CHI3L1가 만성 비부비동염의 발생과 병태생리에 미치는 영향 규명 및 임상적 유용성 연구
1년차
1) CHI3L1 및 Fibrinolytic system 관련 유전자/단백질 발현 분석
• 정상 및 만성 비부비동염 환자 군에서 CHI3L1, Fibrinolytic system 관련 단백질의 발현 및 상관관계 분석
2) 면역세포 세포주에서 CHI3L1 발현 분석
• 호산구 세포주(EOL-1) 분화 후, CHI3L1 및 cytokine 분석
• 호중구 세포주(HL-60) 분화 후, CHI3L1 및 cytokine 분석
3) 분화된 면역세포에서 분비된 CHI3L1이 구조세포(상피세포, 섬유아세포)의 Fibrinolytic system 관련 단백질에 미치는 영향 분석
• 분화된 호산구 세포주와 상피세포, 섬유아세포 Co-culture
• 분화된 호중구 세포주와 상피세포, 섬유아세포 Co-culture
• 분화된 (호산구/호중구), 상피세포, 섬유아세포 Tri-culture
4) CHI3L1 (Human recombinant protein; 재조합 단백질)이 상피
• 세포 및 섬유아세포의 PAI-1 발현에 미치는 영향 분석
5) si-CHI3L1 처리된 분화 면역세포주가
• 분화된 면역세포주에 siRNA를 활용하여 CHI3L1 유전자 발현 억제
2년차
1) CHI3L1의 신호전달기전 규명 및 구조세포의 Fibrinolytic system 조절 기전 확인
• 만성 비부비동염 환자조직을 기반으로 Next generation sequencing (NGS) 수행 및 KEGG 분석을 활용하여 신호전달기전 확인
• 분화된 면역세포(호산구/호중구)에 타겟 신호전달기전 억제 약물 처리 후, CHI3L1의 유전자 및 단백질 억제 확인
2) CHI3L1의 발현패턴과 환자들의 조직 빅데이터 분석 / 다각도 분석을 통해 임상적 의의 검증
• 조직은행을 활용하여 피브린 관련 인자 발현 분석
• Next-generation sequencing (NGS) 통한 조직 내 Fibrinolytic system 조절인자 발현 패턴 분석
- “Inflammatory endotyping”로 분류된 조직에서 Fibrinolytic system 관련 단백질 발현 패턴 확인
- Fibrinolytic system 관련 단백질 간의 상관관계 분석 (Correlation analysis)
- Biological process, Molecular Function, Cellular component 관련 Gene ontology 분석
- Group간 Hierarchial clustering (계층형 군집) 분석, Multidimensional scaling(다차원 척도법)을 활용한 유사성 분석
- KEGG 기법을 통해 Fibrinolytic system 조절인자들의 signaling pathway 분석
본 과제는 머리와 목 부위(두경부) 수술에 특화된 초음파 수술기 시스템을 개발하고, 그 안전성과 유효성을 비임상적으로 평가하는 연구임. 특히, 최소한의 절개로 수술하는 최소침습 방식을 포함한 다양한 수술에 적용 가능한 첨단 의료기기 개발에 중점을 둠.
연구 목표는 최소침습 수술에 적합한 국내산 초음파골수술기 시스템을 개발하고 검증하여 식약처 허가를 획득하는 데 있음. 이는 기존 기계식 드릴을 대체하고 수입 의존도를 낮추는 것을 목표로 함. 핵심 연구 내용은 두경부 수술용 초음파 수술기 개발 가이드 제시 및 디자인 설계 후 시제품을 완성하는 것임. 시제품은 센서 기구부, 구동회로부 제작 및 초음파 진동자 조립을 포함하며, 안전성, 유효성 등 비임상 평가를 거쳐 문제점을 개선함. 최종적으로 의료기기 3등급 허가를 위한 제품 개발 및 식약처 승인 획득을 목표로 함. 기대 효과는 수입 의존도가 높은 두경부 수술용 초음파 수술기 시장의 국산화를 통한 수입대체 효과 창출임. 이를 통해 고부가가치 최소침습 신기기 분야를 선점하고 시장 점유율을 확대하며, 신규 고용 창출에 기여함. 또한, 국내 임상 수요를 반영한 안전하고 유효한 기기 개발로 의료 서비스 향상 및 국내 의료산업 고도화에 이바지할 것으로 전망됨.
본 과제는 다기능 전동식의약품주입펌프의 해외수출을 목표로 사용자가 실제로 안전하고 편리하게 쓰는지 사용적합성 평가를 수행하는 연구임.
