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최인성 연구실
한국과학기술원 화학과
최인성 교수
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최인성 연구실

한국과학기술원 화학과 최인성 교수

본 연구실은 물리유기화학을 바탕으로 표면화학, 나노화학, 세포표면공학을 융합하여 기능성 계면과 생체친화적 나노소재를 설계하며, 특히 단일세포 나노피포화와 인공포자, 촉매성 세포-쉘 하이브리드, 자극응답성 표면 및 항균·바이오응용 코팅 기술을 통해 살아있는 세포와 재료의 경계면을 정밀하게 제어하는 화학 연구를 수행하고 있다.

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단일세포 나노피포화와 인공포자 thumbnail
단일세포 나노피포화와 인공포자
주요 논문
5
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1
review
|
인용수 11
·
2025
Single-Cell Nanoencapsulation: Chemical Synthesis of Artificial Cell-in-Shell Spores
Hyeong Bin Rheem, Nayoung Kim, Duc Tai Nguyen, Ghanyatma Adi Baskoro, Jihun H. Roh, Jungkyu K. Lee, Beom Jin Kim, Insung S. Choi
IF 55.8
Chemical Reviews
Nature has evolved adaptive strategies to protect living cells and enhance their resilience against hostile environments, exemplified by bacterial and fungal spores. Inspired by cryptobiosis in nature, chemists have designed and synthesized artificial "cell-in-shell" structures, endowed with the protective and functional capabilities of nanoshells. The cell-in-shells hold the potential to overcome the inherent limitations of biologically naı̈ve cells, enabling the acquisition of exogenous phenotypic traits through the chemical process known as single-cell nanoencapsulation (SCNE). This review highlights recent advancements in the development of artificial spores, with sections organized based on the categorization of material types utilized in SCNE, specifically organic, hybrid, and inorganic types. Particular emphasis is placed on the cytoprotective and multifunctional roles of nanoshells, demonstrating potential applications of SCNEd cells across diverse fields, including synthetic biology, biochemistry, materials science, and biomedical engineering. Furthermore, the perspectives outlined in this review propose future research directions in SCNE, with the goal of achieving fine-tuned precision in chemical modulation at both intracellular and pericellular levels, paving the way for the design and construction of customized artificial spores tailored to meet specific functional needs.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.4c00984
Chemistry
Shell (structure)
Cell
Nanotechnology
Spore
Chemical engineering
Biochemistry
Microbiology
2
article
|
인용수 56
·
2022
Cell‐in‐Catalytic‐Shell Nanoarchitectonics: Catalytic Empowerment of Individual Living Cells by Single‐Cell Nanoencapsulation
Hojae Lee, Joohyouck Park, Nayoung Kim, Wongu Youn, Gyeongwon Yun, Sang Yeong Han, Duc Tai Nguyen, Insung S. Choi
IF 26.8
Advanced Materials
Cell-in-shell biohybrid structures, synthesized by encapsulating individual living cells with exogenous materials, have emerged as exciting functional entities for engineered living materials, with emergent properties outside the scope of biochemical modifications. Artificial exoskeletons have, to date, provided physicochemical shelters to the cells inside in the first stage of technological development, and further advances in the field demand catalytically empowered, cellular hybrid systems that augment the biological functions of cells and even introduce completely new functions to the cells. This work describes a facile and generalizable strategy for empowering living cells with extrinsic catalytic capability through nanoencapsulation of living cells with a supramolecular metal-organic complex of Fe<sup>3+</sup> and benzene-1,3,5-tricarboxylic acid (BTC). A series of enzymes are embedded in situ, without loss of catalytic activity, in the Fe<sup>3+</sup> -BTC shells, not to mention the superior characteristics of cytocompatible and rapid shell-forming processes. The nanoshell enhances the catalytic efficiency of multienzymatic cascade reactions by confining reaction intermediates to its internal voids and the nanoencapsulated cells acquire exogenous biochemical functions, including enzymatic cleavage of lethal octyl-β-d-glucopyranoside into d-glucose, with autonomous cytoprotection. The system will provide a versatile, nanoarchitectonic tool for interfacing biological cells with functional materials, especially for catalytic bioempowerment of living cells.
