NABI 랩에서는 Healthcare와 연관된 치료 및 진단기술과 친환경 소재기술을 연구합니다. 활발한 산학협력 연구를 통해 단백질 안정화 및 전달체 소재, 무자극 생분해성 고분자 유화제, 무효소 현장진단용 분자진단 소재, 저자극성 자외선 차단제, 친환경 방오도료 개발 등을 제품화, 제형디자인 적용, 기술이전 등의 형태로 진행했습니다. 다양한 응용분야를 다루지만, 근본적으로 생체분자/세포/조직이 다양한 기능을 갖는 나노소재와 이루는 계면에 대한 깊이있는 이해를 통해 기술적인 문제들을 해결한다는 틀을 지니고 있습니다. 현재는 다음과 같은 분야에서 연구개발이 이루어지고 있습니다. - 단백질 백신 전달용 지질 나노전달체 - 항생제 대체용 파지치료 기술 - 현장진단용 분자진단 기술 (PCR 대체기술) - 플라스틱-free 화장품 및 퍼스널케어 소재 - E-waste 유가금속 회수기술 (Urban mining)

□ 단백질 백신 나노전달체

최근 코로나19 백신과 관련해서도 잘 드러났지만, 효과적인 백신제제를 개발하는 데에 있어서 유전자 또는 단백질 항원 전달체는 필수적인 요소입니다. 특히, 다양한 지질 기반의 전달체들이 면역 보조제와 함께 단백질 항원의 면역효과를 높이기 위해 개발되어 왔지만, 단백질 백신이 갖고 있는 구조적인 불안정성, 표적외 전달, 낮은 cross-presentation 효율 등으로 인해 여전히 기술적인 한계를 갖고 있습니다. 최근에는 화학적으로 변형된 단백질 항원과 지질을 사용한 연구들이 발표되고 있지만, 높은 효과 뒤에는 장기적인 생체내 안전성 이슈가 잠재되어 있어서, 보다 임상적으로 쉽게 받아들일 수 있는 방식으로 개발된 전달체가 요구되고 있는 상황입니다. 이러한 이슈를 해결하고자, 본 연구팀은 ‘공유결합이 없는’ 매우 안정적인 다층 단백질-지질 하이브리드 나노입자(MPLVs)를 개발하여, 단백질 항원과 면역 보조제의 효율적인 공동 전달이 가능하게 하였습니다. MPLVs는 쥐에서 유래한 bone-marrow dendritic cells에서 면역학적 표면 마커와 사이토카인의 생성을 증가시키는 효과를 보였고, MPLVs를 투여한 생쥐의 백신접종은 CD4+와 CD8+ 세포의 활성화를 통해 항항체 및 인터페론 감마의 생성을 크게 증가시킨다는 것을 밝혀내었다. 이러한 연구결과는 MPLVs가 단백질 항원과 보조제의 효율적인 공동전달을 통해 효율적인 항원교차제시를 위한 유망한 단백질 백신용 나노전달체 플랫폼 역할을 할 수 있다는 것을 의미합니다. 최근에는 이러한 기술을 응용하여 ㈜셀트리온에서 EGF 단백질을 효율적으로 나노전달체에 포집시키는 기술을 화장품에 적용한 제품을 출시하였고, 그 외에도 다양한 단백질들을 대상으로 적용가능성을 높이기 위한 기초연구 및 산학협력 연구를 수행하고 있습니다.

