내부 물질을 자기 스스로 먹어치워 제거함으로써 자신을 보호하는 반응이다. 연구팀은 생쥐의 신경줄기세포와 유전자 조작 생쥐를 이용해 세포사멸 유전자 중 하나인 Atg7을 제거하면 신경줄기세포의 사멸이 방지되고 스트레스 증상에도 정상적인 뇌기능을 유지하는 것을 확인했다. 이와 함께 SGK3라는 유전자가 자가포식 세포사멸을 유도한다는 사실을 밝혀내고 이 유전자를 제거하면 신경줄기세포가 스트레스에도 줄어들거나 제거되지 않는다는 것을 입증했다. 유성운 DGIST 교수는 “이번 연구는 만성 스트레스로 의한 신경줄기세포의 자가포식 세포사멸 메커니즘을 명확하게 밝혀냈다는데 의미가 있다”라며 “추가적 연구를 통해 우울증, 치매 등 뇌신경질환 치료방법이나 치료제를 개발할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 세포 활성신호를 변화시켜 일산화질소를 마음대로 조절할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 신물질과학전공 조재흥, 서대하 교수팀은 세포 내에서 안정적인 복합체를 개발하고 이를 이용해 일산화질소의 세포내 신호전달 경로를 변화시키는데 성공했다고 25일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘안게반테 케미’ 최신호(13일자)에 실렸다. 일산화질소는 체내에서 세포의 생화학적 정보가 전달될 수 있도록 돕는 물질로 혈관확장, 면역시스템 조절, 신경물질 전달 등을 통해 세포활동을 조절한다. 문제는 일산화질소가 세포로 전달되는 과정에 대해 명확히 밝혀지지 않아 일산화질소의 이동을 조절하거나 통제할 수 없다. 연구팀은 생체 내에 있는 철(Fe)과 비슷한 물질로 세포독성이 없는 코발트를 일산화질소와 결합시킨 코발드-나이트로실 복합체를 만들었다. 이 복합체를 몸 속에 주입한 뒤 외부에서 빛을 쪼이면 원하는 장소로 이동시킨 뒤 일산화질소를 분리시킬 수 있다는 사실을 확인했다. 특히 세포 내외 여러 경로마다 일산화질소가 전달되는 속도도 달라진다는 것을 확인했다. 연구팀은 이번 발견으로 일산화질소 전달속도 차이에 따라 원하는 화학반응을 원하는 시간에 특정 세포에서 일어나게 하는 프로드러그(Prodrug) 개발에도 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 조재흥 DGIST 교수는 “이번 연구는 세포 안에서 안정적이고 세포독성이 없으며 빛을 이용해 일산화질소 공급을 조절할 수 있는 물질을 개발했다는데 의미가 크다”라며 “이번 연구를 바탕으로 혈관확장과 관련된 심혈관질환 치료제와 뇌신경 가소성을 늘릴 수 있는 물질을 개발할 예정”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

■감사원 ◇고위감사공무원 전보△제1사무차장 유희상△제2사무차장 최성호△공직감찰본부장 남궁기정 ■한국교통안전공단 △기획본부장 신양철△경영지원본부장 양정훈△감사실장 고상철 ■한국일보 △콘텐츠본부장 이성철△편집국장 이태규△디지털콘텐츠국장 이영태△논설위원 양정대△편집국 뉴스1부문장 정진황△편집국 뉴스2부문장 박일근△편집국 뉴스3부문장 조철환△IT전문기자 겸 스타트업랩장 최연진 ■서울미디어그룹 ◇이뉴스투데이△편집국장 김봉연△생활경제부장(정치사회부장 겸임) 안중열 ■전북일보 △편집국 선임기자 김원용△논설위원 위병기 ■DGIST △부총장 김칠민△융합연구원장 겸 연구부총장 김호영△융복합대학장 이기준△기획처장 장재은△입학처장 김대륜△학술정보처장 김민수△연구본부장 최병대△산학협력단장 한상철△기초학부장 이정아

