본 과제는 유리체강내 주사술·테논낭하 주입술처럼 기존 시술을 유지하면서, 질병 기전에 맞춰 eupatilin 방출량을 원격 제어하고 36개월 이상 지속시키는 약물전달체와, 안구·망막오가노이드 분자 변화를 정밀 관찰하는 이미징 기술을 개발하는 연구임. 연구 목표는 L-/D-lactic acid 배치·비율 조절 PLGA 기반 전달체 최적화, chirality 가진 금 나노체 가교 및 근적외선 원형 편광성(Infrared)으로 방출 속도 정밀 제어, 환자 유래 망막오가노이드에서 연결구조 connecting cilium 수준 분자 변화와 기작을 규명하는 데 있음. 기대 효과는 환자 맞춤형 지속 치료로 치료 효과 향상, 수술 횟수 감소와 외부 자극 조절로 안전성·편의성 확보, 장기 효능·독성 평가 기반 기술 확립임.

본 과제는 안구에 약물을 36개월 이상 지속 전달하고, 질병 기전에 따라 광학 활성도와 원격 조절로 약물 배출 양을 바꾸는 약물전달체와 안구/망막오가노이드 초고해상도 이미징을 개발하는 연구임. 연구 목표는 PLGA(poly(lactic- co -glycolic acid))의 L-와 D-lactic acid 배치·비율 및 chirality를 최적화하고, 카이랄 금 나노체를 가교로 접목해 배출 속도를 정밀 조절하는 전달체를 구현하며, 무해한 근적외선에 원형 편광성 부여로 배출 양을 제어함. 또한 connecting cilium 등 분자 변화를 ultra-multiplexed 이미징으로 정량 관찰해 장기 효능·안정성을 검증함. 기대 효과는 환자 맞춤형 치료 제공, 수술 횟수 감소로 안전성·편리성 향상, 차세대 카이랄 기반 약물전달시스템 및 약물 작용기작 이해 기반 확보임.

레버 선천성 흑암시의 핵심 유전자 CEP290 변이는 시세포 기능저하를 유발해 영유아기 실명으로 이어짐. 본 연구는 환자유래 망막오가노이드와 황반모사 생쥐모델을 통해 차세대 약물 전달 시스템을 검증하는 연구임. 연구 목표는 CEP290 변이로 인한 시세포 기능저하를 회복하는 저분자화합물 치료제와 카이랄성 기반 나노입자-약물 복합체 개발 및 장기효과·독성 확인을 통한 임상시험 진입 초석 마련에 있음. 연구 내용은 CEP290 환자 코호트 확보, CRISPR/Cas9 교정 isogenic 세포·망막오가노이드 제작, Nrl knockout Cep290/Nrl double knockout 생쥐 모델 구축, eupatilin의 시세포 외절 구조 회복 및 opsin 수송 개선 평가, 하이드로겔 조직팽창·ultra-multiplexed fluorescence imaging·약물배출속도제어 원격 제어 확인, 환자 선별·투여조건 최적화 수행임. 기대 효과는 First-in-class로서 유전성 망막질환 치료 플랫폼 확장 및 실명에 따른 사회경제적 부담 감소임.

- 최근 고유의 카이랄 비대칭성을 가진 반도체 물질(텔루륨, 셀레늄 등)들의 카이랄성 관련 새로운 물리화학적 특성들이 저명한 물리학 저널 및 에너지 저널에 보고되고 있음. 이러한 비중심대칭성 결정 구조를 가진 반도체 물질은 특이한 원자 구조적 특성 때문에 압전, 광전도성 등의 특성을 보여주고, 원자의 나선형 크리스탈 구조로 카이랄성 스핀 텍스쳐가 있다고 최근에 보고 되었음. - 약 20년 전에 최초로 발견되고 최근까지 활발하게 연구되고 있는 카이랄성 분자의 카이랄성-기반 스핀 선택성(CISS) 특성을 고려하면 무기 반도체 재료를 이용해 카이랄성 스핀을 일으키거나 스핀 필터로 사용할 수 있을 가능성을 도출할 수 있음. - 이러한 연구들에 영감을 얻어 본 연구진은 원자 수준에서 카이랄 비대칭성을 가지는 반도체 재료를 선택하고, 이에 상응하는 나노에서 마이크로 수준의 카이랄성을 부여해 기존에 없던 새로운 시너지 특성을 압전/광전 및 스핀상태에서 확인하고 저전력 고효율 디바이스로 응용하고자 함. - 물질의 스핀 방향은 원자 결정 구조와 밀접하게 연관되어 있기 때문에 나노체가 원자 수준의 방향성과 자성 성질을 동시에 갖고 있으면, 방향성이 없는 나노체에서는 보지 못하는 물리 현상을 관찰할 수 있음. 예로, spin-phonon coupling, crystal anisotropic effect 등이 잘 알려져 있음. 원자 배열의 방향성을 조절하면 스핀의 방향과 스핀 웨이브의 지속성 등을 제어할 수 있음. - 하지만, 원자 수준 카이랄리티로 발생하는 편극 (polarization) 및 전자의 스핀 상태 등을 안정적으로 지속시키기 어렵고 그 효율이 낮아 실용화에 어려움이 있음. 이런 문제를 해결하는 데에 나노 수준의 구조적 카이랄리티가 큰 기여를 할 것임. - 압전/광전 및 스핀 필터 효과를 증폭시키는 카이랄 나노 디자인을 위해서는 원자 수준 카이랄리티와 편극 및 CISS 특성 사이의 심도있는 이해가 필요함. 본 연구진은 텔루륨과 같은 반도체 소재가 가지고 있는 원자 수준 카이랄 구조를 정밀 분석하고, 이에 따른 압전/광전 및 스핀 필터 특성에 관한 기초적 연구를 수행할 것임. 심도 있는 이해를 바탕으로 각 특성을 증폭시킬 나노 수준 카이랄 구조를 컴퓨터 시뮬레이션 등을 토대로 모색하고 실험적으로 구현할 것임. - 원자 및 나노 수준 구조적 카이랄리티를 통해 압전/광전 및 스핀 필터 성능을 조절할 수 있는 원천 기술을 확보함으로써 차세대 메모리 디바이스에 활발하게 이용될 수 있는 소재를 개발할 것임. 또한 기초 이론을 체계적으로 정립함으로서 같은 물질도 원자의 배열에 따라 전자기적 성질을 조절하는 선구적인 연구를 할 수 있을 것으로 기대됨. - 인공지능, 5G 모바일 기술의 발전으로 막대한 양의 데이터로 인해 반도체 메모리 소자의 고집적화와 전력소모가 기하급수적으로 늘어나고 있음. 최근 이러한 문제를 해결하기 위해 차세대 비휘발성 메모리인 자성 메모리 기술이 큰 주목을 받고 있음. 자성 메모리는 자료처리속도가 빠른 DRAM과 전원이 꺼져도 자료가 지워지지 않는 플래시 메모리의 장점을 동시에 가짐. 하지만, 스핀의 방향을 바꿀때 필요한 전력이 크다는 한계가 있음. - 기존 문제점들을 해결할 수 있는 현재의 패러다임을 바꿀 저전력 고효율 스핀 필터 기술개발이 시급함. 본 연구진들은 원자/나노 수준 카이랄성과 전기적 성질의 상관관계를 실험/이론적으로 심도있게 이해하고 구현하여 앞서 언급한 한계점 및 문제점들을 해결하고자 함.