Chemical-Based Aging Reserach Lab
화학과 장영태
Chemical-Based Aging Research Lab(Chang Lab)은 화학적 접근을 통해 노화와 관련된 세포의 실시간 검출 및 조절 기술을 개발하는 데 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 다양성 지향 형광 라이브러리(DOFLA)와 같은 혁신적인 합성 전략을 통해, 살아있는 세포 내에서 특정 바이오마커, 대사물질, 세포 소기관을 선택적으로 표지할 수 있는 다양한 형광 프로브를 개발해왔습니다. 이러한 프로브는 기존의 타깃 기반 방식과 달리, 사전 정보 없이도 다양한 화학적 구조를 탐색하여 새로운 생체 이미징 도구를 신속하게 확보할 수 있다는 장점이 있습니다.
특히, HOLD, GOLD, LOLD, MOLD 등 세포 특이적 프로브 플랫폼을 구축하여, 면역세포, 줄기세포, 신경세포, 암세포 등 다양한 세포 집단을 실시간으로 구분하고, 그 기능적 특성을 분석할 수 있는 기술을 선도적으로 개발하고 있습니다. 이들 프로브는 세포 표면의 바이오마커, 수송체, 막 융합, 대사 경로 등 세포 고유의 특성을 활용하여, 살아있는 세포의 동적 변화를 고해상도로 관찰할 수 있게 해줍니다.
또한, 본 연구실은 췌장 베타세포, 대식세포, 미세아교세포, 신경줄기세포 등 다양한 세포 및 조직 특이적 프로브를 개발하여, 당뇨병, 암, 신경퇴행성 질환, 노화 등 다양한 질환 모델에서의 진단 및 치료 응용 가능성을 입증하였습니다. 최근에는 노화 세포의 검출 및 면역 노화 조절, 바이오이미징 기반 신약 개발, 맞춤형 치료를 위한 정밀 진단 기술 등 차세대 바이오메디컬 분야로 연구 영역을 확장하고 있습니다.
연구실의 대표적인 연구 성과로는, 다양한 형광 스캐폴드를 활용한 DOFL 화합물 라이브러리 구축, 라이브 셀 특이적 프로브의 기전 규명 및 상용화, 다중 모드 이미징(형광, PET, 포토어쿠스틱 등) 프로브 개발, 그리고 실제 임상 및 산업 현장에서 활용 가능한 진단·치료용 화학 도구 개발 등이 있습니다. 이러한 연구는 국내외 유수 학술지에 다수 게재되었으며, 관련 특허 및 기술이전, 산학협력 등 실질적 사회적 파급효과도 창출하고 있습니다.
앞으로 Chemical-Based Aging Research Lab은 화학, 생명과학, 의학의 융합을 통해 노화 및 질병의 근본적 이해와 정밀 진단·치료 기술 개발에 앞장설 것입니다. 이를 위해 혁신적 화학 합성, 고효율 스크리닝, 세포·동물·임상 모델 기반 검증, 그리고 다학제적 협력을 지속적으로 확대해 나갈 계획입니다.
다양성 지향 형광 라이브러리 접근법(DOFLA) 및 생체 이미징 프로브 개발
우리 연구실은 다양성 지향 형광 라이브러리 접근법(DOFLA, Diversity-Oriented Fluorescence Library Approach)을 기반으로, 새로운 형광 프로브의 개발에 주력하고 있습니다. 이 방법론은 다양한 유기 형광 스캐폴드를 조합하여 수많은 화합물을 신속하게 합성하고, 이들 중에서 생물학적 타깃에 특이적으로 결합하는 프로브를 선별하는 혁신적인 전략입니다. DOFLA는 기존의 타깃 기반 접근법과 달리, 타깃에 대한 사전 정보 없이도 다양한 화학적 공간을 탐색할 수 있어, 새로운 바이오이미징 프로브의 발견 가능성을 극대화합니다.
이러한 접근법을 통해 개발된 DOFL 화합물들은 로사민, BODIPY, 샬콘, 잔톤 등 다양한 형광 스캐폴드를 기반으로 하며, 400~800nm의 넓은 파장 영역을 커버합니다. 이로 인해 다양한 세포 및 조직 내에서의 이미징이 가능하며, 추가적인 리포터 없이도 프로브 자체의 형광 특성을 활용해 표적을 시각화할 수 있습니다. 실제로, 이 방법을 통해 개발된 프로브들은 줄기세포, 신경세포, 면역세포, 암세포 등 다양한 세포 유형을 선택적으로 표지할 수 있는 능력을 입증하였습니다.