■ DGIST △ 부총장 김칠민 △ 융합연구원장 겸 연구부총장 김호영 △ 융복합대학장 이기준 △ 기획처장 장재은 △ 입학처장 김대륜 △ 학술정보처장 김민수 △ 연구본부장 최병대 △ 산학협력단장 한상철 △ 기초학부장 이정아 ■ 서울미디어그룹 ◇ 이뉴스투데이 △ 편집국장 김봉연 △ 생활경제부장(정치사회부장 겸임) 안중열 ■ 더스쿠프 △ 편집인 양재찬 ■ 한국일보 △ 콘텐츠본부장 이성철 △ 편집국장 이태규 △ 디지털콘텐츠국장 이영태 △ 논설위원 양정대 △ 편집국 뉴스1부문장 정진황 △ 편집국 뉴스2부문장 박일근 △ 편집국 뉴스3부문장 조철환 △ IT전문기자 겸 스타트업랩장 최연진

흔히 우울증은 ‘마음의 감기’라고 해 누구나 한 번 겪고 지나갈 수 있는 것으로 가볍게 여기는 경향이 아직도 강한 정신질환이다. 그러나 우울증은 일시적으로 마음이 우울한 상태가 나타나는 우울한 기분과는 달리 생각의 내용, 사고과정, 행동, 신체활동 전반적인 정신기능이 거의 하루종일, 며칠씩 지속되는 증상이다. 국내 연구진이 이런 우울증의 치료 효과를 높이고 치료 기간을 단축시킬 수 있는 방법을 찾아내 주목받고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 분자정신의학연구실 오용석 교수팀이 학습과 기억, 감정 조절에 관여하는 뇌 해마구역의 모시신경세포를 자극해 우울증 치료에 도움을 줄 수 있다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘분자 정신의학’ 최신호에 실렸다. 많은 사람들이 우울증을 가볍게 여기지만 제 때 치료를 받지 못하면 심각한 정신적 문제를 겪게 되고 극단적인 경우 자살에까지 이르게 된다. 현재는 우울증 치료를 위해서는 세로토닌계 항우울제가 사용되고 있다. 세로토닌은 중추신경계에 존재하는 호르몬의 일종으로 세로토닌이 체내에 많이 분비될 경우 행복감을 느끼게 해주는 것으로 알려져 있다. 세로토닌계열 항우울제를 복용하면 입마름, 변비, 저혈압 같은 부작용 등이 나타나는 경우도 있고 치료효과가 약물 복용 후 2~3주나 길게는 2달 이후 나타나는 경우가 있다. 좀 더 빠른 효과를 보기 위해서는 항우울제의 작용 메커니즘이 밝혀져야 하는데 이에 대해서 정확히 알려져 있지 않았다. 연구팀은 해마 신경회로를 구성하는 모시세포가 신경회로의 가소성 변화를 나타내는데 오래 걸리기 때문에 항우울제를 장기투여 조건에서만 효과가 나타나는 것을 밝혀냈다. 연구팀은 또 모시세포를 활성화시키는 경우 항우울제 복용보다 우울증 치료효과가 빠르게 나타난다는 사실도 확인했다. 연구팀은 모시세포의 활성화와 함께 항우울제를 투여할 경우 우울증 치료효과나 치료기간이 빨라질 수 있다고 설명했다. 오용석 교수는 “이번 연구를 통해 항우울제가 해마 모시신경세포 활성조절과정을 거쳐 약물효과를 나타낸다는 사실을 밝혀냈으며 이를 바탕으로 기존 항우울제 장기복용에 따른 문제점들을 극복하고 효과적인 우울증 치료가 가능한 방법을 찾아낼 수 있게 됐다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

