R&D

Why Proteomics?

Proteome이란 Protein과 ome의 합성어로 특정 조건과 특정한 시점에 한 시료(조직, 기관, 세포, body fluid)가 갖는 단백질의 총체를 말한다.
Proteomics란 이 proteome수준에서 각 단백질들의 기능을 밝히는 학문을 말한다.

시료에 존재하는 모든 단백질을 효과적으로 분석하기 위한 단백질 분리성이 좋은 이차원 전기영동법(2DE system) 개발과 2D젤에서 분리한 소량의 단백질을 빠른 시간 내에 동정 가능하게 한 질량 분석법의 개발, 또한 이를 기존 연구에서 밝혀진 단백질 정보가 있는 데이터 베이스를 통해서 신속하게 확인, 동정 및 예측할 수 있는 생물정보학의 발전은 프로테오믹스 발전에 결정적인 기여를 하였다.

유전자 염기서열이 모두 밝혀졌지만 설명할 수 없는 많은 생물학적 현상은 여전히 존재하며 이것은 유전자가 여러 기능을 수행하여 나온 최종 산물인 단백질 연구를 통해 설명할 수 있다. 또한 전체 질병 중에 유전병은 오직 2~3%에 불과하며 genomics를 이용한 진단 및 치료법 개발에는 한계가 있다.
이에 반해 단백질은 DNA 및 RNA 와 달리 생리적 상태를 표현하고 조절하는 최종물질이며, 경우에 따라서는 단백질 자체보다 post-translational modification(PTM) product가 중요하며 단백질 및 단백질 변형의 확인을 통해 질병의 설명이 가능할 수 있다.

종합하면 proteomics기술은 genomics기술과 비교할 때 경쟁이 되지 않을 정도의 고부가가치를 빠른 시일 내에 창출할 수 있다.

– 관심 목표에 대한 무 선별성 (자유로운 가설과 열린 접근 방법)
– 평형적 비교로 복잡한 상태 변화를 직접적으로 관찰할 수 있다 (동시에 단백질의 차이 확인)

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Mass Spectrometry

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Mass spectrometry (MS)는 하나의 분석기술로써 전기장 혹은 자기장에서 전하를 가진 입자의 분자량(molecular weight)을 측정하는 기술입니다. 이는 입자의 질량을 결정하고 샘플이나 분자의 기초적 조성을 결정하며 펩타이드나 여타 화학물질의 화학구조를 결정할 수 있습니다. 이 기술은 질량분석계(mass spectrometer)를 이용합니다.
MS의 원리는 기본적으로 화학물질을 이온화(ionization)하여 전하를 가진 분자로 만들어 그들의 질량 대 전하 비 (mass to charge; m/z)를 측정합니다.

일반적인 순서로는
1. 샘플은 질량분석계에 넣어 주고, 이온화합니다.
2. 샘플의 조성이 여러가지 방법으로 이온화되어 전하를 가진 입자로 만들어 지게 됩니다.
3. 각각의 이온들은 그들의 질량대전하비에 의하여 분석기(analyzer)로 분리가 됩니다.
4. 그리고 탐지기(detector)에서 감지되고,
5. 질량 스펙트럼이 작성됩니다.

일반적으로 질량분석계는 다음 3가지 부분으로 구성됩니다.
ㅁ 이온원(ion source): 샘플분자들이 이온으로 변환되게 됩니다.
ㅁ 질량분석기(mass analyzer): 전자기장에 들어간 이온들이 각각의 질량에 따라 분류가 됩니다.
ㅁ 탐지기(detector)

이 기술은 정량적인 곳과 정성적인 곳에 모두 사용됩니다. 이에는 미지의 화합물을 동정하고 어떤 분자의 isotopic 조성를 결정하며 어떤 화합물의 절편화되는 것을 관찰하여 구조를 결정합니다.특히 단백질 동정과 단백질체 분야에는 질량분석계가 민감도와 질량의 정확성 그리고 tandem mass spectrometry에 의하여 좌우됩니다.

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Immuno Assay

효소면역측정법 (Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay, ELISA)는 시료내의 특정단백질의 정량법으로 널리 활용되고 있습니다.
분석방법에 따라 시료 내 항체의 양을 정량하거나 항원의 양을 측정할 수 있습니다.

Direct ELISA

Direct ELISA는 Microplate에 고정된 항원(Antigen)에 표지물질(Enzyme)이 결합된 항체(Antibody)가 직접 반응하는 원리로 주로 Antigen의 활성 및 양을 확인하고자 할 때 사용됩니다. 항체와 결합시키는 표지물질 (Enzyme)의 종류로는 HRP (horseradish peroxidase)나 AP (alkaline phosphatase)가 대표적입니다. Direct ELISA는 다른 면역 분석법에 비해 검출방법이 간편하고 시간이 매우 적게 걸리는데 비해 민감도와 특이도가 Sandwich ELISA에 비해 떨어지는 단점이 있으며, 표지물질이 결합된 항체의 활성 및 특이도가 결과에 중요한 영향을 미칩니다.