 

□ 현장진단용 분자진단 나노소재 기술

생물학적 시료에서 유전자를 추출하여 특정 염기서열을 갖는 핵산을 검출하는 방법은 병원성 질병이나 유전병의 진단에 다양하게 활용됩니다. 하지만, 생물학적 시료에서 추출되는 유전자의 양은 극미량이기 때문에, 정확한 분석을 위해서는 핵산의 증폭이 필수적입니다. 가장 광범위하게 사용되고 있는 것은 PCR인데, 이를 수행하기 위해 장비, 비용, 전문 인력이 필요하다는 문제로 인해서 현장진단을 위해 활용되는 데에는 분명한 한계가 있습니다. 이를 극복하기 위한 방법으로 최근에는 등온증폭법이 제안되었지만, 여전히 효소를 사용하기 때문에 비용적인 문제와 보관 안정성 이슈가 남아있고, 비특이적인 증폭반응의 문제점 등으로 인해, 최근에는 효소 없는 증폭기술에 대한 관심이 쏠리고 있습니다. 본 연구팀에서는 타겟 유전자가 특정한 유전자 사슬들의 구조를 변화시키는 촉매 역할을 하게 하는 Toehold-mediated Strand Displacement (TMSD) 기술을 이용하여 3차원적 하이드로젤 DNA구조를 만드는 기술을 개발하여, 효소가 없이도 매우 낮은 농도의 타겟 유전자가 신호를 증폭하는 기술을 개발하였습니다. 다제내성균의 유전자 타겟 및 acute coronary syndrome (ACS)에 대한 바이오마커 역할을 할 수 있는 RNA 타겟에 대한 적용가능성을 확인하였고, 현재 정제과정 없이 체액 내의 타겟을 직접 검출하는 조건을 확립하는 연구를 수행하고 있습니다. 본 기술은 ㈜원메디칼에 기술이전 및 협력을 통해 제품화를 위한 실용화 연구 중에 있습니다.

 

□ 친환경 화장품 및 퍼스널케어 소재

최근 화장품 및 퍼스널케어 분야에서는 오랫동안 사용되어오던 소재들의 교체활동이 매우 활발하게 진행되고 있습니다. 매우 다양한 용도로 활용되었던 poly(ethylene glycol) (PEG)는 생체내 안전성 문제로 PMMA는 미세플라스틱 문제로 더 이상 사용되지 못하게 되어, 이를 대체하는 소재에 대한 요구가 높습니다. 본 연구팀에서는 생분해성 고분자 기반의 고분자 유화제를 이용하여, 계면활성제가 포함되지 않는 안정한 에멀젼의 특성과 응용성에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 다공성 무기소재를 기반으로 UV 뿐만 아니라 blue light 영역까지 screening 효과를 낼 수 있는 소재를 새롭게 개발하여 ㈜CTK에서 제품화를 진행 중에 있고, 유기 자외선 차단제를 안전하게 사용할 수 있는 새로운 타입의 캡슐에 대한 연구를 진행 중입니다.

 

□ E-waste 유가금속 회수용 광흡착 소재

금, 백금, 팔라듐, 이리듐과 같은 유가금속들은 산업의 발달에 따라 그 수요는 지속적으로 증가하고 있으나, 매장량이 한정되어 있고, 매장지역이 편중되어 높은 가격과 불안정성을 가지고 있습니다. 최근에는 urban mining이라고 해서, E-waste에 존재하는 유가금속들을 회수하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 현재는 넓은 부지를 필요로 하는 금속침전법이나, 복잡한 공정과 환경문제가 심각한 공정에 의존하고 있어서, 이를 극복할 수 있는 새로운 경제적, 친환경 기술에 대한 요구가 존재합니다. 본 연구팀은 금이온에 대한 높은 선택성과 회수율을 갖는 흡착제를 개발하였고, 특히 광조사에 의해 흡착효율이 급격하게 증가하여 흡착제 1g당 최대 15 g의 금을 회수할 수 있는 소재를 개발하였습니다. 이는 광감작 성능을 지니면서 금속이온에 대한 결합능력이 우수한 분자를 다공성 소재에 도입하여 안정적인 광화학적 흡착을 구현한 것으로, 앞으로는 공정 개발, 소재 최적화를 통해 상업화를 추진하고자 연구개발을 진행하고 있습니다. 

     

            [그림 좌부터] 단백질-지질 다층라멜라 나노입자, 유전자-지질 나노전달체, 자외선-청색광 차단소재