DGIST(총장 국양)는 스마트섬유융합연구실 최창순 선임연구원팀이 에너지 발전과 저장을 동시에 활용할 수 있는 투명한 박막형 에너지 소자를 개발했다고 23일 밝혔다. 최창순 선임연구원팀은 투명한 소자 개발을 위해 ‘단일층 그래핀 필름’을 전극으로 활용했다. 단일층 그래핀 그래핀은 탄소원자로 만들어진 원자크기의 벌집 형태 구조를 가진 소재이다. 두께가 0.2nm로 얇아서 투명성이 높고, 상온에서 구리보다 100배 많은 전류를 실리콘보다 100배 빨리 전달할 수 있다. 필름은 우수한 전기전도성을 지니는 것이 특징으로, 얇고 가벼워 배터리가 필요한 전자제품에 안성맞춤이다. 여기에 최창순 선임연구원팀은 투명도를 높이고자 반고체 전해질을 함유한 고분자 나노매트를 분리막으로 사용해 풍경과 글자를 선명하게 볼 수 있을 만큼의 투명도(최대 77.4%)를 구현하는데 성공했다. 최창순 선임연구원팀은 에너지 소자가 자체적으로 에너지를 생성, 저장할 수 있게끔 구조를 설계해 에너지 소자 상층부에 에너지 저장패널, 하층부에 에너지 전환패널을 넣었다. 여기에 터치센서를 상층부 에너지 저장패널 바로 아래에 추가해 터치까지 가능한 에너지 소자를 제작하는데 성공했다. 최창순 선임연구원은 “영화에 등장한 투명 휴대폰이 너무 멋져서 관련 연구를 시작하게 됐다”며 “제작단가가 비싸 현재 상용화에는 한계가 있지만, 가시적인 연구 실적이 없던 투명 에너지 저장 매체 분야에서 거둔 성공인 만큼 앞으로 계속해서 발전시켜 나갈 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다. 이번 연구는 DGIST 최창순 선임연구원과 손원경 연구원, 성균관대학교 천성우 연구원이 주도했다. 또한 연세대학교, 한양대학교, 한국생산기술원 등 여러 연구팀과의 공동연구로 진행됐으며, 재료 및 계면 분야저널인 ‘에이씨에스 어플라이드 머티리얼 & 인터페이스’(ACS Applied Materials & Interfaces) 온라인판에 게재됐다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 실험동물센터가 식품의약품안전처에서 주관하는 우수동물실험시설에 지정됐다. DGIST-초일류연구인프라센터 내 실험동물센터는 2016년 개소하여, 소동물행동분석장비, 생체영상분석장비, 첨단미세수술장비를 구축하고 뇌·인지과학, 종양, 노화, 대사성 질환, 의료로봇개발 분야에서의 기초 및 응용연구를 지원하고 있다. 실험동물센터는 수의사와 전문인력, 적절한 사육 및 실험시설, 수의학적 관리를 포함한 운영관리 표준작업서를 구축하고, 실제운영에 대한 식약처 현장평가를 거쳐서, 지난 2018년 12월 3일 우수실험동물시설로 인증을 획득하였다. 우수동물실험시설 인증은, 실험동물 및 동물실험의 적절한 관리를 통하여 동물실험에 대한 윤리성 및 신뢰성을 높여 생명과학 발전과 국민보건 향상을 위해 마련된 제도이다. 식약처에 등록된 전국 447개의 실험동물시설 중 DGIST를 포함한 13개 기관이 우수동물실험시설로 지정되어 있으며, DGIST는 대구경북지역 교육기관(대학 포함)중 최초로써, 향후 권역 내 첨단바이오-융복합 연구활동의 전문성 및 수월성 제고에 큰 기여할 것으로 기대된다. 