| 초록 |
□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 마이크로채널내 미세공기방울을 제거함과 동시에 일회용성의 단일혈중암세포 분리 기술 및 비용 절감을 위한 유전자 분석이 필요함에 따라, 본 연구에서는 1) 일회용성의 혈중암세포분리 기술과, 2) 미세공기방울 제거 기술, 3) 마이크로액적 기반 단일세포 분리 기술, 4) 유전자바코딩 기반의 단일혈중암세포 표지 기술을 집적한 랩온어칩(Lab on a Chip) 형태의 바이오칩 플랫폼을 개발하고자 함.(1~3차년도 연구) 나아가 이를 전립선암 환자의 개별 맞춤치료에 적용하기 위하여 단일혈중암세포 수준의 mRNA 기반 디지털차세대염기서열분석법(ddSEQ)을 통하여 약물반응 및 치료예측 모델을 구축하는 것이다.(4~5차년도 연구) ○ 전체 내용 1차년도: 1) 두께가 10 μm 이하인 방수통풍 폴리머박막 제작공정 개발 2) 이를 이용한 채널 내 실시간 미세공기방울 제거 기능 개발 3) 측면방향 자기영동기술을 사용한 혈중암세포 분리칩에 적용 4) 미세공기방울 제거율 측정 5) 미세공기방울 제거 결과에 따른 혈중암세포 분리 효율 측정 2차년도: 1) MEMS 제작 공정 및 소프트리소그래피 공정 과정을 이용하여 단일세포 포획을 위한 마이크로액적 생성용 바이오칩 디자인 및 공정 진행 2) 1차년도 개발된 폴리머 박막을 사용하여 일회용성 채널 형성 및 미세공기방울 제거 기술 적용 3) 암세포주(Cell-line)를 사용한 단일세포 분리 효율 평가 3차년도: 1) 미세공기방울 제거 기술이 적용된 혈중암세포 분리칩(1차년도 개발)과 단일세포 분리칩(2차년도 개발)을 집적한 통합 플랫폼 제작공정개발 2) 암세포주를 사용한 단일세포 분리 효율에 관한 정량적 평가 3) 디지털 기반 차세대염기서열 분석방법 적용으로 암세포주 수준에서 적용 가능성 도출 4차년도: 1) 전립선암 환자 샘플 수급 2) 환자 샘플 유래 집단혈중암세포 분리 및 정량 분석 3) 환자 샘플 유래 단일혈중암세포 분리 및 정량 분석 4) 디지털 기반 차세대염기서열 분석 방법을 사용한 집단분리 혈중암세포와 단일혈중암세포의 유전자 프로파일링 및 환자별 비교결과 도출 5차년도: 1) 전립선 암환자의 2차성 호르몬 치료제 반응성환자(mHSPC)와 저항성환자(mCRPC) 샘플수급 2) 단일혈중암세포 분리 및 정량 분석 3) 2차, 3차 환자 혈액의 반복 측정 4) 약물(호르몬 치료제) 반응에 저항성을 가지는 마커 도출 5) 통계분석을 통한 암치료의 방향성 제시를 위한 수학적 예측모델 구축 ○ 1단계 ● 연구 목표 마이크로채널내 미세공기방울을 제거함과 동시에 일회용성의 단일혈중암세포 분리 기술 및 비용 절감을 위한 유전자 분석이 필요함에 따라, 본 연구에서는 1) 일회용성의 혈중암세포분리 기술과, 2) 미세공기방울 제거 기술, 3) 마이크로액적 기반 단일세포 분리 기술, 4) 유전자바코딩 기반의 단일혈중암세포 표지 기술을 집적한 랩온어칩(Lab on a Chip) 형태의 바이오칩 플랫폼을 개발하고자 함. ● 연구 내용 1차년도: 1) 두께가 10 μm 이하인 방수통풍 폴리머박막 제작공정 개발 2) 이를 이용한 채널 내 실시간 미세공기방울 제거 기능 개발 3) 측면방향 자기영동기술을 사용한 혈중암세포 분리칩에 적용 4) 미세공기방울 제거율 측정 5) 미세공기방울 제거 결과에 따른 혈중암세포 분리 효율 측정 2차년도: 1) MEMS 제작 공정 및 소프트리소그래피 공정 과정을 이용하여 단일세포 포획을 