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백신 발전에서 인공후각·신경과학까지...바이오기술 '주목'

네이처, 올해 '바이오분야 7개 기술' 선정...열에 안정된 백신, 우수한 항체 등

2021-02-10 12:00:51 김경민 기자 김경민 기자 kkm@kpanews.co.kr

올해 네이처가 주목한 '바이오분야 7개 기술'에 열에 안정된 백신, 더 나은 항체, 냄새로 질병을 진단하는 기술 등이 포함돼 코로나19 관련 과학이 주목받을 것으로 전망된다. 특히 네이처는 인공후각 기술분야에 고려대학교 신소재공학부 이종흔 교수의 기술을 포함했다.


Nature, Seven technologies to watch in 2021, 2021.1.23. 재구성

최근 생명공학정책연구센터는 BioINwatch를 통해 지난달 네이처(Nature)에서 소개한 '2021년 주목할 바이오분야 7개 기술'(Nature, Seven technologies to watch in 2021, 2021.1.23)을 리뷰했다.

올해 주목해야 할 바이오분야 기술은 코로나19의 영향력이 클 것으로 전망되는 가운데 △열에 안전한 백신 △더 우수한 항체 △인공후각 △뇌의 홀로그램 △3가지 새로운 단일세포 시퀀싱기술 △세포의 힘 측정 △임상 현장에서의 질량분석 등 백신의 발전에서 인공후각, 신경과학에 이르기까지 바이오기술이 선정됐다.

열에 안전한 백신...변형없이 효율적인 동결 건조 기술
지난해 모더나와 화이자의 코로나19 mRNA 백신은 기록적인 속도(임상1상까지 4개월이 채 소요되지 않음)로 개발됐고 긴급사용승인을 통해 이미 세계 곳곳에서 사용 중이다.

올해 mRNA 백신개발의 혁신은 지속될 것으로 전망되는데, 그 중 하나가 mRNA를 전달하는 나노입자에 이온화가 가능한 지질을 사용하는 것으로 생리적 pH에서는 중성을 유지하다가 세포 내 산성환경에서 mRNA를 방출한다.

개발 중인 차세대 이온화 지질 나노입자는 특정 세포나 조직 표면의 수용체를 표적으로 mRNA 백신 전달 가능하다. 또 다른 혁신으로는 접근성을 향상시키는 것으로, 백신 구조에 변형없이 효율적으로 동결 건조해 쉽게 보관하고 이동이 가능한 형태로 개발될 예정이다.

더불어 접근성을 높이기 위해 휴대용의 RNA 프린팅기술이 개발 중이며, CEPI는 완전히 이동 가능한 mRNA 생산장비 개발을 위해 CureVac에 3400만 달러를 투자했다.

PIPE 활용, 점 돌연변이 도입으로 우수 항체 제작
대부분 항체치료제는 바이러스 또는 종양세포 표면의 특정 표적에 결합하는 규칙적이고 변형되지 않은 형태이나, 이런 항체는 표적물질을 제거하기 위해 면역세포와 결합하기에는 효과적이지 않다.

하지만 분자생물학의 발전으로 항체를 신속하게 변형시켜 질병을 퇴치하기 위해 면역체계를 더 잘 활용할 수 있게 됐다. 이를 위해 빠르고 효율적인 분자복제 방법인 PIPE(polymeraseincomplete primer extension) 플랫폼을 활용해 항체에 점 돌연변이를 도입해 기능이 우수한 항체를 제작한다.

또 다른 접근방법으로 대부분 치료용 항체는 IgG 기반이나, 강력한 면역반응을 기대할 수 있는 IgE 기반의 항체 치료제 개발이다. 항체의 장점은 다양한 표적을 대상으로 거의 모든 질병에 적용 가능한데, 암, 면역, 알레르기 뿐 만 아니라 코로나19를 포함한 감염병 치료제로서 가능성은 무한할 것으로 전망된다.

인간의 후각 모방...의료진단 및 스마트 농업 응용 기대
코로나19를 포함해 질병이나 환경위험에 관한 가스 혼합물을 감지하기 위해 인간의 후각을 모방하는 기술을 개발 중이다. 시각, 청각 및 촉각과 달리 냄새에 대한 화학 센서는 매우 복잡하고 민감해 후각은 미량 농도에서 수백 또는 수천 가지 화학 물질의 혼합물을 감지한다.

해당 연구실은 인공후각 차세대기술 중 하나로 이중층으로 센서를 설계해 가스 감지 재료의 다양성을 높이기 위해 연구됐다. 

또 다른 기술은 후각 센서가 빠르게 반응을 전달하도록 하는 전략으로, 광합성을 위해 햇빛을 많이 흡수하도록 표면적을 최대화한 나무 또는 작은 부피로 넓은 표면적을 가진 폐는 기도 혈관의 전달력을 최대화한 것과 같이 자연의 계층모델을 모방해 다공성의 센서를 제작하는 것이다.

인공후각 기술은 천식 환자의 호흡에서 더 높은 농도의 산화질소를 감지하는 의료 진단 뿐만 아니라 대기오염 모니터링, 식품품질 평가 및 식물호르몬의 신호를 기반으로 한 스마트 농업에도 응용 가능하다.

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