https://doi.org/10.1002/adma.202201247
Materials science
Nanotechnology
Catalysis
Nanoshell
Nanoparticle
Chemistry
Biochemistry
3
review
|
인용수 127
·
2020
Single‐Cell Nanoencapsulation: From Passive to Active Shells
Wongu Youn, Ji Yup Kim, Joohyouck Park, Nayoung Kim, Hyunwoo Choi, Hyeoncheol Cho, Insung S. Choi
IF 26.8
Advanced Materials
Single-cell nanoencapsulation is an emerging field in cell-surface engineering, emphasizing the protection of living cells against external harmful stresses in vitro and in vivo. Inspired by the cryptobiotic state found in nature, cell-in-shell structures are formed, which are called artificial spores and which show suppression or retardation in cell growth and division and enhanced cell survival under harsh conditions. The property requirements of the shells suggested for realization of artificial spores, such as durability, permselectivity, degradability, and functionalizability, are demonstrated with various cytocompatible materials and processes. The first-generation shells in single-cell nanoencapsulation are passive in the operation mode, and do not biochemically regulate the cellular metabolism or activities. Recent advances indicate that the field has shifted further toward the formation of active shells. Such shells are intimately involved in the regulation and manipulation of biological processes. Not only endowing the cells with new properties that they do not possess in their native forms, active shells also regulate cellular metabolism and/or rewire biological pathways. Recent developments in shell formation for microbial and mammalian cells are discussed and an outlook on the field is given.
https://doi.org/10.1002/adma.201907001
Materials science
Nanotechnology
Cell
Biophysics
Cellular metabolism
Cell division
Cell growth
Cell biology
Chemistry
Biology
정부 과제
24
과제 전체보기
1
2024년 4월-2029년 4월
|384,547,000
세포대사 연계형 단일세포나노피포화 방법론 개발
본 제안과제의 최종목표는 세포 기작(예 : 물질대사반응)과 화학적으로 친밀하게 연계된 (다)촉매반응 시스템을 설계·구축하고 (다)촉매성을 껍질내세포의 껍질에 부여함으로써, 세포 기작을 화학적으로 제어할 수 있는 방법론을 확립하는 것이다. [연구과제의 필요성] 새로운 구조를 탐색·설계·구축하고 새로운 성질과 기능을 모색하는 것은 화학의 핵심이다. 2012/3...
단일세포나노피포화
나노껍질
다촉매연쇄반응
대사반응
효소반응
2
주관|
2021년 2월-2024년 2월
|797,000,000
세포피포화 : 세포 거동 화학적 제어·조절, 이해, 그리고 응용
[촉매성 단일세포 나노피포화] 인공껍질에 촉매(예 : 효소)를 내재시켜 外因的 화학반응을 유도하고 세포 대사를 조절할 수 있는 제2세대 인공껍질 구현 방법론을 다각도에서 모색함. - 트라이메스산-철 복합체를 사용한 다효소 내재 인공껍질 형성 - 리포솜을 이용한 세포표면상 다효소 단계적 연쇄반응 시스템 - 폴리페놀 효소 중합을 이용한 세포피포화 방법론 - 달걀막단백질 기반 세포피포화 방법론 - 자극감응 조성변환형 인공껍질 구현 - 촉매성 인공껍질을 이용한 세포 走化性 연구 [뇌세포 피포화] 뇌세포(예 : 신경세포, 별아교세포, 신경줄기세포)를 세포친화적으로 피포화할 수 있는 방법론을 모색함. - 별아교세포 피포화 및 활성 별아교세포로의 분화 - 탈세포화 세포외기질 이용 3차원 별아교세포 배양시스템 - 신경세포 친화적 3차원 공동배양시스템 [기반연구] 기반연구로서 세포피포화에 적용할 수 있는 촉매시스템 개발 연구를 수행함. - 효소 내재 금속 캡슐 - 포피린-철 자기조립 - 광반응 유도 탄닌산-철 박막 형성 방법론 - 산화티타늄 겔 형성 방법론 - 플라보노이드 박막 형성 방법론 - 생체친화적 고분자 전구체 합성
단일세포나노피포화
인공껍질
세포친화성
세포보호
인공포자
세포 하이브리드
촉매시스템
효소반응
3
주관|
2021년 2월-2024년 2월
|797,000,000
세포피포화 : 세포 거동 화학적 제어·조절, 이해, 그리고 응용
[세포친화적 세포피포화 방법론 개발 연구] 생체모방 생광물화 : 효모와 인체유래 세포 실리카 세포피포화 및 기능화, 열저항성 클로렐라 실리카-산화타이타늄 세포피포화, 세포기작 유지성 인체유래 T세포 산화타이타늄 세포피포화, 별아교세포 산화타이타늄 세포피포화 및 활성 별아교세포 유도. 폴리페놀-금속 초분자자기조립 : 자극감응-분해성 효모와 인체유래 세포 탄닌산-철 복합체 세포피포화, 탄닌산-2가 철 초분자자기조립 및 인공껍질 세포친화적 분해, 트라이메스산-철 초분자자기조립 및 효소 내재형 세포피포화, 세포보호용 마이크로비드 폴리도파민 코팅, 효모와 인체유래 세포 피로갈롤 세포피포화, 효소 반응을 이용한 세포피포화. 계면반응 : 탄닌산-철 계면반응 및 단일개체 또는 일정 수 세포피포화 층상자기조립 : 카테콜아민 산화성 가교반응 층상자기조립 세포피포화 및 미생물 성장 분석용 새로운 단위 제안, 표면개시 고분자중합 : 표면개시 원자이동라디칼중합 세포피포화. 미세유체공학 : 별아교세포 피포화 및 3차원 신경세포 배양시스템 [기반 연구 : 신경세포 연구] 나노/마이크로 토포그래피상 신경세포 거동 및 발달 : 신경돌기 생장, 신경돌기 방향성, 축색돌기 부신경 섬유 발달, 신경세포 이동 조절·제어. 새로운 형태의 체외 신경세포 발달과정 유도. 글리칸 대사공학 : 신경세포용 조직기반 대사법 및 글리칸 표지. 신경세포 친화성 코팅법
세포피포화
인공껍질
세포친화성
세포보호
인공포자
셀인쉘
마이크로아이언맨
단일세포 나노피포화
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2024칸나비디올을 처리한 성상세포 조건배지, 이의 제조방법 및 이를 이용한 신경세포 배양방법1020240010730
등록2023폴리페놀계 화합물 및 3가 철염을 포함하는 초분자 졸을 함유하는 항균 및 항바이러스용 코팅 필름1020230064892
공개2023신경 세포 지지용 배지 조성물의 제조방법1020230064218
전체 특허

칸나비디올을 처리한 성상세포 조건배지, 이의 제조방법 및 이를 이용한 신경세포 배양방법

상태
공개
출원연도
2024
출원번호
1020240010730

폴리페놀계 화합물 및 3가 철염을 포함하는 초분자 졸을 함유하는 항균 및 항바이러스용 코팅 필름

상태
등록
출원연도
2023
출원번호
1020230064892

신경 세포 지지용 배지 조성물의 제조방법

상태
공개
출원연도
2023
출원번호
1020230064218