DOFLA 기반 연구는 생명과학, 의학, 환경 분야 등 다양한 응용 분야에서 큰 파급 효과를 보이고 있습니다. 예를 들어, 살아있는 세포 내 특정 단백질, 대사물질, 또는 세포 소기관을 실시간으로 관찰할 수 있는 프로브 개발이 가능하며, 이는 질병 진단, 신약 개발, 세포 생물학 연구 등에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 우리 연구실은 DOFLA의 화학적 다양성과 생물학적 응용 가능성을 더욱 확장해 나갈 계획입니다.
라이브 셀 특이적 프로브(HOLD, GOLD, LOLD, MOLD) 및 세포 구분 기술
우리 연구실은 살아있는 세포의 다양한 하위 집단을 구분하고 표지할 수 있는 라이브 셀 특이적 프로브 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. HOLD(Holding-Oriented Live-cell Distinction), GOLD(Gating-Oriented Live-cell Distinction), LOLD(Lipid-Oriented Live-cell Distinction), MOLD(Metabolism-Oriented Live-cell Distinction) 등 독창적인 프로브 플랫폼을 구축하여, 세포 표면 또는 내부의 바이오마커, 수송체, 막 융합, 대사 경로 등 다양한 세포 특이적 특성을 활용한 이미징이 가능합니다.
예를 들어, HOLD 프로브는 세포 내외의 단백질, 탄수화물, DNA 등 특정 바이오마커에 결합하여 표적 세포를 선택적으로 표지합니다. GOLD 프로브는 특정 수송체를 통해 세포 내로 선택적으로 유입되거나 배제되어, 세포 유형별로 차별화된 이미징이 가능합니다. LOLD는 세포막의 융합 특성을, MOLD는 고유의 대사 경로를 이용하여 세포를 구분합니다. 이러한 기술은 면역세포, 줄기세포, 암세포 등 다양한 세포 집단의 실시간 구분 및 분리, 기능 분석에 활용되고 있습니다.
이러한 라이브 셀 프로브 기술은 세포 치료, 면역 진단, 암 진단 및 치료, 노화 연구 등 다양한 바이오메디컬 분야에 응용되고 있습니다. 특히, 최근에는 노화 세포의 실시간 검출 및 조절, 면역 노화 연구, 질병 특이적 세포 집단의 분리 등 정밀의학 및 맞춤형 치료에 필수적인 기반 기술로 자리매김하고 있습니다. 앞으로도 우리 연구실은 세포 구분 및 조절을 위한 혁신적 화학 도구 개발에 집중할 예정입니다.
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PiF is a multimodal pancreatic β cell probe for both fluorescence and for PET (positron emission tomography). By simple tail vein injection, PiF stains pancreatic β cells specifically and PiF-injected pancreatic tissue even facilitated an antibody-free islet analysis within 2 h, dramatically accelerating the day-long histological procedure without any fixing and dehydration step. The low background of PiF in the liver allowed us to monitor the intraportal transplanted islets, which is the first in vivo visualization of transplanted human islets without a prelabeling of the islets. Finally, we could replace the built-in fluorine atom in PiF with radioactive 18F and successfully demonstrate in situ PET imaging for pancreatic islets.
J. Am. Chem. Soc., 2020
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TiNIR selectively detects heme oxygenase 2 (HMOX2) as a novel biomarker for TIC, and enriches the functionally active TIC in human lung tumors. Through the photoacoustic property, TiNIR also visualizes lung TIC in the patient-derived xenograft (PDX) model. Furthermore, TiNIR can inhibit tumor growth by blocking the function of HMOX2, resulting in significantly increased survival rates of the cancer model mice.
J. Am. Chem. Soc., 2019
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BacGO, a novel Gram‐positive bacterial probe, was developed from a library of fluorescent molecules with a boronic‐acid motif that binds to peptidoglycan on the Gram‐positive bacterial cell wall. BacGO can be used to identify Gram‐positive bacteria in diverse, highly complex samples, and is an attractive alternative to Gram staining.
Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2019
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한영 다학제간 컨소티엄을 통해 인간 췌장 랑게르한스 섬 구조 이해 촉진
