Core Lab

설립 목적

세계의 의료시스템은 맞춤의학이라는 새로운 패러다임을 마주하고 있음. 맞춤의학이란 치료에 대한 환자의 반응을 예측하여 환자에게 적합한 처방을 내리는 것을 뜻함. 전 세계는 맞춤 의학의 시대를 맞이하고 있으며, 의학, 생물학, 공학을 융합하는 새로운 연구를 필요로 하고 있음. 본 연구실은 "Helping Life Scientists with Technology"의 목적의식을 가지고 MEMS 기술, 재료공학, 바이오공학, 광학 및 소프트웨어 엔지니어링 기술 등을 융합하여 맞춤 의학을 위한 기술을 개발 중에 있음.

연구 분야

분야 1 : 공간적인 단일 세포 분리, 분석 기술

기존의 단일세포 분리방법은 각 세포의 위치정보가 사라지거나, 위치정보를 가지더라도 세포에 손상이 가해진다. 하지만 본 연구실의 IR 펄스레이저 시스템을 이용하면 이미지 기반으로 조직 내에서 위치정보를 가지면서 단일세포 단위로 손상 없이 분리하여 분석할 수 있다. 따라서 본 기술로 분리한 세포를 통해 주변 조직과의 상호작용과 관련된 정보를 얻을 수도 있고, 임상에서 형태학적 모습으로 진단된 세포들을 분리하기 용이하므로 실제 임상과 밀접한 분석을 진행할 수 있다.

그림 1. 조직 이미지 기반 단일세포 분리기술
이에 더불어 본 시스템을 이용하면 단순히 조직 내의 세포가 아닌 특정 구조체도 분리할 수 있으며, 혈액 속에 돌아다니는 암세포인 CTC를 포획한 구조물을 분리하여 분석하거나 항체 클론 분석까지 연결할 수 있다.

그림 2. 구조물 분리를 통한 포획된 CTC 회수 기술, 클론 분석 기술

분야 2 : 코드화된 기능성 미세입자를 활용한 동시다발적 분석

기존 방법으로 수백만 개의 샘플을 분석할 때 피페팅(pipetting)에 많은 시간과 비용이 소요된다. 제약 과정의 효율화를 위해 수백만 번의 피페팅을 통해서 진행하던 느린 실험을 단 한 번의 실험을 통해 가능하도록 하는 파티페팅(partipetting) 기술을 개발했다. 기능성 미세입자에 바이오칩을 결합하여 수백만 개의 샘플을 빠르게 분석할 수 있으며, 각 미세입자는 코드화 되어 있기 때문에 동시다발적 분석이 가능하다. 이를 이용한 대규모 생물학적 분석을 발전시켜 생물학적 샘플에서 인시투 분석방법을 통해서 각 에세이에서의 유전체량의 변화를 통한 동시다발적 약물 스크리닝을 가능하게 한다.

그림 3. 대규모 어세이를 가능하게 하는 파티페팅 기술

분야 3 : DNA 레이저 프린터 기술

DNA 레이저 프린터 기술은 마이크로어레이 합성 기술을 이용하여 만들어낸 수십만 종의 DNA를 NGS로 정확하게 확인한 뒤 자체 개발한 알고리즘을 이용하여 오류 없는 목적 염기서열을 가지는 DNA를 펄스레이저 추출 시스템을 이용하여 회수하는 기술이다. 이를 통해 약 99%의 정확도로 목적 염기서열이 추출되는 것을 확인하였으며, 그 결과 기초적인 생명체의 DNA를 합성하는데 있어서 몇 년의 시간과 수억원 이상의 비용이 들던 실험을 며칠 내에 몇 백만원 수준으로 줄일 수 있게 되었다. 더 나아가 광학적 감지 오류에 의한 NGS 오류를 본 회수기술을 이용해 검증할 수 있고, 굉장히 낮은 비율로 존재하는 암 유전체 변이를 NGS 오류없이 정확하게 판단할 수 있다.

그림 4. DNA 레이저 프린트 기술
더 나아가 광학적 감지 오류에 의한 NGS 오류를 본 회수기술을 이용해 검증할 수 있고, 굉장히 낮은 비율로 존재하는 암 유전체 변이를 정확하게 판단할 수 있다.

그림 5. NGS의 오류 검증 기술

분야 4 : 초고속 항생제 감수성 검사

기존 항생제 감수성 검사는 3일이 걸리기 때문에 그 기간 동안에도 항생제의 오남용을 할 수 있어 검사 시간을 획기적으로 줄일 기술이 시급했다. 본 시간을 줄이기 위해서 세균을 오랜 시간 동안 배양한 뒤 집단적 변화를 측정하는 기존 방법 대신 항생제에 대한 개별 세균의 형태학적 변화를 자동화된 현미경으로 관찰하는 바이오 칩 및 자동화된 분석 플랫폼을 개발함으로써, 항생제 감수성 검사 시간을 6시간 내로 줄이는 데 성공하였다. 본 기술은 ㈜퀀타매트릭스에서 상용화하여 현재 서울대병원 등 국내 대형병원에서 임상 샘플을 이용한 검증을 성공적으로 수행 중에 있다.

그림 6. 초고속 항생제 감수성 기술

분야 5 : Immune profiling

개인 맞춤형 건강검진을 위해서는 각 개인의 면역에 대한 정보를 알고 있어야 하는데, 이는 개인마다 다 다른 형상을 보인다. 특히 항체 생성을 담당하는 B 세포는 건강 상태 및 특정 항원에의 노출 정도에 따라 변이 현상의 정도와 염기서열의 다양성에 차이가 발생하게 된다. 본 연구실은 면역 세포의 다양성과 실제 항원 결합 능력을 분석하여 시각적으로 표현하는 면역 영상 알고리즘을 개발한다. 본 알고리즘을 이용하면 B세포의 receptor가 어떤 양상으로 진화하는지를 파악하여 계통도를 영상화할 수 있고, 더 효율적으로 항체를 발굴할 수 있다.

그림 7. 면역 레퍼토어 프로파일링 기술

분야 6 : DNA origami & storage

단순히 생체재료에 그치지 않고, 다이나믹하게 구조를 바꾸는 나노 격자의 형성을 통한 나노 로봇을 만들어 특정 타겟에 대한 약 전달 및 살아있는 세포 안에서의 nano manipulator로써의 역할을 진행할 수 있다.
그리고 4진법을 이용한 더 효율이고 전기 없이 수천년까지 저장가능한 저장매체로 활용하기 위한, 한 번 쓰고 여러 번 읽을 수 있는 DNA 저장 플렛폼을 개발하고 있다.

그림 8. DNA nanosturcture 형성을 통한 DNA 나노로봇 제작