□ 연구개요 ■ 인체 면역체계를 구성하는 다양한 면역세포들 (대식세포, T세포, 수지상세포 등) 은 각각의 분화 과정을 거친 후 신체의 모든 부위에서 각 세포 종에 특이적인 면역반응을 통해 체내 항상성을 유지하는데, 면역시스템의 오작동은 암, 비만, 심뇌질환을 포함하는 다양한 질병의 원인으로 밝혀지고 있음. ■ 지금까지 생체 기능은 화학적 자극에 의한 반응 기재를 바탕으로 이해되었고, 인간의 질병을 비롯한 비정상적인 거동도 생화학을 기반으로 한 면역학에 의해 해석되었으나, 면역 세포와 이들 주변 미세 환경의 물리적 요인에 대한 세포 수준의 인식 및 반응 기작을 규명하는데는 한계가 있음. ■ 최근 정통 생물학의 접근법을 벗어나 세포와 외부 환경, 세포 소기관들 사이의 물리적 상호 작용에 대해 연구하는 학문분야인 기계생물학이 대두됨에 따라, 세포가 주변 미세 환경의 물리적 특성을 인지하고, 신호 전달을 통해 주변 환경 변화에 대한 끊임없는 적응 기작이 가능함이 밝혀지고 있음. ■ 세포의 물리적 환경 인식 및 대응 프로그램의 장애는 죽상동맥경화증, 비만, 암 전이와 같은 다양한 질병의 진행과 강한 연관성이 있을 것으로 추정되며, 이러한 세포의 주변 환경 인식과 관련된 분자 메커니즘 사이의 상호작용을 이해하면 그 치료법을 찾는데 활용할 수 있을 것으로 기대됨. ■ 따라서 본 연구에서는 질병이 발생하는 조직 내 물리적 미세환경과 면역세포에 의한 면역반응간의 상관관계를 이해함으로써 조직 및 질병 특이적인 면역세포의 물리적 신호 전달 체계를 규명하고, 나아가 이를 통해 면역시스템을 새롭게 정의하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구의 최종 목표인 면역세포와 물리적 환경 간의 상호작용에 따른 면역 조절 메커니즘 규명을 위하여, 면역세포 메카노센싱에 의한 면역 반응 차이 (1차년도), 면역세포-세포외기질 간 역학적 상호작용 (2차년도), 면역세포의 기계적 자극 전달 (3차년도) 및 세포핵 동역학에 의한 면역반응 조절 (4차년도)을 연구함. ■ 연구기간 내 효율적인 연구 목표 달성을 위하여 매년 핵심 연구 주제에 집중하여 다음과 같은 연구 성과를 창출하였음. ■ (1차년도): 면역세포 표현형 분석을 위한 대용량 이미징 분석 기술 개발, 면역 반응에 따른 면역세포 (대식세포)의 세포 골격 구조와 기능 간의 상관 관계 규명, 고분자 하이드로젤로 조절한 세포 외부 물리적 환경 변화에 따른 면역세포 면역 반응 (M2) 조절 유도 조건 확립 및 정량 분석 기술 최적화. ■ (2차년도): 대식세포의 인테그린에 적용 가능한 DNA기반 단분자 결합력 제어 센서를 개발, 세포와 기질 간의 단분자 수준의 미세한 결합력 차이를 확인. ■ (3차년도): 면역세포에 적용 가능한 기계적 자극 인가를 위해 대식세포가 부착하여 퍼지는 정도를 조절할 수 있는 마이크로패턴을 디자인함. 대식세포의 퍼짐 정도에 따른 세포핵의 장력 변화와 이에 따른 세포 골격의 구조적 변화가 및 M2 특이적 면역 반응 조절을 확인함. ■ (4차년도): 단순 세포 골격 변화 또는 마이크로패터닝에 의한 세포전체의 장력 변화 유도로부터 면역세포의 기계적 자극에 따른 핵의 구조적 변이가 M2 면역 반응 조절의 핵심 인자 임을 확인하였고, 나아가 핵공을 통한 M2 특이적 전사인자인 STAT6의 전송 속도 차이가 핵내 신호 전달의 핵심 경로임을 규명함. ■ 본 연구를 통해 당초 계획한 정량적 연구 성과 목표를 달성하였고 (국제학술지 >10, 특허 >4), 특히 JCR 분야별 순위 1위 저널에 두 편의 논문을 게재 완료함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 가. 학문적 측면 ■ 물리학과 생명과학의 학제간 융합, 공학자와 자연과학자의 협업을 통해, 전통적인 연구 방법의 틀을 깨고 인간 질병에 대한 새로운 시각으로 새로운 이론을 정립. ■ 융합 연구를 통해 면역학 연구의 방법론을 확장시켜 면역-기계생물학이라는 새로운 학문의 장을개척하고, 생명공학 기반 기술로 활용할 수 있음. 이는 면역 반응 활성에 의한 질병 치료와 같은 실질적인 후속 연구에 파급력을 가짐 나. 경제적-산업적 측면 ■ 본 연구는 새로운 면역 조절 경로를 발굴하는 것으로 병리적 현상에 대한 이해를 넓히고 임상에 적용 가능한 약학적 타겟 선정 및 치료법 개발에 기여함. ■ 국내 의료, 제약 산업 및 특허 시장의 증진과 함께, 의료 선진국으로서의 국가 이미지 제고 및 미래원천기술 확보 등 경제적·산업적 파급 효과가 기대됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)
- 연구책임자 : 김동휘
- 주관연구기관 : 고려대학교
- 발행년도 : 20230300
- Keyword : 1. 기계생물학;물리적환경감지;면역계;세포핵 동역학;단분자력센서; 2. Mechano-biology;Mechano-sensation;Immune system;Nuclear dynamics;Single molecular force sensor;