위한 마이크로액적 생성용 바이오칩 디자인 및 공정 진행 2) 1차년도 개발된 폴리머 박막을 사용하여 일회용성 채널 형성 및 미세공기방울 제거 기술 적용 3) 암세포주(Cell-line)를 사용한 단일세포 분리 효율 평가 3차년도: 1) 미세공기방울 제거 기술이 적용된 혈중암세포 분리칩(1차년도 개발)과 단일세포 분리칩(2차년도 개발)을 집적한 통합 플랫폼 제작공정개발 2) 암세포주를 사용한 단일세포 분리 효율에 관한 정량적 평가 3) 디지털 기반 차세대염기서열 분석방법 적용으로 암세포주 수준에서 적용 가능성 도출 ○ 2단계 ● 연구 목표 전립선암 환자의 개별 맞춤치료에 적용하기 위하여 단일혈중암세포 수준의 mRNA 기반 디지털차세대염기서열분석법(ddSEQ)을 통하여 약물반응 및 치료예측 모델을 구축. ● 연구 내용 4차년도: 1) 전립선암 환자 샘플 수급 2) 환자 샘플 유래 집단혈중암세포 분리 및 정량 분석 3) 환자 샘플 유래 단일혈중암세포 분리 및 정량 분석 4) 디지털 기반 차세대염기서열 분석 방법을 사용한 집단분리 혈중암세포와 단일혈중암세포의 유전자 프로파일링 및 환자별 비교결과 도출 5차년도: 1) 전립선 암환자의 2차성 호르몬 치료제 반응성환자(mHSPC)와 저항성환자(mCRPC) 샘플수급 2) 단일혈중암세포 분리 및 정량 분석 3) 2차, 3차 환자 혈액의 반복 측정 4) 약물(호르몬 치료제) 반응에 저항성을 가지는 마커 도출 5) 통계분석을 통한 암치료의 방향성 제시를 위한 수학적 예측모델 구축 □ 연구성과 ■ 정성적 성과: 1~3차년도 1단계 연구기간동안 연구목표인 일회용성의 미세공기방울 제거기술이 적용된 단일혈중암세포 분리칩 개발 완료. 완료된 기술은 현재 전립선암환자의 유전자 프로파일 및 초기암, 전이암의 진단 가능한 마커 발굴 연구에 사용되고 있음. 이러한 연구내용은 다수의 특허 출원과 학술대회 발표 및 논문 투고를 하여 성과를 도출함. ■ 정량적 성과: 1단계 연구기간 특허 8건의 국내출원 2건의 국외출원, 9건의 국내 학술대회 발표, 9건의 국제 학술대회 발표를 함. 또한, 1건의 구두발표상과 2건의 포스터상, 1건의 학술상을 수상함. 본 연구기간에 2건의 SCI급 국제학술지에 논문을 투고하여 현재 심사중에 있음. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 ■ 연구개발과제의 활용방안 개발된 랩온어칩 기반의 단일세포분리용 바이오칩 플랫폼은 정확한 환자 맞춤형 암세포 기반 표적 유전자를 제공 할 수 있어 진단, 치료의 방향설정, 예후의 관찰 등 기존의 의료용 진단에 사용된 기기들과 호환하여 시너지 효과를 창출할 수 있을것으로 기대됨. 또한, 제안된 일회용 미세유체 플랫폼 기술은 단일세포분리 및 유전자 분석이 요구되는 대부분의 바이오메이컬용 랩온어칩에 활용될 수 있으며, 따라서 응용분야가 다음 표와 같이 광범위할 것으로 판단됨. ■ 연구개발과제의 기대효과 학문발전 및 인력양성 측면: 본 연구는 나노기술(NT), 마이크로유체기술(Microfluidics), 바이오기술(BT), 유전자 분석기술(Bioinformatics) 의 다학제적 융합과제로서 공학, 생물학, 약학, 의학, 화학 분야 및 NBIT 융합학문 분야의 발전에 크게 기여할 수 있음. 경제적 측면: 본 연구가 원활히 수행되면 2023년 세계시장규모가 61억 달러에 이를 것으로 예측되는 마이크로유체(Microfluidic) 칩 분야[26]의 핵심원천기술을 확보할 수 있음. (출처 : 요약문 2p) |
