바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 19-73
유전자편집기술인 크리스퍼를 활용하여 진단 및 약물전달이 가능한 바이오소재 개발

◇ 유전자편집 도구인 크리스퍼(CRISPR-Cas) 시스템의 응용범위를 확장하는 새로운 연구결과 발표. 유효물질(약물, 유전자)을 전달하는 하드로겔의 형태를 크리스퍼 기술로 조절하여 특정 자극에 의해 유효물질이 방출되어 전달될 수 있는 바이오소재를 개발 또한 전자회로와 연결하여 독성물질 및 바이러스 진단에도 활용할 수 있을 것으로 기대

▸주요 출처 : Nature, CRISPR cuts turn gels into biological watchdogs, 2019.8.22. ScienceDaily, Biomaterials smarten up with CRISPR, 2019.8.22

■ MIT⋅하버드 연구팀은 크리스퍼 기술을 활용하여 자극(명령)에 반응하여 물질의 형태를 변경하는 스마트 소재(Smart materials)를 개발

 ○ 3세대 유전자편집기술인 크리스퍼(CRISPR-Cas) 시스템은 광범위한 생명과학 연구에 유용한 도구로 자리매김
  - 유전자치료제 개발 및 유전자변형 생물체(GMOs) 연구, 동물의 발달 추적 및 해충 방제 등 다양한 연구에 활용 가능
  - 최근에는 질병을 유발하는 돌연변이 및 병원체를 탐지하기 위한 진단 목적으로도 크리스퍼 기술 활용

 ○ MIT의 James Collins 교수 연구팀은 크리스퍼를 사용하여 활성 효소, 소분자 화합물, 나노입자 및 인간세포 등 유효물질을 방출할 있는 스마트 재료(하이드로겔, poly(ethylene glycol) hydrogel)를 개발(Science, 2019.8.23.)
  - 유효물질과 크리스퍼 시스템(DNA 서열, DNA 절단효소)이 포함된 하이드로겔 (hydrogels)을 제작하였고, 특정 자극에 의해 크리스퍼 시스템이 작동하면 하이드로겔의 형태가 변화하도록 설계
   ※ 연구팀은 크리스퍼 시스템의 DNA를 절단하는 핵산분해 효소인 기존의 Cas를 Cas12a로 업그레이드(특정 DNA 서열을 인식하여 프로그래밍이 가능)
  - 특정 자극에 의해 활성화된 Cas12a 효소가 표적 DNA 서열을 인식한 후 절단하게 되면 하이드로겔이 모양을 바꾸거나 완전히 용해되어 함유하고 있는 유효물질을 방출
   ※ 동 연구는 하버드 Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering와 공동 추진. 개발된 크리스퍼 제어 하이드로겔은 종양부위에 항암제를 방출하거나, 감염부위에 항생제를 방출하는 스마트 치료제 개발에 활용 가능  

  
 ○ 또한 연구팀은 CRISPR 제어 하이드로겔(CRISPR-controlled hydrogels)을 전자회로와 연결시켜 바이러스나 독성물질을 감지할 수 있는 장치로서의 활용 가능성을 확인
  - 전자회로와 연결된 미세유체 챔버(microfluidic chamber) 내에 DNA 하이드로겔을 배치하여 에볼라 바이러스, MRSA(메티실린 내성 황색포도상구균) 등 병원체의 유전물질을 감지하면 회로 스위치가 꺼지게 하여 신호를 감지
   ※ 연구팀은 하이이드로겔을 사용하여 에볼라 바이러스의 유전물질을 인식하면 무선 신호를 보내는 프로토 타입의 진단도구를 개발

■ 이번 연구를 통해 유전자편집 도구인 크리스퍼 기술은 진단, 약물 전달, 바이오일렉트로닉스 및 조직공학 등의 영역으로까지 응용범위가 확장