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최준원 교수 공동 연구팀이 선천면역의 활성화를 통해 차세대 면역항암제로 활용될 수 있는 ENPP1 억제 화합물을 발굴했다. 최준원 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진)는 한국과학기술원(KIST)·㈜티씨노바이오사이언스 공동 연구팀이 선천면역의 조절과 관련 있는 STING 경로를 활성화시켜 선천면역 활성화를 유도하는 저분자 화합물 기반의 새로운 ENPP1 저해제를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 ‘STING 매개 면역항암요법을 위한 경구 투여 저분자 ENPP1 저해제 개발(Discovery of orally bioavailable phthalazinone analogues as an ENPP1 inhibitor for STING-mediated cancer immunotherapy)’이라는 논문으로 의약화학 분야 국제 저명 학술지인 <저널 오브 메디시널 케미스트리(Journal of Medicinal Chemistry> 11월호의 부표지 논문(Supplementary Cover)으로 선정됐다. 이번 연구에는 아주대 최준원 교수, 한국과학기술원(KIST) 이상희·한서정 박사, ㈜티씨노바이오사이언스 박찬선 박사가 공동 교신저자로 참여했으며, 공동 제1저자로 아주대 조영욱 학생(대학원 분자과학기술학과)과 KIST·경희대 강미소 학생(KIST 뇌질환극복연구단·경희대 기초약학과)이 함께 했다. ㈜티씨노바이오사이언스는 저분자 혁신항암제(선천면역·RAS변이 항암제)를 개발하고 있는 바이오 스타트업이다. 면역항암제는 암을 직접 공격하는 기존의 1세대 화학항암제, 2세대 표적항암제와는 달리 면역체계를 자극하여 면역세포가 선택적으로 암세포를 공격하도록 유도하는 새로운 패러다임의 3세대 항암제를 말한다. 면역항암제는 기존 1세대·2세대 항암제의 여러 한계를 극복할 수 있다는 측면에서, 암 치료의 새로운 패러다임으로 주목받고 있다. 1세대 항암제의 부작용과 2세대 항암제의 내성 등 암 환자들의 치료를 어렵게 했던 요소들이 해결될 수 있을 것이라는 기대에서다. 실제 면역항암제는 다양한 암에서 치료 효과를 보이고 있고 폐암, 신장암, 림프종과 피부암의 일종인 흑색종 등 암 환자들의 생존율 증가에도 획기적으로 기여하고 있다. 미국 제약사 머크(Merck Sharp & Dohme, MSD)가 2014년 면역항암제의 일종인 면역관문억제제 ‘키트루다(Keytruda)’를 출시한 뒤, 새로운 타깃에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 그 사례로 지미 카터 전 미국 대통령은 흑색종이 간에 이어 뇌까지 전이되었지만, ‘키트루다(Keytruda)’ 투여 이후 완치 판정을 받았다. ‘키트루다(Keytruda)’는 지난해 약 26조원의 매출을 기록해 전 세계에서 가장 높은 수준의 의약품 매출액을 기록하고 있다. 그러나 이 같은 가능성에도 불구하고 여전히 면역관문억제제(immune checkpoint inhibitor)의 치료 반응률이 높지 않아, 아직도 많은 암 환자들이 면역관문억제제 치료를 받지 못하고 있다. 면역관문억제제는 면역항암제의 일종으로, 암세포가 면역체계를 회피하는 것을 억제하는 역할을 한다. 암세포가 인체에서 면역관문을 조종, 일종의 정상 세포인 것처럼 면역세포로부터 스스로를 보호하는데 면역관문억제제는 이를 억제함으로써 면역세포가 암을 공격할 수 있도록 돕는 것이다. 면역관문억제제와 같은 면역항암제의 반응률을 낮추는 원인으로는 암세포의 낮은 면역반응성이 꼽힌다. 암세포 주변의 종양미세환경(tumor microenvironment, TME)에서 면역세포가 배제된 ‘콜드 튜머(cold tumor)’에서는 면역항암제의 반응률이 낮은 반면, 종양미세환경에 면역세포가 침투해 있고 암세포의 면역반응이 활성화된 ‘핫 튜머(hot tumor)’에서는 면역항암제의 치료 효과가 높음이 이미 밝혀져 있다. 이에 글로벌 제약사들은 면역반응성이 낮은 콜드 튜머를 면역반응성이 높은 핫 튜머로 바꿀 수 있는 선천면역항암제 개발에 관심을 가지고 있다.