Embedded Files
저희 나노인공세포공학 연구실은 세포의 핵심적인 기능들을 모방한 세포 유사 시스템, 즉 "인공세포"를 연구합니다. 현재 가장 관심 있는 세포의 현상은 '물질대사' 입니다. 세포는 물질대사를 시행하며 자신의 생명현상을 유지하는데, 저희는 이런 세포의 장점들을 살려 나노시스템에 구현한 인공적인 세포 유사 나노 시스템을 설계하고, 이를 이용하여 다양한 연구를 수행 하고자 합니다.
저희에게는 20여종의 나노입자(캡슐)를 제조하고 이를 목적에 맞게 설계 할 수 있는 기반기술과 노하우가 있습니다. 이를 이용해 각종 생물학적 기능을 가진 분자들(예: proteins/enzymes, nucleic acids, catalysts, drugs, probes, polymers, etc.)의 보다 효율적인 작동 시스템 구현, 메커니즘의 이해, 그리고 파급력이 크고 기발한 응용을 추구합니다.
2024년 현재, 저희 연구실은 생물전환반응을 시행하는 나노입자를 이용하여 나노의약, 바이오센서, 플라스틱 분해 등의 연구를 주로 수행하고 있으며, 2025-2026년 부터는 본격적으로 인공세포 및 무세포 인공장기등의 분야로 연구 주제를 확장하려 합니다. 아래는 저희가 가장 관심 있어하는 5가지 주요 연구주제들 이며, 이 외에도 나노/마이크로 입자를 이용하는 연구들은 항상 열려 있습니다.
Exploring orgin-of-life: 인공세포를 설계하며 세포의 진화과정을 탐구하는 연구
Cell-free artificial organs: 인공세포 기반의 인공장기를 개발하는 신개념 조직공학
Nanomedicine: 나노반응기를 활용한 진단용 바이오센서 및 약물전달시스템 연구
Bioconversion: 생물촉매 반응으로 플라스틱 같은 오염물질 분해 및 에너지의 생산
Brilliant science & engieering: 재미있거나 신박한 아이디어를 살리는 연구
1. Bottom-up design of artificial cells/cell-like systems
1. Bottom-up design of artificial cells/cell-like systems
As living cells have evolved for a very long time, their systems are very excellent. We try to design 'artificial cells' or 'cell-like systems' inspired by any excellent features of living cells using nanomaterials and biomaterials. Representative features of living cells are: metabolism, confinement, growth, division, information storage, defense, motility, recognization, transportation, unique structures and, etc. Actually, we are interested in all their features. The artificial cells can be used as useful tools to understand the origin-of-life, support/replacement of cells, and further various applications. Even though the topic is highly challenging, it would be a 'signature topic' of the NACEL group.
As living cells have evolved for a very long time, their systems are very excellent. We try to design 'artificial cells' or 'cell-like systems' inspired by any excellent features of living cells using nanomaterials and biomaterials. Representative features of living cells are: metabolism, confinement, growth, division, information storage, defense, motility, recognization, transportation, unique structures and, etc. Actually, we are interested in all their features. The artificial cells can be used as useful tools to understand the origin-of-life, support/replacement of cells, and further various applications. Even though the topic is highly challenging, it would be a 'signature topic' of the NACEL group.
살아있는 세포는 수억년이라는 오랜기간동안 진화해오며 발전 해 온 대단히 우수한 시스템 입니다. 우리는 나노물질과 생체재료를 이용하여 이런 세포의 우수한 특징들을 모방한 '인공세포' 혹은 '세포 유사 시스템'을 디자인 하려 합니다. 대표적인 세포의 특징들은 물질대사, 갇힌구역, 성장, 분열, 정보 저장, 방어, 움직임, 인식, 수송, 혹은 고유의 구조 등등 이 있습니다. 우리는 거의 모든 세포의 특징들에 주목하고 있고, 이들을 인공세포 디자인 연구에 채용하려 합니다. 디자인한 인공세포들은 생명의 기원을 탐구하거나, 세포를 대체 혹은 보조, 그리고 응용을 위한 유용한 도구들로 활용 할 것 입니다. 이 연구 주제는 굉장히 도전적이지만, NACEL 그룹의 대표 연구주제, 즉 '시그니쳐 메뉴' 입니다.
