핵산 나노구조체 대량생산 및 약물전달체 개발

기존 점 돌연변이 검출 방법은 낮은 민감도와 특이도로 인해 정확한 질병 진단에 한계가 있었습니다. 본 기술은 표적 점 돌연변이가 일어난 염기에 상보적인 염기가 삭제된 '틈(gap)'을 포함하는 핵산 분자 템플레이트를 개발하여 이 문제를 해결합니다. 이 템플레이트는 표적 돌연변이 유전자와 높은 선택성으로 결합하며, 특정 dNTP를 채우고 리가아제로 연결한 후 회전환 증폭(RCA)을 통해 돌연변이를 검출합니다. 암 특이 유전자나 병원균 유래 유전자 등 다양한 표적 유전자를 높은 민감도와 특이도로 빠르고 정확하게 진단할 수 있어, 질병의 조기 진단 및 맞춤형 치료에 크게 기여할 수 있습니다.

기존 약물 전달 시스템은 부작용, 효율 저하, 핵산의 체내 분해 등의 한계를 가집니다. 본 기술은 간 조직 특이성과 우수한 생체 친화성을 갖춘 지질 나노입자를 개발했습니다. 이 나노입자는 이온화 가능한 지질, 인지질, 콜레스테롤, 세라마이드-PEG 접합체로 구성되며, 최적의 pKa와 균일한 30~150nm 크기를 가집니다. 이를 통해 음이온성 약물 및 핵산(siRNA, mRNA, Cas9 등)을 70% 이상 높은 효율로 봉입하여 간세포 및 LSEC에 표적 전달합니다. 이 기술은 유전자 치료 및 다양한 간 질환(ATTR 아밀로이드증, B형 간염 등)의 예방 및 치료 효과를 극대화하며, 낮은 세포 독성으로 안전하고 효율적인 차세대 약물 전달 플랫폼을 제공합니다.

기존 약물 전달 기술은 siRNA의 큰 분자량, 불안정성, 세포 내 접근의 어려움으로 한계가 있었습니다. 본 기술은 핵산의 자가조립 특성을 활용하여 DNA 또는 RNA 나노구조체를 대량 생산하는 방법을 제안합니다. 특정 서열을 가진 DNA를 주형으로 사용하고, DNA/RNA 폴리머라아제를 통해 증폭한 후 위치 특이적 절단 및 자가조립 과정을 거쳐 약물 전달에 최적화된 Y-형태 나노구조체를 효율적으로 만듭니다. 이 나노구조체는 siRNA 서열을 직접 포함하거나 다양한 활성제를 로딩하여 세포 내로 효과적으로 전달할 수 있어, 암과 같은 유전자 질병 치료에 매우 유용하게 활용될 수 있습니다. 대량 생산을 통해 경제성을 확보하고 안정적인 약물 전달을 가능하게 합니다.

기존 핵산 증폭 및 siRNA 전달 방식은 효율성과 안정성, 세포 내 전달에 한계가 있었습니다. 본 기술은 핵산의 자가조립 특성을 활용하여 DNA 또는 RNA 나노구조체를 고효율로 대량 생산하는 방법을 제안합니다. 특정 단위 서열을 포함한 원형 주형을 DNA 또는 RNA 폴리머라아제로 증폭하고, 위치 특이적 절단 후 자가조립시켜 핵산 나노구조체를 형성합니다. 이 나노구조체는 주형 내에 siRNA 서열을 직접 포함하거나, 접착성 말단에 약물 등 활성제를 결합하여 세포 내로 효과적으로 전달할 수 있습니다. 이를 통해 암 및 다양한 유전자 질병 치료를 위한 siRNA 전달 효율을 극대화하고, 대량생산을 통해 약물전달체 개발의 경제성과 상용화 가능성을 높일 수 있습니다.

기존 단백질 검출은 복잡한 장비와 외부 동력이 필요하며 현장 진단에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 앱타머 기반 템플레이트를 활용한 등온 핵산 증폭(RCA) 방식을 통해 표적 단백질 또는 펩타이드를 검출하는 미세유동 장치입니다. 외부 동력 공급이나 온도 변화 없이 모세관 현상만으로 시료 용액이 흐르고, 표적 물질 존재 시 증폭된 핵산이 하이드로겔을 형성하여 유로를 막아 육안으로 간편하게 결과를 확인할 수 있습니다. 간단하고 저렴한 제조, 간편한 조작, 뛰어난 휴대성으로 프리온, 암 관련 항원, 성장인자 등 다양한 단백질을 현장에서 동시에 검출할 수 있습니다. 의료 및 환경 분야의 현장 진단(POCT) 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 기술입니다.

기존 유전자 전달 방식은 면역원성, DNA 크기 제한, 낮은 전달 효율, 세포독성 등의 문제점을 가졌습니다. 본 기술은 세포 내 글루타티온(GSH) 효소에 의해 효과적으로 분해되는 이황화 결합과 유전자와 복합체를 형성하는 아민기를 가진 생분해성 중합체를 개발했습니다. 이 중합체는 특정 화학식에 따라 N,N'-시스타민-비스-아크릴아마이드와 1,4-비스(3-아미노프로필)피페라진의 반응을 통해 제조됩니다. 유전자(gDNA, pDNA, mRNA 등)와 최적의 중량비로 결합하여 450nm 이하의 안정적인 복합체 입자를 형성하며, 기존 비바이러스성 전달체보다 우수한 형질감염 효율과 낮은 세포독성을 보였습니다. 이 기술은 유전자 치료의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.