이번 연구에서 공동 연구팀은 선천면역 조절과 관련 있는 STING 경로를 활성화 시키는 경구 투여 ENPP1 저해 저분자 화합물을 발굴했다. 이 물질은 STING 경로 활성화를 통해 인터페론 등 사이토카인의 생성을 촉진하였고, T세포를 매개로 한 선천면역 반응을 유도했다. 이에 따라, 암세포에 대한 면역반응성이 높아져 암세포의 성장을 효과적으로 억제할 수 있음을 연구팀은 동물 모델을 통해 확인했다. 특히, 면역관문억제제(anti-PD-L1)와 병용 투여 시 면역관문억제제를 단독 투여할 때보다 높은 항암 효능을 나타냈다. 또 암세포를 재이식하여 암 재발을 유도하는 실험에서도 추가적인 약물 투여 없이 암세포가 사멸하거나 거의 자라지 않는 우수한 면역항암 지속 효능을 보였다. 이번 연구 결과는 추가적인 연구를 통해 면역관문억제제, 화학요법, 방사선 치료 등 기존 표준치료와 연계된 병용 치료요법 또는 단독 투여요법으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.아주대 최준원 교수는 “3세대 항암제는 기존 항암제와 비교해 부작용은 적고 치료 효과는 높아 항암치료의 패러다임 변화를 가져왔다”며 “하지만 모든 환자에서 치료 효과를 보이지는 않고 30% 이하의 환자들에게서만 효능을 보이고 있어, 면역항암제의 낮은 반응률을 높이기 위한 연구가 지속되고 있다.”라고 설명했다. 최 교수는 “이번 연구가 앞으로 더욱 발전되어, 면역항암제가 적용될 수 있는 암의 종류가 확대될 것으로 기대한다”며 “암세포의 낮은 면역반응성으로 면역항암제 사용이 쉽지 않았던 환자들에게 도움을 줄 수 있는 새로운 치료법의 기초가 되길 바란다”라고 전했다.한편 이번 연구는 한국연구재단, 국가신약개발사업단, 보건산업진흥원, 대학중점연구소 사업의 지원을 받아 수행됐다.<저널 오브 메디시널 케미스트리(Journal of Medicinal Chemistry> 11월호의 부표지 논문(Supplementary Cover)으로 선정된 공동 연구팀의 연구 성과. 연구팀이 개발한 물질이 콜드 튜머를 핫 튜머로 변환시켜 암세포 사멸을 유도하는 모식도다.이번 연구에서 개발한 ENPP1 저해제 화학적 구조 및 작용기전(위)과 동물모델에서 항암 효능 결과(아래)
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아주대 연구진이 사람의 눈에는 보이지 않는 적외선 빛을 전류 신호로 전환할 수 있는 유기 소재를 개발했다. 이 소재를 이용하면 적외선 빛을 고감도로 감지할 수 있어 자율주행차와 우주 및 군사 시설, 바이오 헬스케어 분야에 활용될 수 있을 전망이다. 김종현 교수(아주대 응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)는 한국화학연구원(KRICT, 원장 이영국) 고서진·윤성철 박사 연구팀과의 공동 연구를 통해 근적외선 광을 효율적으로 흡수할 수 있는 유기 반도체 소재와, 이를 이용한 유기 포토디텍터(Photodetector) 소자를 개발했다고 밝혔다. 해당 내용은 ‘신규 비풀러렌계 비대칭 전자수용소재를 이용한 고광검출력 근적외선 유기 포토디텍터 개발(High Detectivity Near Infrared Organic Photodetectors Using an Asymmetric Non-Fullerene Acceptor for Optimal Nanomorphology and Suppressed Dark Current)’이라는 제목으로 소재 분야 저명 학술지인 <ACS Nano>에 지난 10월 게재됐다. 아주대 이아영 학생(분자과학기술학과 석박사 통합과정), 한국화학연구원의 하종운 박사가 공동 제1저자로 참여했고 아주대 김종현 교수와 한국화학연구원 고서진·윤성철 박사는 공동 교신저자로 함께 했다. 아주대 연구팀이 포토디텍터 소자 설계와 성능 최적화 연구를 수행했고 한국화학연구원에서는 근적외선 흡광 소재 개발 연구를 맡았다. 우리 학교 박성준 교수(전자공학과·지능형반도체공학과)와 허준석 교수(지능형반도체공학과·전자공학과) 연구팀도 소자 분석 연구에 참여했다.적외선은 가시광선과 달리 사람이 직접 눈으로 확인할 수는 없으나 다양한 분야에서 이용되고 있다. 인체를 비롯한 생물체와 엔진, 천체 등이 방출하는 열을 이미지화하여 감지하고 식별할 수 있기 때문이다. 