살아있는 세포는 수억년이라는 오랜기간동안 진화해오며 발전 해 온 대단히 우수한 시스템 입니다. 우리는 나노물질과 생체재료를 이용하여 이런 세포의 우수한 특징들을 모방한 '인공세포' 혹은 '세포 유사 시스템'을 디자인 하려 합니다. 대표적인 세포의 특징들은 물질대사, 갇힌구역, 성장, 분열, 정보 저장, 방어, 움직임, 인식, 수송, 혹은 고유의 구조 등등 이 있습니다. 우리는 거의 모든 세포의 특징들에 주목하고 있고, 이들을 인공세포 디자인 연구에 채용하려 합니다. 디자인한 인공세포들은 생명의 기원을 탐구하거나, 세포를 대체 혹은 보조, 그리고 응용을 위한 유용한 도구들로 활용 할 것 입니다. 이 연구 주제는 굉장히 도전적이지만, NACEL 그룹의 대표 연구주제, 즉 '시그니쳐 메뉴' 입니다.
Getting the insight into origin-of-cells why living cells have adopted the confined space and subcompartmentalized organelle systems.
세포가 왜 세포소기관과 독립된 세포 공간을 가지도록 진화 해왔는지를 통찰 해 낸 모델 인공세포
(Published in ACS Applied Materials & Interface, 2018)
An artificial cell that protects a delicate substance from reactive oxygen species stress. Inspired by antioxidant defense systems in living cells.
세포가 외부 산화스트레스를 방어하는 시스템을 모방한 항산화 인공세포
(Published in ACS Applied Materials & Interface, 2020)
Suprastructured-artificial cells that consist of enzyme/phtocatalyst-subcompartments for glucose assay
효소와 광촉매 두 구획으로 이루어진 상부구조 인공세포를 이용한 질병 진단
(Published in Advanced Science, 2022)
2. Cell-free artificial organs in tissue engineering
2. Cell-free artificial organs in tissue engineering
We try to develop artificial organs based on designed artificial cells. At first, we design each unit of organ, which are artificial cells that have key functions of the target organ. Then, the organ-shaped structure is made by a cluster of artificial cells. Finally, we evaluate whether it is available for transplantation/transfusion. This concept has firstly suggested by the NACEL group. You can be a pioneer in leading new research fields.
We try to develop artificial organs based on designed artificial cells. At first, we design each unit of organ, which are artificial cells that have key functions of the target organ. Then, the organ-shaped structure is made by a cluster of artificial cells. Finally, we evaluate whether it is available for transplantation/transfusion. This concept has firstly suggested by the NACEL group. You can be a pioneer in leading new research fields.
우리는 디자인한 인공세포를 기반으로 무세포 인공장기를 개발하고자 합니다. 첫번째로, 목적 인공장기의 기본 단위가 될 수 있는 인공세포들을 디자인 합니다. 이 인공세포들은 목적 장기의 핵심적인 기능들을 수행 할 수 있습니다. 그리고나서, 이 인공세포들이 공동으로 3차원 구조체를 형성하여 장기의 모양을 이루게 합니다. 이렇게 개발한 무세포 인공 장기는 이식 혹은 수혈 등이 가능한지 평가 할 것입니다. 이런 방식의 무세포 인공 장기는 NACEL 연구그룹이 세계 최초로 제안하는 개념 입니다. 새로운 분야를 열고 이끌어 가는 도전적인 개척자가 되어 보세요.
우리는 디자인한 인공세포를 기반으로 무세포 인공장기를 개발하고자 합니다. 첫번째로, 목적 인공장기의 기본 단위가 될 수 있는 인공세포들을 디자인 합니다. 이 인공세포들은 목적 장기의 핵심적인 기능들을 수행 할 수 있습니다. 그리고나서, 이 인공세포들이 공동으로 3차원 구조체를 형성하여 장기의 모양을 이루게 합니다. 이렇게 개발한 무세포 인공 장기는 이식 혹은 수혈 등이 가능한지 평가 할 것입니다. 이런 방식의 무세포 인공 장기는 NACEL 연구그룹이 세계 최초로 제안하는 개념 입니다. 새로운 분야를 열고 이끌어 가는 도전적인 개척자가 되어 보세요.
