한양대학교 채필석 교수 연구실
생명나노공학과 채필석
한양대학교 채필석 교수 연구실은 막단백질 구조 연구를 위한 혁신적인 양친매성 화합물(디터전트) 개발 분야에서 세계적으로 선도적인 위치를 차지하고 있습니다. 본 연구실은 기존의 한계를 뛰어넘는 다양한 신개념 디터전트(Tripod Amphiphiles, Tandem Facial Amphiphiles, MNG, GNG, GDN 등)를 설계·합성하여, GPCR, 이온채널, 수송체 등 난이도 높은 막단백질의 안정화와 고해상도 구조 결정에 크게 기여하고 있습니다. 이들 화합물은 X-선 결정학, 크라이오전자현미경(cryo-EM) 등 첨단 구조생물학 기법과 결합되어, 신약 개발 및 생명현상 규명에 필수적인 도구로 자리매김하고 있습니다.
연구실은 막단백질의 구조적 다양성과 물리화학적 특성에 맞춘 맞춤형 디터전트 설계에 집중하고 있습니다. Pendant-bearing detergents, asymmetric detergents, foldable detergents 등 구조적 다양성을 극대화한 신물질을 연이어 개발하며, 단일 화합물로는 어려웠던 다양한 막단백질의 구조 분석을 가능하게 하였습니다. 실제로 본 연구실에서 개발된 30여 종 이상의 신개념 디터전트가 상용화되어 전 세계 연구자들에게 공급되고 있으며, GPCR 등 난이도 높은 막단백질의 구조 결정 성공 사례가 지속적으로 보고되고 있습니다.
또한 연구실은 형광 및 크로모-센서 기반 생유기화학 연구에도 활발히 참여하고 있습니다. 다양한 금속 이온(Au3+, Ag+, Hg2+, Cu+, Cu2+ 등) 및 환경 유해물질(CN-, 수분 등) 검출을 위한 고감도·고선택성 센서 분자를 개발하고, 실제 환경 및 생체 시료에서의 적용성을 검증하고 있습니다. 이러한 센서 분자들은 용액상뿐만 아니라 고체상(필터페이퍼, 실리카겔 등)에서도 적용이 가능하며, 바이오이미징, 환경 모니터링, 분자 논리회로 구현 등 다양한 분야로의 확장성을 보여주고 있습니다.
연구실의 연구 성과는 다수의 국제 특허, 논문, 상용화 제품(Anatrace, Avanti 등)으로 이어지고 있으며, 국내외 다양한 연구기관 및 기업과의 협력을 통해 실질적인 사회적·산업적 파급효과를 창출하고 있습니다. 또한, 차세대 막단백질 연구 및 신약 개발, 환경·생명 분석 분야에서의 혁신적 도약을 이끌고 있습니다.
이처럼 채필석 교수 연구실은 유기화학, 생명과학, 구조생물학, 분석화학, 나노화학 등 다양한 학문이 융합된 첨단 연구를 통해, 막단백질 구조 연구와 생유기화학 분야에서 세계적 경쟁력을 갖추고 있으며, 미래 생명과학 및 바이오산업 발전에 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.
Fluorescent Probes
Detergent Efficacy
Amphiphilic Compounds
막단백질 구조 연구를 위한 혁신적 양친매성 화합물 개발
채필석 교수 연구실은 막단백질의 구조 연구를 위한 새로운 양친매성 화합물(디터전트) 개발에 중점을 두고 있습니다. 기존의 디터전트는 막단백질의 안정화와 구조 결정에 한계가 있었으나, 본 연구실에서는 다양한 구조적 변형과 기능성 도입을 통해 막단백질의 안정성을 획기적으로 높인 신개념 디터전트를 다수 개발하였습니다. 대표적으로 tripod amphiphiles, tandem facial amphiphiles, MNG, GNG, GDN 등은 세계적으로 널리 사용되고 있으며, 이들 화합물은 GPCR, 이온채널, 수송체 등 다양한 막단백질의 고해상도 구조 결정에 크게 기여하고 있습니다.