오용석 실험동물센터장은 “우수동물실험시설로 지정되었다는 것은 동물실험의 윤리성과 신뢰성을 인정받았다는 의미”라며 “앞으로 DGIST의 첨단바이오-융복합 연구 발전을 위해 지속적으로 노력하겠다”고 밝혔다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 기초학부생들의 실험 수업에서 시작된 연구가 국제학술지에 게재됐다. DGIST는 진권휴, 제갈장환, 염지우 학생이 기초학부 재학 때 수업조교였던 실험동물센터 임승영 전임기술원, 웰에이징연구센터 정진주 연구원과 함께 공동연구를 진행해 MAOA유전자와 공격성에 관한 논문을 국제학술지 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)에 게재했다고 2일 밝혔다. MAOA유전자는 모노아민 계열 신경전달물질을 분해하는 유전자로, 30개의 염기쌍이 하나의 단위로 반복되는 ‘연쇄반복서열’을 지닌다. 이 때 연쇄반복서열의 반복횟수에 따라 MAOA유전자의 유전형이 달라진다. 연쇄반복서열이 4.5번 반복되는 ‘4.5R 유전형’을 가진 사람은 상대적으로 다른 사람들에 비해 공격성이 높다는 연구결과가 있다. 이번 연구는 기초학부생 수업 도중 실시한 유전자 분석 실험에서 시작됐다. 당시 수업 담당교수인 이창훈 교수와 학생들은 4.5R 유전형 보유 집단과 비보유 집단 간의 공격성 비교 심리검사를 진행했지만 큰 차이점을 찾을 수 없었다. 이에 학생들은 4.5R 유전형 MAOA유전자가 성격 형성에 갖는 영향력을 측정할 방법을 고민하다 이를 학부생 공동 연구 프로젝트 UGRP(Undergraduate Group Research Program)의 연구주제로 선정, 연구를 진행하게 됐다. 연구진은 4.5R 유전형 MAOA유전자를 가진 사람들의 뇌파와 심전도를 측정해본 결과, 공격적인 자극을 받으면 다른 유전형 보유자들보다도 더 강한 반응을 보인단 사실을 알게 됐다. 이는 뇌파와 심전도 측정을 통해 공격성에 대한 생명과학적 해석이 가능함을 보여줘, 향후 성격검사를 보완할 수 있는 단초를 제시했다는 측면에서 의미가 크다. 이번 연구를 진행하고 DGIST 정보통신융합전공 대학원 석사과정으로 진학한 진권휴 학생은 “‘분자와 생명현상 실험’ 수업의 ‘너 자신을 알라’ 프로젝트가 연구까지 발전하게 됐다”며 “단순한 학문적 호기심을 학술지에 실릴 만큼의 성과로 발전할 수 있었던 데에는 UGRP의 힘이 컸다”고 밝혔다. □ 또한 연구팀은 이번 연구 과정에서 얻은 분석 결과를 토대로 국제학술지 익스페리멘털 뉴로바이올로지(Experimental Neurobiology)와 뉴로사이언스 레터스(Neuroscience Letters)에도 각각 한 편 씩, 총 두 편의 논문을 더 게재했다. 연구를 진행했던 기초학부생들은 모두 DGIST 대학원에 진학해 학업을 이어가고 있다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

DGIST 신물질과학전공 조재흥 교수팀이 체내 존재하는 효소 촉매를 모방한 생체모사 촉매와 인공산화제의 고효율 산화반응에서 새로운 활성 중간체종인 망간-요오드실벤젠 화합물을 발견하고 그 산화반응 메커니즘을 규명했다. 생물의 체내 반응들은 대부분 인간의 몸속에 있는 여러 효소들이 작용하며 일어난다. 효소들 중에서도 특정 금속원자를 구성성분으로 갖는 ‘금속효소’는 체내 산화반응을 일으키기 위해서 산소와 결합해 ‘금속-활성산소종’을 형성해야 한다. 