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  [일반] [이식형센서 개발] Johannes Gutenberg University Mainz (JGU)의 과학자들은 몇 달 동안 신체에 이식할 수있는 새로운 유형의 이식형센서를 개발했다. 이 센서는 특정분자에 대한 수용체로 변형된 색상 안정 금나노입자를 기반으로한다. 인공고분자 조직에 삽입된 나노골드  게시글을 twitter로 보내기 게시글을 facebook으로 보내기 게시글을 카카오스토리로 보내기
write date : 2021-05-02 13:29:46   


 

다공성 하이드로겔에 박힌 금나노입자는 피부아래에 이식하여 의료용 센서로 사용할 수 있다. 센서는 색 변화에 따라 혈액 속 물질의 농도 변화를 나타내는 보이지 않는 문신과 같다. 출처 : 나노 바이오 테크놀로지 그룹, JGU 화학과

Universitaet Mainz

신체에있는 물질 또는 약물의 중요한 값과 농도에 대한 정보를 지속적으로 전송하는 이식형센서에 대한 아이디어는 오랫동안 의사와 과학자를 매료시켰다. 이러한 센서를 통해 질병 진행 및 치료성공을 지속적으로 모니터링 할 수 있다. 그러나 지금까지 이식형센서는 신체에 영구적으로 남아 있기에는 적합하지 않았으며 며칠 또는 몇 주 후에 교체해야한다.

면역계가 센서를 이물질로 인식하므로 임플란트 거부문제도 있다. 많은 기술에서 농도 변화를 나타내는 센서의 색상이 불안정하고 시간이 지남에 따라 희미해진다. Johannes Gutenberg University Mainz (JGU)의 과학자들은 몇 달 동안 신체에 이식할 수있는 새로운 유형의 이식형센서를 개발했다. 이 센서는 특정분자에 대한 수용체로 변형된 색상 안정 금나노입자를 기반으로한다. 인공고분자 조직에 삽입된 나노골드는 피부 아래에 이식되어 색을 변경하여 약물농도의 변화를보고한다.

JGU의 Carsten Soennichsen 교수 연구그룹은 금나노입자를 센서로 사용하여 수년 동안 미세한 유동세포에서 소량의 단백질을 감지해 왔다. 금나노입자는 빛을위한 작은 안테나 역할을한다. 그들은 빛을 강하게 흡수하고 산란하며 화려하게 보인다. 그들은 색상을 변경하여 주변의 변화에 ​​반응한다. Soennichsen의 팀은 이식된 의료감지에 이 개념을 활용했다.

작은 입자가 면역세포에의해 산란되거나 분해되는 것을 방지하기 위해 조직과 같은 일관성을 가진 다공성 하이드로겔에 묻혀있다. 피부아래에 이식되면 작은 혈관과 세포가 모공으로 자란다. 센서는 조직에 통합되어 있으며 이물질로 거부되지 않는다. JGU의 나노바이오테크놀로지그룹 책임자 Carsten Soennichsen 교수는 “우리 센서는 보이지 않는 문신과 같다. 1페니보다 크지 않고 1mm보다 얇다. 금나노입자는 적외선 파장에서 반사되기 때문에 눈에 보이지 않는다. 그러나 특별한 종류의 측정장치는 피부를 통해 비침습적으로 색상을 감지 할 수 있다.

Nano Letters에 게재된  연구에서 JGU연구원은 털이없는 쥐의 피부 아래에 금나노입자 센서를 이식했다. 다양한 용량의 항생제를 투여한 후 이러한 센서의 색상변화를 모니터링했다. 약물분자는 혈류를 통해 센서로 이동되었다. 금나노입자 표면의 특정 수용체에 결합하여 약물농도에 따라 색상변화를 유도한다. 색 안정성 금나노입자와 조직통합 하이드로겔 덕분에 센서는 수개월 동안 기계적으로나 광학적으로 안정적으로 유지되는 것으로 밝혀졌다.

“우리는 시간이 지남에 따라 착색된 물체를 표백하는 데 익숙하다. 그러나 금나노입자는 표백하지 않고 영구적으로 색을 유지한다. 다양한 수용체로 쉽게 코팅할 수 있기 때문에 이식형센서를위한 이상적인 플랫폼이다.”라고 연구의 첫번째저자 Katharina Kaefer 박사가 설명했다.

이 새로운 개념은 일반화 가능하며 이식형센서의 수명을 연장 할 수있는 잠재력을 가지고 있다. 미래에는 금나노입자 기반의 이식형센서를 사용하여 신체의 바이오마커 또는 약물 농도를 동시에 관찰 할 수 있다. 이러한 센서는 약물개발, 의료연구 또는 만성질환 관리와 같은 맞춤형의학에 적용 할 수 있다.

Soennichsen은 이식된 금나노입자를 사용하는 아이디어를 가졌다. 2004년에 마인츠에서 하급교수로 생물물리화학연구를 시작했다. 그러나이 프로젝트는 JGU의 두 과학자 인 Thies Schroeder 박사와 Katharina Kaefer 박사와 협력하여 10년 후에야 실현되었다. Schroeder는 생물학연구 및 실험동물과학에 경험이 있으며 이미 미국에서 수년간의 연구 작업을 완료했다.

Kaefer는 박사학위를위한 흥미로운 주제를 찾고 있었으며 특히 프로젝트의 복잡하고 학제적 특성에 관심이있었다. 초기 결과는 Max Planck 대학원센터 (MPGC)에서 Kaefer에게 수여된 급여와 Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation의 재정지원으로 이어졌다. “이러한 프로젝트에는 다른 과학적 배경을 가진 많은 사람들이 필요로한다. 단계적으로 우리는 점점 더 많은 사람들에게 우리의 아이디어를 설득 할 수있었다.”라고 Soennichsen은 말했다. 궁극적으로, 금나노입자를 사용한 최초의 기능성 이식센서를 성공적으로 개발 한 것은 학제간 팀워크였다. Phys.org를 통해

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