Recovery of hemoglobin that enables the development of hemoglobin-based artificial red blood cells
헤모글로빈을 이용한 인공혈액세포 디자인 가능성을 연구한 주제
(Published in Angewandte Chemie International Edition, 2021)
3. Nano/bio-medicine based on nanoreactors
3. Nano/bio-medicine based on nanoreactors
One of our expertise is to design nanoparticles with biological functions. We have achieved to develop some nanobiosensors for cancer diagnosis, and therapeutic nanoparticles that behave the specific targeting, controlled release, or production of active substances. Particularly, we have focused on 'nanoreactor'-based biosensing and therapeutics. Nanoreactor indicates a special nanoparticle that can implement the (bio)reactions, called also a 'nanofactory'. Such nanoreactor-based nanomedicine enables innovative diagnosis or therapeutics through amplification of biomarkers or production of drugs at the place of disease. The targets of interest are cancer cells, bacteria, and viruses. Especially, we would like to prepare our research to fight the next pandemic, disease X. Not only for the nanoreactors, but also we are eager to design other elegant nanoparticles or biomolecular systems that can be used for disease diagnosis and therapeutics. We are much more interested in a fundamental study that is to understand the nature of our nanosystems and how they work.
One of our expertise is to design nanoparticles with biological functions. We have achieved to develop some nanobiosensors for cancer diagnosis, and therapeutic nanoparticles that behave the specific targeting, controlled release, or production of active substances. Particularly, we have focused on 'nanoreactor'-based biosensing and therapeutics. Nanoreactor indicates a special nanoparticle that can implement the (bio)reactions, called also a 'nanofactory'. Such nanoreactor-based nanomedicine enables innovative diagnosis or therapeutics through amplification of biomarkers or production of drugs at the place of disease. The targets of interest are cancer cells, bacteria, and viruses. Especially, we would like to prepare our research to fight the next pandemic, disease X. Not only for the nanoreactors, but also we are eager to design other elegant nanoparticles or biomolecular systems that can be used for disease diagnosis and therapeutics. We are much more interested in a fundamental study that is to understand the nature of our nanosystems and how they work.
우리의 전문 분야 중 하나는 생물학적 기능을 가지는 나노입자를 디자인 하는 것입니다. 우리는 나노입자의 대상 표적화, 조절된 방출, 혹은 생산 등의 방법을 이용하여 암을 진단 및 치료하는 연구들을 활발히 진행하여 좋은 성과를 내고 있습니다. 우리는 특히 '나노반응기' 개념을 통해 질병의 진단 및 치료방법을 개발하고자 합니다. NACEL 그룹에서 다루는 나노반응기는 (특히 생물학적) 반응을 할 수 있는 나노입자를 말하며, '나노공장' 이라고 부를 수도 있습니다. 이런 나노반응기 기반의 나노의약 접근법은 환부에서 약물을 직접 생산하거나, 분석하고자 하는 생체지표의 신호를 증폭 시킴으로써 치료 및 진단을 보다 혁신적으로 해낼 수 있습니다. 우리는 나노반응기를 이용한 질병의 대상을 주로 암세포, 박테리아, 바이러스 기반의 질병들로 할 것입니다. 특히, COVID-19와 같은 다음 유행병을 대비하는 것이 연구의 주 목적 입니다. 나노 반응기 이외에도, 우리는 나노입자나 생체분자 기반의 시스템을 디자인하고 이를 질병의 진단이나 치료에 응용하고자 합니다. 우리는 응용 자체보다는 디자인 한 나노시스템의 특성과, 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 좀 더 근원적인 탐구를 하고자 합니다. 이 주제는 NACEL 연구그룹이 가장 자신있게 연구 할 수 있는 분야 입니다.
우리의 전문 분야 중 하나는 생물학적 기능을 가지는 나노입자를 디자인 하는 것입니다. 우리는 나노입자의 대상 표적화, 조절된 방출, 혹은 생산 등의 방법을 이용하여 암을 진단 및 치료하는 연구들을 활발히 진행하여 좋은 성과를 내고 있습니다. 우리는 특히 '나노반응기' 개념을 통해 질병의 진단 및 치료방법을 개발하고자 합니다. NACEL 그룹에서 다루는 나노반응기는 (특히 생물학적) 반응을 할 수 있는 나노입자를 말하며, '나노공장' 이라고 부를 수도 있습니다. 이런 나노반응기 기반의 나노의약 접근법은 환부에서 약물을 직접 생산하거나, 분석하고자 하는 생체지표의 신호를 증폭 시킴으로써 치료 및 진단을 보다 혁신적으로 해낼 수 있습니다. 우리는 나노반응기를 이용한 질병의 대상을 주로 암세포, 박테리아, 바이러스 기반의 질병들로 할 것입니다. 특히, COVID-19와 같은 다음 유행병을 대비하는 것이 연구의 주 목적 입니다. 나노 반응기 이외에도, 우리는 나노입자나 생체분자 기반의 시스템을 디자인하고 이를 질병의 진단이나 치료에 응용하고자 합니다. 우리는 응용 자체보다는 디자인 한 나노시스템의 특성과, 그것이 어떻게 작동하는지에 대한 좀 더 근원적인 탐구를 하고자 합니다. 이 주제는 NACEL 연구그룹이 가장 자신있게 연구 할 수 있는 분야 입니다.