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Indirect ELISA

Indirect ELISA는 플레이트에 고정된 항원과 반응하는 1차 항체에는 표지물질이 없고, 1차 항체에 반응하는 2차 항체에 표지물질이 결합되어 최종적으로 플레이트에 고정된 항원과 2차항체는 직접 반응하지 않는 특징이 있습니다. 이 방법은 2차 항체를 사용하여 신호를 증폭할 수 있는 장점이 있어, 검지능이 향상되는 장점이 있습니다. 주로 혈청, 혈장, 혈액 또는 소변 등의 시료에 존재하는 항원, 항체의 양을 측정할 수 있을 뿐 아니라 항체의 정량법에도 유용하게 활용됩니다.

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Sandwich ELSIA

Sandwich ELISA는 두 종류의 항원 – 특이적 항체가 필요하며, 두 종의 항체는 동일 항원에 대해 서로 다른 항원결합 부위에 반응해야 합니다. 플레이트에는 Capture Antibody가 고정화되어 항원과 결합하고, 이렇게 결합된 항원은 Detection Antibody에 의해 검출됩니다. 여기서 Detection Antibody는 표지물질이 결합 여부에 따라 Direct 또는 Indirect로 Signal을 확인하게 됩니다. 이 방법은 타 진단법에 비해 민감도가 높습니다.

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Competitive ELISA

Competitive ELISA는 항원 – 항체 반응에서 동일 결합부위에 대한 2가지 항원 또는 2가지 항체간의 경쟁에 의해 이루어지는 반응입니다. 측정하고자 하는 물질에 따라 진단법의 설계는 다양하게 이루어지며, 모식도와 같이 특정 항체에 대해 동일 반응 부위를 갖는 Inhibitor Antigen의 양이 증가 할수록 검출되는 신호는 점점 낮아지게 되는 원리입니다.

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Rapid Assay

측면 면역 크로마토그래피 분석법(Lateral flow immunochromatographic assay, LFIA)은 항원-항체 반응(immune reaction)을 이용하여, 다양한 검체(Serum, plasma, urine, swear, 기타 bio fluid등)에 미량 존재하는 분석물질(analyte)을 단시간에 한번 실험(One-step)으로 정성 및 정량적으로 분석할 수 있는 방법으로서, 이를 이용하여 제조된 Rapid test 진단키트는 현장진단(Point of care test, POCT) 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 대표적인 예로 일반소비자를 대상으로 하여 널리 알려진 가정용 임신진단시약이 있으며 그 뿐 아니라 암, 바이러스 감염 진단 등 각종 질병의 진단 또는 검사를 비롯하여, 의학, 농업, 축산업, 식품, 군사, 환경 등 다양한 분야에서 적용되고 있습니다.
일반적인 측면 면역 크로마토그래피 분석법(Lateral flow immunochromatographic assay, LFIA) 을 이용하여 제조된 Rapid test kit는 분석물질을 검출할 수 있는 항체가 접합된 멤브레인, 육안 또는 간편한 POCT 기기로 정성 또는 정량측정 시 필요한 표지물질 (금-나노입자 Gold-nano particle, 형광 비드 fluorescence bead 등) 과 접합된 항체 접합체가 고정된 접합체 패드, 분석물질이 존재하는 검체가 적용되는 검체 패드, 반응 후 남은 용액을 흡수하는 흡습 패드가 모두 하나로 접합되어 조립된 스트립을 사용하게 됩니다.

LFIA Rapid kit 구조
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표지물질과 접합된 항체 접합체와 반응한 검체 내 분석물질은 멤브레인의  검사선 위치에 고정된 특이 항체와 반응(샌드위치 면역반응 Sandwich immunoassay) 하여 발색을 하여 양성으로 판정하며  육안 또는 POCT 의료기기로  측정이 가능합니다.  검체 내 분석물질이 존재하지 않을 경우는 검사선에 선이 나타나지 않아 음성으로 판정하게 됩니다.  검사선 외에 멤브레인에는 대조선의 위치에 다른 항체가 고정되어 검체 내 분석물질의 존재유무에 상관없이 항상 발색하며 반응의 정상적인 종료를 나타냅니다. 조립된 스트립을 사용하게 됩니다.

