교육/환경
인천대학교 생명공학부 생명공학전공 황병희 교수 연구팀,융합 펩타이드와 인산칼슘 기반 자가조립 나노복합체 매개 고효율 유전자 전달기술 개발
기사입력: 2021/09/13 [13:53]  최종편집: ⓒ ebreaknews.com
박상도 기자
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▲ 인천대학교 생명공학부 생명공학전공 황병희 교수와 류영채 대학원생     © 박상도 기자

(브레이크뉴스인천 박상도 기자)  인천대학교 생명공학부 생명공학전공 황병희 교수 연구팀 (제1저자 : 류영채 인천대학교 생명·나노바이오공학과)의 논문 (논문명: Synergistic gene delivery by self-assembled nanocomplexes using fusion peptide and calcium phosphate)이 의약학 분야의 저명한 학술지인 ‘Journal of Controlled Release (IF=9.886, 상위 4%)’에 최근 온라인 게재됐다.

 
황병희 교수 연구팀이 개발한 신규 융합 펩타이드와 인산칼슘 기반 자가조립 나노복합체 매개 유전자 전달 시스템은 플라스미드 DNA의 핵막 투과 향상을 위한 핵 위치 신호와 정전기적 상호작용 및 수소결합 등의 비공유 상호작용으로 세포막 투과를 향상시키는 세포 투과성 펩타이드의 새로운 융합 펩타이드를 디자인하고, 이를 이용해 비바이러스 자가조립 나노복합체를 형성하여 인산칼슘과의 시너지를 통해 크리스퍼 유전자가위와 같은 거대 유전자를 고효율로 전달할 수 있다.

 
유전자 치료제는 유전자의 삽입, 제거 등을 통해 다양한 유전질병들을 유전자 수준에서 근본적으로 치료할 수 있는 새로운 치료 대안으로 각광받고 있다.

 

▲ 융합 펩타이드와 인산칼슘 기반 자가조립 나노복합체 매개 고효율 유전자 전달기술     © 박상도 기자

대표적으로 표적 세포에 새로운 기능을 제공하는 유전자 전달기술의 시장 규모는 2020년 26억 달러에서 2028년 91억 9,000만 달러로 연평균 18.1%의 빠른 성장세를 보일 것으로 기대되며 신속한 기술개발을 통한 시장선점이 매우 중요하다.


그러나 바이러스를 이용한 유전자 치료제는 가격이 매우 비싸기 때문에 널리 활용되기 어려워 상대적으로 저렴한 비바이러스 유전자 치료제 개발이 필요하다.

 
거대 유전자는 친수성 고분자로 세포막과 핵막을 투과하기가 매우 어려우므로 높은 효율의 핵막 내 도입을 위해서는 고효율 비바이러스 전달기술 개발이 필수적이다.


새로운 융합 펩타이드는 거대 플라스미드 DNA와 신속한 자가조립을 통해 응축된 나노 사이즈의 복합체를 형성하고 인산칼슘과의 시너지 효과를 통해 핵막 내 투과 효율을 상용화된 제품보다 1.5배, 단백질 발현을 2배 정도 증가시킬 수 있다.


또한, 마우스 모델 실험을 통해 융합 펩타이드와 인산칼슘 나노복합체는 상용화된 제품보다 장시간 유전자 발현을 유지하고 독성이 없는 것을 확인했다.


황병희 교수는 “이번에 새로 개발한 융합 펩타이드와 인산칼슘의 시너지 효과를 이용한 나노복합체 고효율 거대유전자 핵막 내 전달기술은 높은 전달 효율 및 우수한 생체적합성을 바탕으로 비바이러스 유전자 치료제의 새로운 전달 플랫폼으로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다”며 “이를 이용하여 크리스퍼 유전자가위를 이용한 난치병이나 불치병 치료기술을 개발하고 있다”고 밝혔다.

 
이 연구는 한국연구재단의 기본연구지원사업의 “비바이러스 나노복합체 매개 크리스퍼 유전자가위 기반 다중 형질전환 암 면역치료 기술개발”의 지원을 받아 수행됐다.


아래는 위의 글를 구글번역이 번역한 영문의〈전문〉이다.[The following is the English translation of the above text by Google Translate.]


A research team led by Professor Hwang Byung-hee, Department of Biotechnology, Department of Biotechnology, Incheon National University, developed high-efficiency gene delivery technology mediated by self-assembled nanocomposites based on fusion peptides and calcium phosphate
-Break News Incheon Reporter Park Sang-do


The thesis (Synergistic gene delivery by self-assembled nanocomplexes using fusion peptide and calcium phosphate) of Professor Hwang Byung-hee's research team (first author: Young-chae Ryu, Department of Life and Nano-Bio Engineering, Incheon National University) was published in a renowned scientific journal in the field of medicine. It was recently published online in 'Journal of Controlled Release (IF=9.886, Top 4%)'.

 
The novel fusion peptide and calcium phosphate-based self-assembled nanocomposite-mediated gene delivery system developed by Professor Byung-Hee Hwang's research team improves cell membrane penetration through nuclear localization signals, electrostatic interactions, and non-covalent interactions such as hydrogen bonding to improve nuclear membrane penetration of plasmid DNA. By designing a new fusion peptide of a cell-penetrating peptide that improves the cell-penetrating peptide, and using it to form a non-viral self-assembling nanocomposite, it is possible to deliver large genes such as CRISPR gene scissors with high efficiency through synergy with calcium phosphate.

 
Gene therapy is spotlighted as a new treatment alternative that can fundamentally treat various genetic diseases at the genetic level through gene insertion and deletion.


Typically, the market size of gene delivery technology that provides new functions to target cells is expected to grow rapidly at a CAGR of 18.1% from $2.6 billion in 2020 to $9.19 billion in 2028. very important.


However, since gene therapy using viruses is very expensive, it is difficult to be widely used, so it is necessary to develop a relatively inexpensive non-viral gene therapy.

 
Since large genes are hydrophilic polymers that are very difficult to penetrate into cell and nuclear membranes, it is essential to develop high-efficiency non-viral delivery technology for high-efficiency introduction into nuclear membranes.


The new fusion peptide forms a condensed nano-sized complex through rapid self-assembly with large plasmid DNA, and through a synergistic effect with calcium phosphate, the nuclear membrane permeation efficiency is increased by 1.5 times and protein expression by 2 times compared to commercially available products. can


In addition, through mouse model experiments, it was confirmed that the fusion peptide and calcium phosphate nanocomposite maintained gene expression for a longer period of time than commercially available products and had no toxicity.


Professor Hwang Byung-hee said, “This nanocomposite high-efficiency macrogene nuclear membrane delivery technology using the synergistic effect of the newly developed fusion peptide and calcium phosphate is expected to be widely used as a new delivery platform for non-viral gene therapy based on high delivery efficiency and excellent biocompatibility. He said, “Using this, we are developing a treatment technology for incurable or incurable diseases using CRISPR gene scissors.”

 
This research was carried out with the support of the National Research Foundation's Basic Research Support Project, "Non-viral nanocomplex-mediated CRISPR gene scissors-based multi-transgenic cancer immunotherapy technology development".

 

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