이러한 신개념 디터전트는 막단백질의 소수성 영역을 효과적으로 감싸주어 수용액 내에서의 안정성과 용해도를 극대화합니다. 특히, 각 막단백질의 구조적 특성과 물리화학적 특성에 맞춰 맞춤형 디터전트 설계가 이루어지고 있으며, 이를 통해 단일 화합물로는 어려웠던 다양한 막단백질의 구조 분석이 가능해졌습니다. 최근에는 pendant-bearing detergents, asymmetric detergents, foldable detergents 등 구조적 다양성을 극대화한 신물질을 연이어 발표하며, 막단백질 연구의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 X-선 결정학, 크라이오전자현미경(cryo-EM) 등 첨단 구조생물학 기법과의 융합을 통해 막단백질의 3차원 구조 규명 및 신약 개발에 직접적으로 활용되고 있습니다. 실제로 본 연구실에서 개발된 30여 종 이상의 신개념 디터전트가 상용화되어 전 세계 연구자들에게 공급되고 있으며, GPCR 등 난이도 높은 막단백질의 구조 결정 성공 사례가 지속적으로 보고되고 있습니다.
형광 및 크로모-센서 기반 생유기화학 연구
연구실은 막단백질 연구와 더불어, 다양한 금속 이온 및 환경 유해물질 검출을 위한 형광 및 크로모-센서 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 이 분야에서는 유기합성, 분자설계, 분석화학, 나노화학이 융합되어, 고감도·고선택성 센서 분자를 설계하고 실제 환경 및 생체 시료에서의 적용성을 검증합니다. 예를 들어, 페노티아진, 트리아진, 나프토퀴놀린디온, 로다민 B 등 다양한 형광체를 기반으로 한 센서 분자는 Au3+, Ag+, Hg2+, Cu+, Cu2+, CN-, 수분 등 다양한 분석 대상에 대해 뛰어난 감도와 선택성을 보입니다.
이러한 센서 분자들은 용액상뿐만 아니라 고체상(필터페이퍼, 실리카겔 등)에서도 적용이 가능하며, 실제 수질, 식품, 생체 시료(혈액, 소변, 세포 등)에서의 실시간 검출 및 바이오이미징에도 활용되고 있습니다. 특히, 분자 논리회로(molecular logic gate) 구현, 이중/다중 분석(dual/multi-responsive probe) 등 첨단 화학센서 기술을 접목하여, 차세대 진단 및 환경 모니터링 분야로의 확장 가능성을 보여주고 있습니다.
이 연구는 다양한 분석기법(형광분광, NMR, DFT 계산, 전자현미경 등)과 융합되어, 분자 수준에서의 작동 원리 규명과 실제 응용까지 아우르는 폭넓은 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 암세포와 정상세포의 구리 이온 농도 차이 검출, 수분 및 중금속 동시 감지, 논리회로 기반 신호처리 등 혁신적 성과를 다수 발표하고 있습니다.
1
Phenothiazine-thiophene-benzimidazole-based fluorescent probes for seletive detection of Au3+, Ag+ and Hg2+ ions in aquous solution and construction of molecular logic gates
A. Kumar*, P. S. Chae*
Microchem. J., 2025
2
Unsymmetric or hybrid detergents for membrane protein structural study
Y. Moon, Y. Lee, H. J. Lee, B. Byrne, P. S. Chae*
Curr. Opin. Struct. Biol., 2025
3
Mixed surfactant nano-assemblies for allylic alcohol etherification in aqueous medium
W. Ahmed,*, H. S. Lee, P. S. Chae*
Asian J. Org. Chem., 2025
1
마이셀 엔지니어링을 통한 막단백질 복합체 구조 및 기능 연구