연구 목표는 사용적합성(Usability Test) 평가, 의료진 임상적 자문, 총괄평가를 통한 설계 유효성 확인임. 핵심 연구 내용은 임상 요구사항 정의(임상 자문, 문헌검토), 의료적 위험 요인 분석 및 대응적 설계방안 제시(전문가 자문, 실제 사용환경 탐구), 병실환경 기반 총괄 사용적합성 테스트 수행(Worst 진료과 선정, 임상의 15명 테스트, 효과성(실패율), 만족도 조사 및 위험통제 조치 밸리데이션)임. 기대 효과는 평가 결과보고서를 제품 품질문서로 활용해 CE, FDA 인허가 및 이후 제품 개발에 사용자 행동·의견 반영이 가능함.
Metabolic RNA-Seq을 활용한 만성 비부비동염의 대사 네트워크 및 조절 기전 연구
1) 1단계 (2020.06-2020.08, 2개월)
▸ 연구목표: Metabolic RNA-Seq을 활용한 만성 비부비동염의 대사 네트워크 분석
• Tissue bank를 활용한 조직 선별 및 Metabolic Exon RNA seq 분석
- 실험실 내 구축된 Tissue bank를 활용하여, 비강 조직을 1)정상/만성 비부비동염 환자군 2)호산구성/비 호산구성 3)비용종을 포함하는 경우/포함하지 않는 경우 등의 기준을 통해 조직을 분류 후 Metabolic RNA-Seq 시행
- 만성 비부비동염에서 대사 네트워크 (Glycolysis, Lipid, Amino acid metabolism) 변화 비교‧분석
- R, Python의 시각화 분석기법(GO, KEGG, Heatmap, Differential expression)을 활용하여 만성 비부비동염의 병리생태학적 phenotype과 상관관계가 있는 대사 네트워크 변화 규명 및 핵심 대사 인자 도출
2) 2단계 (2020.09-2021.01, 5개월)
▸ 연구목표: 대사 네트워크의 변화가 조직재형성과 호산구‧호중구 조직침윤에 미치는 영향 규명
• 호중구‧호산구 침윤 (Neutrophil, eosionophil infiltration)과 대사 네트워크의 상관관계 분석
- 호중구‧호산구 침윤 및 증식과 관련 있는 대사 인자 및 대사 조절인자 발굴
- 조직을 호산구/호중구의 침윤 비율 및 정도에 따라 호산구성/비호산구성으로 분류한 후, 분류 된 조직별로 대사 인자
발현 패턴 분석. 분석된 패턴을 통해 호중구, 호산구와 관련된 대사 네트워크 규명
: Immunohistochemistry stainining을 통해 호중구, 호산구 침윤 부분과 후보 대사 인자 발현 패턴 비교 분석
(Anti-ECP, Anti-MBP 등을 이용해 형광염색을 진행하여 Confocal microscope로 확인)
- 위 분석을 통해 얻은 후보 대사 인자를 호중구 세포주 (HL-60), 호산구 세포주 (EOL-1)에서 과발현 유도 후, HL-60,EOL-1에서의 chemotactic effect 증가 여부 확인
• 상피-중간엽 이행 (Epithelial-to-Mesenchymal transition)과 대사 네트워크의 상관관계 분석
- 조직 내에서 상피-중간엽 이행 (EMT) 관련 유전자 발현과 만성 비부비동염 조절 대사인자와의 상관관계 분석
: E-cadherin, Zo-1 (상피세포 마커), N-cadherin, vimentin, fibronectin, Snail, Slug, ZEB1, Twist1 (중간엽세포 마커)와 대사인자 및 대사 조절인자와의 발현 상관관계 비교‧분석
- Primary nasal epithelial cell를 TGF-B1을 포함한 EMT stimulator로 EMT 유도한 후, RNA-seq을 통해 도출한 대사인자의 발현량 및 EMT와의 연관성 확인
• 조직의 부종화 또는 섬유화 및 콜라겐 축적과 대사 네트워크의 상관관계 분석
- 조직 내에서 섬유화 유전자 발현과 만성 비부비동염 조절 대사 인자와의 상관관계 분석
: ɑ-Smooth muscle actin, fibronectin, Collagen family, MMP, TIMP family and albumin
- Immunohistochemistry, Masson’s Trichrome staining을 통해 조직 내 세포외기질과 대사 인자와의 발현 패턴 비교‧분석
- Primary nasal fibroblast에 TGF-B1를 처리하여 myofibroblast로 분화시킨 후, 세포외기질 및 대사 네트워크와의 발현패턴을 분석 후 조직 내의 TGF-B1, 섬유화 유전자의 발현 양상과 비교‧분석
3) 3단계 (2021.01-2021.05, 5개월)
▸ 연구목표: 만성 비부비동염 관련 핵심 대사 네트워크 규명 및 치료 후보물질 제안
• HL-60, EOL-1에서 핵심 대사 인자 억제를 통해 chemotactic effect 효과가 억제되는지 확인
• Primary nasal epithelial cell에서 핵심 대사 인자 억제를 통해 EMT가 억제되는지 확인
• Primary nasal fibroblast에서 핵심 대사 인자 억제를 통해 세포외기질 및 콜라겐 생성이 억제되는지 확인