이에 자율 주행차와 우주·군사 시설을 비롯해 바이오 헬스케어 센서, 광통신 등의 분야에서 활용되고 있다. 광 송수신을 통한 장애물 감지 라이다 시스템, 열 신호 감지 나이트 비전·열화상 카메라, 그리고 생체 내 분자 수준의 변화를 영상화하는 바이오이미징 등으로 학계와 산업계에서 사용하고 있는 것. 특히 유기물 반도체는 가볍고 휘어지는 특성을 가지고 있어, 이를 이용한 웨어러블 적외선 센서의 구현이 가능하다. 그러나 적외선 대역의 광신호는 낮은 에너지를 가지고 있어 일상 생활에 존재하는 여러 노이즈 신호와 구분이 힘들고, 소재 개발이 어려워 장파장 근적외선을 민감하게 감지할 수 있는 유기 포토디텍터의 개발은 뒤처져 있다. 포토디텍터는 광신호를 전류신호로 변환시켜주는 기능을 하는 핵심 전자 소자로, 스마트폰을 비롯한 모바일 기기의 디지털 카메라에서 이미지를 구현하는 역할을 하는 소자를 말한다. 우리 눈으로 식별할 수 있는 가시광 신호를 전류로 변환하는 포토디텍터는 무기물 실리콘 반도체 소재를 기반으로 상용화되어 있다. 이에 공동 연구팀은 광흡수 파장 제어가 용이하면서도 근적외선 광을 잘 흡수할 수 있는 유기물 근적외선 흡수 소재를 개발, 해당 소재를 이용한 박막(film)의 나노구조를 제어하는 방식을 통해 고감도 근적외선 포토디텍터를 구현하고자 했다. 즉, 1000nm 이상 파장대의 근적외선을 효율적으로 흡수하면서도 이상적인 박막나노구조를 형성할 수 있는 비풀러렌 계열(전통적으로 사용되어온 풀러렌계열의 전자수용 유기분자의 화학구조를 탈피한 다른 구조를 가지는 소재군)의 유기 반도체 소재들의 개발과 최적의 소자구조 설계, 소자 성능의 최적화 방안을 함께 연구해 온 것이다.공동 연구팀은 이번에 개발한 유기 반도체 소재를 공액고분자와 함께 벌크헤테로졍션(전자를 제공하는 공액고분자와 전자를 수용하는 유기 반도체 소재를 함께 섞어서 pn졍션을 형성하는 방법. pn졍션은 p형반도체와 n형반도체의 접합을 의미) 필름으로 제작하여 포토디텍터에 적용할 때, 1000nm 근적외선 광에 대해 1012 Jones 이상 높은 수준의 광감지가 가능한 고감도 광센서의 구현이 가능함을 확인했다. 이는 기존에 상용화된 실리콘 포토디텍터 보다 4~5배 더 높은 수준이다. 연구팀은 나아가 신규 소재를 기반으로 제작된 고감도 포토디텍터를 이용하여 광 혈류 측정 센서에 응용, 신체 맥파 분석에도 성공했다. 이번에 개발된 포토디텍터를 이용하면 혈관의 건강 상태도 정밀 감지할 수 있다는 설명이다. 아주대 김종현 교수는 “그동안 1000nm 이상 근적외선 빛의 고감도 검출에 여러 어려움이 있었으나, 이번 연구로 해결책을 제시할 수 있게 됐다”며“이번에 개발한 소재·소자 기술이 고감도의 근적외선 카메라와 적외선 통신, 바이오 헬스케어 센서 등 여러 신산업에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 고서진 한국화학연구원 책임연구원은 “이번 연구는 근적외선 광센서 분야를 이끌어 갈 수 있는 세계적 수준의 성과”라며 “동시에 상업화 가능성이 매우 높은 원천 소재 및 소자 기술이라는 점에서 그 의미가 크다”라고 전했다. 한편 연구팀은 앞서 ‘시아노기 치환형 비풀러렌계 유기전자수용 소재 개발 및 이를 이용한 1000nm 이상 근적외선 광의 고검출 감지가 가능한 고성능 유기 포토디텍터 구현(Effect of Cyano Substitution on Non-Fullerene Acceptor for Near-Infrared Organic Photodetectors above 1000nm)’이라는 제목의 논문도 발표했다. 이번 연구 성과와 동일 선상의 연구로, 소재 분야 저명 학술지 <어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)> 2월호의 표지논문으로 선정됐다. <ACS Nano>에 실린 공동 연구팀의 논문 내용을 설명하는 이미지. 비대칭 비풀러렌 전자수용소재를 이용한 고성능 근적외선 광 감지 센서와, 이를 이용한 광 혈류 측정 센서*제일 위 사진 - 연구팀의 연구성과가 소개된 <어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)>2월호 표지
