| 초록 |
□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구의 최종목표는 시신경 복원의 해결을 위한 기능성 나노구조체 하이브리드 맥압 기반 자가발전 복합 전기자극 지지체 및 모니터링 통합 시스템 개발과 이를 기반으로 결손 시신경 장거리 유도 재생 매커니즘을 확립 하는데 있음. 천연재료 실크 단백질 성형을 통해 향상된 압전효과 및 물성을 활용하여 맥압기반 자가발전 시스템을 구축하고, 전기자극과 함께 외인성 신경영양인자와 과산화 억제 나노구조체를 통해 시신경 장거리 유도재생 매커니즘에 대한 연구를 진행하고자 함. 또한, 염증반응 억제 나노구조체 합성 및 나노지형도 조절 기술을 활용해 유연한 염증 억제 기능성 복합지지체 제조기술을 확립하고자 함. 궁극적으로 외부 물리력에 의한 시신경 손상 및 신경퇴행성 질환으로 고통받는 환자의 손상된 시각시스템 외 불가능으로 여겨진 척수 또는 기타 중추신경계 (CNS) 손상 영역에 대한 해결을 목표로 함. ○ 전체 내용 ① 전기자극 및 외인성 신경영양인자를 통한 결손 시신경의 장거리 재생과 패터닝된 나노구조체를 이용한 효과적인 시신경 유도재생 매커니즘 연구 ■ 전기자극 조건 및 외인성 신경영양인자 방출에 따른 시신경 장거리 재생 연구 ● 다양한 시신경 주위 환경 제공에 따른 최적 조건 확립 및 시신경 축삭 재생 및 모양 변화 추적 평가 ● 복합 전기자극에 의한 손상 시신경의 장거리 재생 활성화에 미치는 메커니즘 규명 ■ 최적의 나노구조체 조사 및 지지체로의 응용에 따른 손상 시신경 네트워크 유도재생 연구 ● 최적의 나노구조체 제조 및 시신경 유도재생 능력 평가 ② 시신경 활성화 및 재생 매커니즘 파악을 위한 중추신경계 신경세포 활용 환경모사 플랫폼 제작 ■ 외부환경 자극에 따른 신경세포 활성 및 재생 조사 가능한 2D in vitro platform 제조 ● hippocampal neuron cell 기반의 신경네트워크 형성 및 이를 통한 분석 ■ 중추신경계 미세환경 모사를 위한 3D in vitro platform 제조 및 이를 기반으로 한 ex-vivo 분석 플랫폼 제작 ● 3D neural spheroid 및 microfluidics 기반의 중추신경계 미세구조 모사 플랫폼 제작 및 이를 통한 분석 ● 시신경 ex-vivo/organotypic 분석 플랫폼 구축 및 이를 통한 분석 ③ 천연 단백질 성형 공법기반 맥락막 부착 최적화 유연한 생체흡수형 자가발전 전기자극 지지체 및 맥압 모니터링 시스템 개발 ■ 천연 단백질 성형에 따른 강화된 압전효과를 통해 배터리 없이 맥압 모니터링 가능한 체내 이식형 센서 개발 ■ 압전효과 기반으로 맥압을 전기자극으로 전환하여 손상된 시신경 재생을 활성하는 초소형 지지체 제조 ■ 맥압 모사 장비 개발을 통한 실 모니터링 평가 및 동물모델 내 센서 성능과의 비교평가 ○ 1단계 ◎ 연구 목표 ① 전기자극 및 생체 내 미세환경에 따른 결손 시신경의 활성화 및 재생을 위한 매커니즘 파악이 가능한 중추신경계 신경세포 기반 미세환경모사 플랫폼의 제작 ② 2D neural network 플랫폼을 활용한 전기자극에 따른 신경세포의 활성화와 재생 평가 및 이를 통한 매커니즘 파악 ③ 유연한 얇은 박막 형태의 압전성 천연단백질 기반 지지체 제작과 이의 단백질 성형 공정을 통한 전기자극 지지체 및 맥압 모니터링 시스템으로의 활용 가능성 평가 ◎ 연구 내용 ① 1단계 1차년도 (2021년) ■ 전기자극에 따른 CNS NC 영향 확인 ● 중추신경계 신경세포의 추출 및 이의 최적화를 위한 실험 진행 ● 다른 조건의 전기자극에 따른 신경세포의 활성화 확인 ■ In vitro 실험 진행을 위한 RGC 추출 관련 자료 조사 ● RGC isolation 관련 추출 방법 및 이에 따른 세포 수득률 및 기타 특이점에 대한 조사 진행 ■ 생분해성 자가발전 모니터링 센서 및 복합 전기자극 지지체 제조를 위한 재료 관련 자료 조사 ● 다양한 압전효과를 지닌 재료 조사 ● 압전효과를 지니기 위한 물질의 구조적 특징 조사 ② 1단계 2차년도 (2022년) ■ 전기자극을 통한 CNS NC의 정량 및 정성적 재생 능력 확인 ● 세포 자극을 위한 최소한의 전압 하에서의 frequency 변화에 따른 세포 활성도의 CCK-8 assay를 통한 평가 ● 전기자극 후 세포의 morphology 관찰 및 이에 따른 세포로의 영향 평가 ■ 다양한 전기자극 조건에 따른 CNS NC에서 발현되는 영양인자의 평가/CNS NC에 영향 미치는 인자 종류 및 이의 메커니즘 조사 ● 활성신경세포로부터의 neurotransmitter 방출 실험 ● 활성신경세포로부터의 neurotophic factor 방출 실험 ■ 다양한 조건 및 방법 하에서의 RGC 추출 실험 ● 고순도 RGC를 추출하기 위한 FC isolation 방법에 따른 추출실험 진행 ■ 생분해성 자가발전 모니터링 센서 및 복합 전기자극 지지체 제조를 위한 재료 선정 및 평가 ● 압전효과를 갖는 생분해성 물질의 선정 및 이의 평가 ③ 1단계 2차년도 (2023년) ■ 2D neural network 배양기반 neural spheroid를 통한 3차원 신경 미세환경 모사 최적화 ● Primary neuron cell 기반의 Neuronal spheroid 제조 최적화 및 평가 ● Neuronal spheroid의 microfluidics로의 적용을 위한 gel 최적화 및 생물학적 평가 ■ 모니터링 센서 및 미세 전기자극 지지체 부 제작을 위한 압전성 천연단백질 성형 및 이의 평가 ● 압전성 천연단백질의 물성 및 압전효과 향상을 위한 성형 및 이를 통한 지지체 제조 ● 천연단백질 기반 압전성 지지체의 물리·화학적 특성 평가 ● 전기자극 지지체 및 모니터링 센서로의 활용을 위한 압전효과 기능성 평가 ○ 2단계 ◎ 연구 목표 ① 2D neural network에서 scale-up 한 중추신경계 신경세포 기반의 Neuronal spheroid 활용 미세유체칩 및 Ex-vivo/In-vivo의 생리학·구조학적 미세환경 모사 플랫폼 최적화 ② 다양한 플랫폼을 활용한 외부환경 변화에 따른 신경세포의 활성화 평가 및 이를 통한 재생 매커니즘 규명 ③ 나노/마이크로 구조학적 변화에 따른 압전성능 증대화를 통한 전기자극 지지체 및 맥압모니터링 시스템의 성능 증대 및 신경의 장거리 재생 및 유도 재생 가능성 평가 ◎ 연구 내용 ① 2단계 1차년도-2차년도 (2024-2025년) ■ 전기자극 기반의 시신경 전기자극 지지체 효능 평가 ● 모니터링 센서 및 전기자극 지지체 통합시스템 제작 최적화 ● In-vitro상에서 복합 전기자극 지지체의 신경세포로의 전기자극 평가 ● 3D neuronal spheorid on a chip을 통한 신경계 미세환경 구현 최적화 및 이의 활용을 통한 제조된 지지체의 생물학적 평가 ■ 시신경 손상 안구를 활용한 Ex-vivo에서의 모니터링 시스템 구동 평가 ● 시신경 손상 안구 모사를 위한 Ex-vivo 모델 설계 ● 임상 응용 가능한 비침습적 방법으로 맥락막에 이식된 센서의 안압에 따른 구동 정확성 평가 ■ 시신경압착 동물모델에서의 생물학적 평가 ● 물리적 압착 및 바이러스 주입에 의한 시신경 손상 동물모델의 모델링 ● 모델의 복합 전기자극 및 후처리 조건에 따른 행동분석 평가 (ex. 눈 운동반사, 대광반사. 시각절벽인지, looming response behavior analysis 등) ● 생물학적 분석기법 (ex. Bio-TEM, retina 면역염색, H&E 조직 염색, MTS 등) 및 이식된 센서의 맥압 모니터링 결과를 통한 생물학적 안정도 평가 □ 연구성과 ○ 1단계(2021-2023년) ● 정성적 성과 ·전기자극에 따른 CNS NC로의 영향 확인 ·In vitro 실험 진행을 위한 RGC 추출 자료조사 ·압전성 재료 자료조사 ·전기자극을 통한 CNS NC 정량 및 정성적 재생능력 확인 ·전기자극 조건에 따른 NC에서 발현되는 영양인자 평가 ·NC에 영향 미치는 인자 종류 및 이의 메카니즘 조사 ·RGC isolation 최적화 ·모니터링 센서 및 복합 전기자극지지체의 제조를 위한 재료 선정 및 평가 ·Neural spheroid 기반 3차원 신경 미세환 |