이 때, 관련분야에서는 보다 효율적인 산화반응을 위해 산소와 효소의 결합을 도와줄 인공산화제인 ‘요오드실벤젠’을 사용한다. 하지만 산소가 금속효소에 전달되기도 전에 인공산화제가 금속효소의 금속원자와 먼저 결합해 금속-요오드실벤젠종을 형성해버리는 현상이 지속적으로 관찰됐다. 따라서 학자들 사이에선 금속-요오드실벤젠종이 효소와 산소의 산화반응에 미치는 영향이 어디까지인가를 놓고 많은 논의가 있었다. 조 교수팀은 이를 규명해보고자 체내 금속효소 중 망간 중심을 모방한 생체모사 망간착물과 인공산화제인 요오드실벤젠의 합성연구를 시작했다. 연구과정에서 조재흥 교수팀은 3가의 망간-요오드실벤젠종’이 결합된 중간체를 발견하게 되는데, 이는 해당 분야에서 발견된 전례가 없었다. 또 단결정을 분석해 그 구조를 밝혔고 산화반응이 일어나는 메커니즘도 함께 증명했다. 조 교수는 “이번 연구는 이제껏 발견된 적이 없던 3가의 망간-요오드실벤젠종을 발견하고 그 형성과정을 규명한데 큰 의미가 있다”며 “실용화까지는 아직까지 넘어야 할 산이 많지만 산화반응에서 촉매역할을 하는 효소의 효율성 제고를 위한 반응 메커니즘 연구를 지속적으로 진행한다면 앞으로 효소 반응연구 분야 발전에 많은 기여를 할 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다. 이번 연구 결과는 화학 분야의 최고학술지 ‘미국화학회지’에 11월 28일자 게재되었으며, DGIST 신물질과학전공 정동현 석박통합과정 학생이 제1저자로 참여했다. 대구 한찬규 기자 cghan@seoul.co.kr

한국인의 3대 사망원인은 암, 심장질환, 뇌혈관 질환이며 암 사망률이 높은 5대 암에는 위암이 포함돼 있다. 한국인은 서양인들보다 위암으로 인한 사망률이 더 높다. 더군다나 통계청 통계에 따르면 2017년 기준 연령별 암사망률을 보면 30대는 위암사망률이 가장 높았다. 일반적으로 위암은 40대 이후에 발생하는 경우가 많은데 최근들어 30대와 40대 전후해 발생하는 조기발병위암환자들이 증가추세를 보이고 있는데 명확한 발병원인이 밝혀지지 않았다. 그런데 고려대 화학과 유전단백체연구센터, 대구경북과학기술원(DGIST), 이화여대, 한양대, 경희대, 국립암센터, 한국과학기술연구원(KIST) 의공학연구소 공동연구팀이 40대나 그 이전의 나이에 발병하는 조기발병위암 환자들의 유전단백체 연구를 통해 조기발병위암의 원인을 규명하는데 성공하고 생물학 분야 국제학술지 ‘암 세포’ 15일자에 발표했다. 조기발병위암 환자는 국내 전체 위암환자의 15% 안팎으로 세계적으로도 상당하 높은 수준이다. 조기발병위암은 식습관이나 흡연, 음주 같은 환경적 요인보다는 유전적 요인이 높아 가족력이 있는 경우 발병 가능성이 높고 남성보다 여성에게서 더 많이 발병하는 것으로 알려져 있다. 조기발병위암은 젊은 나이에 발생하기 때문에 소화불량이나 단순한 속쓰림 등과 헷갈려 진단이 늦는 경우가 많고 암조직이 덩어리 형태가 아니라 위 점막 밑에 넓게 펴져 있기 때문에 내시경으로도 진단이 쉽지 않다. 일단 발생하면 진행이 빠를 뿐만 아니라 다른 조직으로 전이되는 경우가 많다.연구팀은 최근 5년간 발병한 80명의 조기발병위암 환자의 암 조직과 주변 정상조직, 혈액에서 유전체와 단백체 데이터를 수집했다. 이렇게 얻은 시료를 바탕으로 엑솜 시퀀싱, mRNA 시퀀싱, 액체크로마토그래피-텐덤 질량분석기술 등 차세대 염기서열 분석법(NGS)으로 분석했다. 