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우리 학교 서형탁 교수팀과 이상운 교수팀이 진행해온 산학협력 연구결과가 SCI 저널 <어드밴스드 머터리얼즈 테크놀로지> 특별판에 소개됐다. <어드밴스드 머터리얼즈 테크놀로지(Advanced Materials Technology)>는 10월24일자 이슈를 ‘한국 대학-기업 연구 협력’을 주제로 한 특별판(Special Issue: University–Industry Research Collaborations in South Korea)으로 펴냈다.이 특별판에는 아주대를 비롯한 서울대, KAIST, 연세대, 성균관대, 한양대 등 주요 대학들과 삼성전자, 삼성종합기술원, SK하이닉스, 큐셀, 선익시스템 등 한국의 반도체·디스플레이·태양전지 분야 기업들과의 대표적 산학 연구결과가 소개됐다. 그 중 아주대 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)와 이상운 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과)의 연구는 D램(DRAM, Dynamic Random Access Memory)의 핵심 분석과 공정 분야에 대한 내용으로, 삼성전자 반도체연구소와의 공동 연구다. D램은 크게 외부 입력에 따라 쓰기 및 읽기 동작을 하는 트랜지스터와 정보를 저장하는 커패시터로 구성된다. 최근 메모리 집적화로 단위면적당 전하(정보)저장 용량을 극대화하기 위해 고유전체 개발이 진행되어왔다. 또한 3차원 구조의 커패시터를 구성하는 금속과 절연체의 두께가 수 나노미터 수준으로 감소함에 따라 물질들이 계면에서 혼합되어, 신뢰성 문제가 심각하게 대두되었다. 서형탁 교수(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)팀은 지난 2020년부터 삼성전자 반도체연구소 공정개발팀과 D램의 정보(전하)저장 소자인 커패시터의 결함과 계면구조에 대한 분석 및 신뢰성 메커니즘 규명 연구를 진행해왔다. 이번에 특별판에 발표된 논문(Study of Metal–Dielectric Interface for Improving Electrical Properties and Reliability of DRAM Capacitor)이 해당 연구의 성과다. 해당 성과는 이번 호의 커버 이미지로 소개됐다. 서형탁 교수팀은 미세화된 나노 커패시터 내의 금속-고유전체에서 발생하는 결함, 계면 혼합 및 이에 따른 전자 구조 특성을 첨단 광분광학적 분석을 통해 규명하여 소자 신뢰성과 동시 해석하는 내용을 연구했다. 서형탁 교수는 국내 최초로 개발한 내부광전자방출 분석법과 분광타원편광분석 및 이의 광학모델링을 비롯한 다수의 첨단 분석기법을 성공적으로 D램 신뢰성 분석에 적용했다. 이상운 교수(물리학과·대학원 에너지시스템학과)팀은 차세대 D램 커패시터를 개발하는 데 필수적인 고유전율 소재와 전극 소재를 원자층 증착 공정(Atomic Layer Deposition, ALD)으로 개발하는 연구를 수행했다. 해당 연구 역시 삼성전자 반도체연구소와 공동으로 진행되어, <어드밴스드 머터리얼즈 테크놀로지> 특별판에 소개됐다(Toward Advanced High-k and Electrode Thin Films for DRAM Capacitors via Atomic Layer Deposition). 아주대 대학원 에너지시스템학과 박사과정의 김세은, 성주영 학생이 이번 논문의 제1저자로 참여했다. 이상운 교수팀의 연구는 반도체 공정에 적용할 수 있는 최첨단 ALD 공정 개발로 기존 D램 커패시터 개발의 한계를 뛰어넘을 수 있는 가능성을 보여줬다.이번 산학과제를 공동으로 수행해 온 삼성전자 반도체연구소 공정개발실의 임한진 마스터(기술임원)는 “아주대 서형탁·이상운 교수와의 산학협력을 통해 최신 D램 커패시터 공정의 R&D 핵심 요소 기술을 확보할 수 있었으며, 좋은 레퍼런스 기술로 활용하고 있다”며 “해당 산학과제에 참여했던 아주대의 인재들이 다수 삼성전자 반도체연구소에서 연구 활동을 이어가고 있어, 산학협력 연구가 두 기관의 중요한 교두보 역할을 하고 있다”라고 말했다. 서형탁 교수팀의 산학 연구를 소개한 저널 커버이미지와 이상운 교수팀의 D램 커패시터 개요도
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