Synergistic anticancer strategy by combination of H2O2-producing nanoreactors and H2O2-activable prodrugs
암세포내로 흡수되어 과산화수소를 생성하고, 과산화수소에 의해 활성화 되는 약물 전구체의 시너지 암세포 사멸
(Published in Nano Letters, 2020)
(Published in Advanced Functional Materials, 2022)
Enhanced binding avidity of magnetic particles for ultra-sensitive detection of circulating cancer cells (CTCs)
자성입자의 표면에 나노구조를 건설하여 혈중종양세포(CTC)를 매우 높은 감도로 탐지 해 낼 수 있는 입자 시스템의 개발
(Published in Small, 2015)
4. Bioconversion to solve environmental issues and valuable production
4. Bioconversion to solve environmental issues and valuable production
We are facing serious pollution in the environment nowadays. Oceans and soils are contaminated by hard-to-decomposite plastics. Accessing clean water is increasingly difficult due to water pollution. The amount of waste disposal is unacceptable. We want to solve these problems using our nanoreactors. Nanoreactors are used to purify water, decompose plastics, and produce useful substances/energy from waste. This topic might be one of the most important things for human beings in the next decades. We will explore this topic together with other high-class collaboration partners to get big success.
We are facing serious pollution in the environment nowadays. Oceans and soils are contaminated by hard-to-decomposite plastics. Accessing clean water is increasingly difficult due to water pollution. The amount of waste disposal is unacceptable. We want to solve these problems using our nanoreactors. Nanoreactors are used to purify water, decompose plastics, and produce useful substances/energy from waste. This topic might be one of the most important things for human beings in the next decades. We will explore this topic together with other high-class collaboration partners to get big success.
현재 인류는 심각한 환경오염 문제에 직면해 있습니다. 분해할 수 없는 플라스틱은 해양과 토양을 오염시키고, 수질 오염으로 인해 깨끗한 식수를 확보하는 것은 점점 더 어려워지고 있습니다. 쓰레기 배출양은 감당 할 수 없을 정도 입니다. 우리는 이런 문제들을 우리의 나노반응기로 해결 하고자 합니다. 나노반응기를 이용하여 물을 정화하고, 플라스틱을 분해하며, 폐기물을 원료로 하여 유용한 물질이나 에너지를 생산하고자 합니다. 이 분야는 앞으로 몇십년간 인류에게 가장 중요한 필수 과제가 될 것 입니다. 우리는 주로 세계적인 그룹들과의 공동연구를 통해 이 주제에 접근 할 것 입니다.
현재 인류는 심각한 환경오염 문제에 직면해 있습니다. 분해할 수 없는 플라스틱은 해양과 토양을 오염시키고, 수질 오염으로 인해 깨끗한 식수를 확보하는 것은 점점 더 어려워지고 있습니다. 쓰레기 배출양은 감당 할 수 없을 정도 입니다. 우리는 이런 문제들을 우리의 나노반응기로 해결 하고자 합니다. 나노반응기를 이용하여 물을 정화하고, 플라스틱을 분해하며, 폐기물을 원료로 하여 유용한 물질이나 에너지를 생산하고자 합니다. 이 분야는 앞으로 몇십년간 인류에게 가장 중요한 필수 과제가 될 것 입니다. 우리는 주로 세계적인 그룹들과의 공동연구를 통해 이 주제에 접근 할 것 입니다.
Regeneration of coenzymes using sunlight, toilet papers, and used A4 papers as fuels
태양빛, 휴지, 그리고 폐지를 원료로 조효소를 재생산 해내는 연구
(Published in ACS Applied Materials & Interface, 2020)
Page updated
Google Sites
Report abuse