반응원리-양성

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본사는 전통적으로 검사선과 대조선 두선을 사용하는 래피드 키트의 경우에 있어서 나타나는 고 농도의 분석물질 존재 시 검사선에서 양성 반응이 나타나지 않는 hook effect (prozone effect) 를 극복할 수 있는 정량이 가능하도록 추가로 경쟁 면역 반응 (Competitive immunoassay) 에 의하여 분석물질의 농도에 따라 발색강도가 변하는 선을 추가 사용하는 방법을 세계 최초로 고안하여 특허를 가지고 있으며 이 원리를 사용하여 인체 내 IgG의 농도를 정량적으로 측정이 가능한 ImmunCheckTM IgG 키트와 임신진단키트인 트리첵을 개발하여 상용화 하고 있으며 추가적인 제품 개발을 진행하고 있습니다.

일반적인 Rapid kit 반응

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신기술을 적용한 LFIA Rapid kit 구조

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신기술을 적용한 Rapid kit 반응

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Biomarker Discovery

일반적으로 바이오마커는 생물체의 상태를 알려주는 지표를 의미합니다.
바이오마커를 측정함으로써 생체의 정상 여부를 확인하거나 질병의 진행 상태 또는 약물에 대한 약리학적 반응을 확인할 수 있습니다. 일정 시점에서 세포 또는 조직의 단백질의 상태를 측정할 수 있는 프로테오믹스 연구법이 발전함에 따라 바이오마커의 발굴이 보다 용이해지고 있습니다. 어떤 질환의 주요 인자를 탐색하기 위해, 질병의 진행 상황에 따라 세포, 조직 또는 기관 내에 존재하는 후보 바이오마커의 발현 양상을 프로테오믹스 기법을 활용하여 분석하고 있습니다.

발굴된 바이오마커에 대해 혈청 또는 조직 내의 발현양을 측정하여 질환을 진단하거나 예후를 관찰할 수 있습니다.
본사는 여러 종류의 암과 감염성 질환에 대해 새로운 바이오마커를 발굴하는 연구를 진행하고 있습니다.

biomarker discovery

Biomolecular Imaging

Biomolecular imaging이란 세포 또는 생체에서 일어나는 생물학적 과정을 영상화하여 그 특성을 규명하거나 정량하는 기술입니다. 암, 신경학적 또는 심혈관계 질환의 진단에 유용하게 활용될 수 있는 여러가지 영상화 기법이 활발하게 연구되고 있습니다. 현재 F-18, Ga-67, Tc-99m, I-123, I-131, Ti-201 등의 방사선 동위원소는 질병의 진단 및 예후의 관찰에
널리 활용되고 있습니다. 또한 형광물질을 이용한 분자영상법이 여러 연구자에 의해 연구되고 있으나, 안전성의 문제로 환자의 몸에 주입하는 것은 어려운 상황입니다.
본사는 생체에 무해한 천연 염색물질에 대한 연구를 수행 중이며,여러 종류의 바이오프로브에 천연 염색물질을 접합시켜 영상화 할 수 있는 기법을 개발하고 있습니다.

생체 적합성 항체 표지 물질의 개발 목적

  • 수술시 외과 의사가 눈으로 볼 수 있는 암표지 방법?
  • 자연계, 특히 인간에 있는 염색물질은?
기존 항체 표지 물질 문제점
방사능 물질 CT 필요
형광 물질 생체 적합성? / 암실 필요
광학 Dye (gold, quantum dot) 생체 적합성?


Biosensor

바이오센서란? 생물학적 요소를 이용하거나 생물학적 체계를 모방하여 물리 화학적 탐지기를 결합한 분석을 위한 시스템으로 색, 형광, 전기신호등을 이용하여 분석

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바이오센서의 기본 원리

– 바이오센서는 일반적으로 분석물질과 반응하는 생체물질 탐지부, 신호 변환기, 측정 신호를 보여주는 출력부분으로 구성.
– 바이오 수용기로 불리는 탐지부는 분석물질과 상호작용하기 위해 유기체나 생물학적 요소를 모방한 물질을 사용.
– 분석물질과 바이오 수용기와의 상호작용은 반응 신호의 측정이 가능한 신호 변환기에서 이루어짐.

핵심 기술

감수성 검사 칩

  • 단일/ 다중 코팅법 최적화
  • 검사 칩 표면에 Probe 물질의 균일한 코팅

플러스

전용 검사 시스템 개발

  • 감수성 검사 칩 개발
  • 임상 샘플 이용하여 세균 검출 및 항생제 감수성 검사 확인

실시간 항생제 감수성 검사 시스템 개발

응용 가능분야

제약 분야

33-3
항생제 스크리닝 및 항생제 신약 개발 응용

의료 분야

22
내성균 보유 환자의 효과적인 치료 가능

동물용 항생제 분야

11
가축, 반려 동물의 항생제 감수성 검사에 적용

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