그 결과 7079개의 체세포 변이를 찾았고 이 중에서 조기발병위암을 유발시키는 중요한 신호전달경로에 관여하고 있는 변이유전자 3개(CDH1, ARID1A, RHOA)를 찾아냈다. 또 80명의 위암환자 조직 유전자 분석결과 같은 위암이라도 다른 치료반응을 보이는 4종의 조기발병위암으로 분류할 수 있음을 밝혀냈다. 4종의 위암은 각기 다른 세포 신호전달경로를 갖고 있어 치료방식도 다르게 해야 한다는 사실을 밝혀낸 것이다. 고려대 화학과 이상원 교수는 “이번 연구는 최근 국내에서 여성을 중심으로 발병빈도가 증가하고 있는 조기발병위암에 대한 보다 정밀한 유전적 원인을 규명함으로써 위암 환자의 정밀 진단과 맞춤형 치료법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

노년층의 가장 큰 걱정은 암과 같은 치명적인 질병 뿐만 아니라 자기 자신, 그리고 살아온 날들의 기억을 잃는 것이다. 기억이 사라져 좋든 싫던 삶의 궤적을 뒤돌아볼 수 없게 되고 고상하게 늙어갈 권리마저 빼앗는 치매는 고령화 사회로 가는 전 세계 모든 국가들의 걱정꺼리이다. 치매의 절반 이상이 알츠하이머성 치매로 알려져 있음에도 알츠하이머의 발병원인이 정확히 밝혀지지 않아 치료 방법도 마땅치 않은 상황이다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 유성운 교수, 서울대 치의과대 이성중 교수, 한국생명공학연구원 김선영 박사 공동연구팀은 뇌 면역세포의 자가포식 작용이 방해를 받으면서 알츠하이머가 발생한다는 사실을 규명했다고 8일 밝혔다. 이번 연구결과는 생물학 분야 국제학술지 ‘오토파지’ 최신호에 실렸다. 자가포식은 기능 이상이 생기거나 오래돼 손상된 세포, 독성을 가진 세포 내 물질을 제거하는 생체현상이다. 일본 도쿄공업대 오스미 요시노리 명예교수는 자가포식 현상을 규명해 질병 치료 길을 확장시킨 공로로 2016년에 노벨생리의학상을 단독 수상한 바 있다. 뇌에서는 미세아교세포라는 면역세포가 뇌 조직에 생긴 해로운 물질을 없애는 청소부 역할을 하고 있다. 그 동안 뇌 염증 반응과 뇌세포 자가포식 작용이 퇴행성 뇌질환과 관련이 있다는 것을 보여주는 연구는 많았지만 구체적인 메커니즘에 대해서는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 미세아교세포 표면에 존재하는 ‘TLR4’라는 수용체에 염증유도 물질이 결합되면서 세포내 관련 신호전달 경로가 활성화돼 자가포식 작용을 억제시킨다는 사실을 밝혀냈다. 자가포식 작용이 억데되면 알츠하이머를 일으키는 원인물질로 알려진 베타아밀로이드 분해 능력 저하로 이어지게 되고 결국 알츠하이머를 악화시킨다는 설명이다. 유성운 DGIST 교수는 “퇴행성 뇌질환에 걸리면 항상 신경염증이 증가하는데 이번 연구는 염증이 늘어나면서 미세아교세포에서 자가포식 현상이 억제된다는 사실을 처음으로 밝혀냈다는데 의미가 크다”며 “미세아교세포의 자가포식 활성은 베타아밀로이드 분해, 신경회로 재구성, 사이토카인 분비 조절 등 다양한 역할을 수행하는 만큼 신경염증을 유발시키는 다양한 퇴행성 뇌질환과 정신질환의 치료에 이용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr