남윤성 / KAIST 신소재공학과
KAIST 나노-바이오 계면 연구실(Nano-Bio Interface Laboratory, 지도교수: 남윤성)은 2011년에 신소재공학과에서 시작되었다. 생체분자가 갖고 있는 정교한 구조제어와 화학적 다양성을 새로운 소재 개발에 활용하고자 하는 연구를 주로 진행하고 있다. 특히, 자연에서 관찰되는 다양하며 기능적인 구조물의 형성과정을 이해하는 것에 많은 관심을 갖고 있으며, 일반적인 합성이나 공정으로 형성하기 어려운 구조체를 제조하고, 그 기능과 구조의 관계를 이해하고자 한다. 이를 통해 중요한 공학적 이슈들에 대해 새로운 해법을 제시할 수 있는 방법을 찾을 수 있을 것이라고 기대한다. 구체적으로 다음과 같은 연구주제를 진행하고 있다.
1. 감각세포-신경세포 계면연구 기계와 생체의 결합에 대해 이야기할 때에 중요하게 언급되는 것이 뉴로칩(neurochip)이다. 반도체 칩과 신경세포를 결합하여 하나로 기능할 수 있음을 입증하는 것을 보인 예라고 할 수 있다. 신경세포라는 것은 생체 내에서 다른 세포들과의 상호작용을 통해 많은 정보를 받아서, 이를 뇌에 전달해준다. 감각세포와 신경세포의 상호작용이 대표적이다. 지금까지 대부분의 연구들은 신경세포와 전자소자의 계면에 대한 연구들이였는데, 본 연구실에서는 이를 감각세포와 신경세포 사이의 상호작용까지 연결된 새로운 바이오전자소자를 만드는 것에 관심을 갖고 있다. 하나의 예로 미각세포와 신경세포의 접합을 통해 맛을 전기신호로 변환하기 위한 연구를 수행하고 있으며, 이는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아서 진행되고 있다.
2. 바이러스-면역세포 계면연구 항생제의 대체물로 박테리오파지를 이용하고자 하는 연구에 많은 관심을 갖고 있지만, 박테리오파지는 생체 내에서 대식세포와 같은 면역세포에 의해 매우 빨리 제거되는 문제를 갖고 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해 PEGylation과 같은 화학적 개질을 시도했지만, PEG에 의해 박테리오파지와 박테리아의 상호작용이 저해되는 문제가 발생하여, 치료적인 효과가 급격히 떨어지는 문제점을 갖고 있었다. 본 연구실에서는 PEGylation과 같은 면역회피적 방법이 아니라, 대식세포가 박테리오파지를 self로 인식할 수 있는 신호를 유발하는 펩타이드를 박테리오파지에 도입하여, in vivo 동물감염모델에 대해 월등히 우수한 치료효과를 밝혀내었다. 이를 바탕으로 파지치료법(phage therapy)의 유용성을 재조명하고자 노력하고 있다.
3. 피브린 특이적 펩타이드 발굴 피브린(fibrin)은 혈전형성, 암전이, 박테리아 콜로니 형성 등 생체 내의 여러 작용에 관여하는 매우 중요한 생체분자이다. 생체 내에서 피브린의 형성 과정과 위치를 정확히 모니터링 할 수 있다면, 매우 많은 생리학적 정보를 얻어낼 수 있다. 하지만, 혈액 내에 있는 피브린의 전구체인 피브리노겐(fibrinogen)과 피브린의 구조적 유사성이 매우 높아서, 피브린을 정확하게 타겟팅하는 분자를 찾는 것은 매우 어려운 일이다. 본 연구팀은 molecular dynamics 및 docking simulations을 통해 fibrinogen에서 fibrin으로 전환될 때의 분자구조의 변화를 추적하여, 매우 선택적이며 높은 결합력을 갖는 fibrin-binding peptides를 발굴하였다. 이를 이용하여 전이성 폐암의 위치를 추적하는 연구와 혈전 형성을 추적하는 연구를 수행하고 있다.
4. 생체 분자를 이용한 콜로이드 자기조립 콜로이드 기반의 자기 조립은 광학적인 특성을 급격하게 변화시킬 수 있는 매우 유용한 현상이다. 본 연구실에서는 콜로이드가 초분자 구조체를 형성하거나, 비규칙적인 응집을 형성하는 것을 이용하여 새로운 색상이나 보다 뛰어난 전자기적 특성을 구현하거나, 바이오센서로 활용하는 연구를 하고 있다. 예를 들어, 수십 나노미터 수준의 바이러스를 sub-micron 크기의 콜로이드 입자의 가교제로 활용하여 바이러스의 존재유무를 시각적으로 판단할 수 있게 해주는 연구를 진행하고 있는데, 매우 간단한 스프레이 제형으로 바이러스의 존재 유무를 테스트하는 플랫폼을 개발 중이며, 아데노바이러스를 비롯하여 다양한 타겟을 대상으로 하고 있다.
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Plasmonically-assisted Nanoarchitectures for Solar Water Splitting: Obstacles and Breakthroughs, Joong Bum Lee, Shinyoung Choi, Jeonga Kim, Yoon Sung Nam*, Nano Today (2017) 16, 61-81
Polyglycerolated Nanocarriers with Increased Ligand Multivalency for Enhanced In vivo Therapeutic Efficacy of Paclitaxel, Trang Huyen Le Kim†, Jeong Heon Yu†, Hwiseok Jun†, Moon Young Yang, Mi-Jin Yang, Jae-Woo Cho, Jin Woong Kim*, Jee Seon Kim*, and Yoon Sung Nam*, Biomaterials (2017) 145, 223-232
Role of Ordered Ni atoms in Li Layers for Li-rich Layered Cathode Materials, Moon Young Yang, Sangryun Kim, Kyungsu Kim, Woosuk Cho, Jang Wook Choi, and Yoon Sung Nam*, Advanced Functional Materials (2017) 27, 1700982
DNA Lipoplex-based Light-harvesting Antennae, Sung Duk Jo†, Jee Seon Kim†, Inhye Kim, Jun Su Yun, Jae Chul Park, Bon Il Koo, Eunji Lee, and Yoon Sung Nam*, Advanced Functional Materials (2017) 27, 1700212
Spontaneous Linker-free Binding of Polyoxometalates on N-dopant Sites in Graphene Plane for Efficient Water Oxidation, Gil Yong Lee†, Insu Kim†, Joonwon Lim, Moon Young Yang, Dong Sung Choi, Yujin Gu, Youngtak Oh, Seok Hun Kang, Yoon Sung Nam*, and Sang Ouk Kim*, Journal of Materials Chemistry A (2017) 5: 1941-1947.
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Protein-resistant, Reductively Dissociable Polyplexes for In vivo Systemic Delivery and Tumor-targeting of siRNA, Jee Seon Kim, Mi Hwa Oh, Jae Yoon Park, Tae Gwan Park, Yoon Sung Nam*, Biomaterials (2013) 34 (9): 2370-2379.
Reductively Dissociable siRNA-Polymer Hybrid Nanogels for Efficient Targeted Gene Silencing, Cheol Am Hong†, Jee Seon Kim†, Soo Hyun Lee, Won Ho Kong, Tae Gwan Park, Hyejung Mok*, Yoon Sung Nam*, Advanced Functional Materials (2013) 23 (3): 316-322.
Prolonged Gene Silencing by siRNA/chitosan-g-deoxycholic acid Polyplexes Loaded within Biodegradable Polymer Nanoparticles, Jeong Yu Lee, Soo Hyun Lee, Mi Hwa Oh, Jee Seon Kim, Tae Gwan Park, Yoon Sung Nam*, Journal of Controlled Release (2012) 162 (2): 407-413.
Polydopamine Microfluidic System toward a Two-Dimensional, Gravity-Driven Mixing Device, Inseong You, Sung Min Kang, Sunhee Lee, Young Ook Cho, Jin Back Kim, Sang Bok Lee, Yoon Sung Nam*, Haeshin Lee*, Angewandte Chemie International Edition (2012) 51: 6126-6130