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(→관련 기술의 현황 및 분석(State of art)) |
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#1. lncRNA/circRNA‑miRNA‑mRNA ceRNA network in lumbar intervertebral disc degeneration (척추에서 발생하는 추간판변성에 관여하는 RNA 네트워크) | #1. lncRNA/circRNA‑miRNA‑mRNA ceRNA network in lumbar intervertebral disc degeneration (척추에서 발생하는 추간판변성에 관여하는 RNA 네트워크) | ||
:Intervertebral disc degeneration(이하 IDD)의 발생에 비암호화 RNA가 관여한다는 증거는 꾸준히 축적되어 왔다. 추간원판수핵 세포의 과다한 세포자멸사와 세포외 기질의 저하로 인해 척추가 손상되는데, 현재 이루어지는 치료법인 척추융합술이나 디스크 대체물 등은 일시적인 고통을 덜어줄 뿐이다. 따라서 RNA와 관련된 좀 더 효율적인 전략이 필요하다. | :Intervertebral disc degeneration(이하 IDD)의 발생에 비암호화 RNA가 관여한다는 증거는 꾸준히 축적되어 왔다. 추간원판수핵 세포의 과다한 세포자멸사와 세포외 기질의 저하로 인해 척추가 손상되는데, 현재 이루어지는 치료법인 척추융합술이나 디스크 대체물 등은 일시적인 고통을 덜어줄 뿐이다. 따라서 RNA와 관련된 좀 더 효율적인 전략이 필요하다. | ||
| − | + | 최근에는 miRNA, lncRNA, circRNA와 같은 비암호화 RNA가 세포의 증식과 사멸을 포함한 여러 생물학적 과정에서 중요한 역할을 한다는 것이 발견되고 있다. 현재는 작은 표본을 통한 선별 연구밖에 이루어지지 않았지만 향후에는 체외, 체내 실험을 통해 IDD의 발현 패턴과 RNA간 상호작용을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다. | |
#2. Extracellular Vesicle–Mediated Delivery of Circular RNA SCMH1 Promotes Functional Recovery in Rodent and Nonhuman Primate Ischemic Stroke Model | #2. Extracellular Vesicle–Mediated Delivery of Circular RNA SCMH1 Promotes Functional Recovery in Rodent and Nonhuman Primate Ischemic Stroke Model | ||
:논문을 통해 circSCMH1이 뇌졸중을 앓는 개체의 회복에 도움을 준다는 것을 알 수 있다. 아마 그 방법으로는 circRNA의 기능에 있는데. circRNA의 기능 중 하나는 transcription factor에 결합하는 것이다. MeCP2(methyl-CpG binding protein 2)에 결합해 MeCP2가 타겟으로하는 gene의 발현을 억제하기에 뇌졸중 치료가 가능할 것이다. | :논문을 통해 circSCMH1이 뇌졸중을 앓는 개체의 회복에 도움을 준다는 것을 알 수 있다. 아마 그 방법으로는 circRNA의 기능에 있는데. circRNA의 기능 중 하나는 transcription factor에 결합하는 것이다. MeCP2(methyl-CpG binding protein 2)에 결합해 MeCP2가 타겟으로하는 gene의 발현을 억제하기에 뇌졸중 치료가 가능할 것이다. | ||
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#4. Advances in Controlled Drug Release Technology | #4. Advances in Controlled Drug Release Technology | ||
:약물의 전달만큼 중요한 것이 체내 약물 농도를 적정수준으로 유지하는 것이다. 위 강의를 통해 현재 약물을 세포 내부로 전달하기 위한 방법을 알 수 있다. | :약물의 전달만큼 중요한 것이 체내 약물 농도를 적정수준으로 유지하는 것이다. 위 강의를 통해 현재 약물을 세포 내부로 전달하기 위한 방법을 알 수 있다. | ||
| − | + | 약물을 한번 주입할 경우 drug level이 감소해 주기적으로 약물을 투여해야한다. 이를 보완하기 위해 다양한 기술이 나왔다. 하지만 궁극적으로 우리는 약물의 농도를 desired range에 맞게 설정하는 기술이 필요하며 이를 controlled release라고 한다. 강의에서는 이와 관련된 Drug delivery technology의 원리를 알 수 있다. | |
| − | + | Controlled Release의 원리는 크게 네가지가 있다. 확산을 이용한 Diffusion, 반응을 유도하는 Chemical reaction, solvent에 녹이는 solvent controlled Release 마지막으로 외부에서 drug의 농도를 조절하는 Controlled Release가 있다. | |
====시장상황에 대한 분석==== | ====시장상황에 대한 분석==== | ||
2021년 12월 15일 (수) 21:38 판
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : m6A modification을 이용한 circRNA치료제 개발 가능성 탐구
영문 : Studying the possibility of developing a new circular RNA therapeutics through m6A modification
과제 팀명
RNA만들조
지도교수
이종범 교수님
개발기간
2021년 9월 ~ 2021년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 생명과학과 20165600** 홍*기(팀장)
서울시립대학교 화학공학과 20143400** 이*용
서울시립대학교 화학공학과 20153400** 김*호
서울시립대학교 화학공학과 20173400** 이*경
서울시립대학교 생명과학과 20185600** 안*환
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
*circular RNA(이하 circRNA)의 생체 내 작용 메커니즘 파악
- RNA는 구조적으로 3’ end의 2번 탄소에 -OH group이 존재해 불안정한 성질이 있다. 이로 인해 세포 내부에서 exonuclease라는 분해효소에 의해 RNA는 쉽게 분해된다. 어떤 물질을 백신 및 치료제로 사용하기 위해서는 물질의 안정성을 높여 세포까지 안전하게 전달하는 것이 중요하다. 따라서 이러한 exonuclease의 작용 부위를 제거하여 RNA의 안정성을 높이는 한 방법인 circRNA에 대해 조사를 실시한다
*circRNA의 치료제 개발 및 관련 기술 현황 리뷰 논문을 작성
*circRNA를 이용한 치료제의 안정성과 효율성을 높이기 위한 방법 조사
- 치료제로서의 기능을 위해서는 생체 내 안정성과 전달 효율성이 중요하다. 따라서 안정성을 높이기 위해 RNA의 구조를 화학적으로 변형을 시키는 Chemical Modification에 대해 조사하고 전달 효율을 올리기 위해 RNA 외부에 별도의 전달체를 만드는 DDS(Drug Delivery System)에 대해 분석한다.
개발 과제의 배경
*코로나 19로 인한 RNA 백신 관심 급등
- 기존의 백신과 달리 RNA 백신은 신속한 항체 생성을 유도할 수 있다. 또한 면역반응이 일어난 후 쉽게 제거될 수 있는 성질이 있다. 특히 이번 팬데믹 상황에서 각광받고 있는 기술이며, 또한 최근 RNAi를 이용한 질병의 치료에도 관심이 쏟아지고 있다. 이번 탐구를 통해 현재 개발되는 circRNA 분야를 탐색한다.
*콜드체인 시스템이 필수인 기존 RNA 백신 공급 한계 극복
- RNA는 구조적 특징으로 인해 쉽게 분해되는 성질이 있다. 따라서 RNA를 이용한 백신을 유통하는 과정에서 콜드체인시스템이 필요하다. 하지만 이를 준비한 국가는 소수이며 특히 개발도상국에서는 구축하는 것이 불가능한 시스템이다. RNA의 안정성을 높인 circRNA를 이용해 백신을 제조하면 콜드체인시스템을 활용하지 않고도 유통할 수 있을 것이라 기대한다.
*circRNA를 이용한 기존 질병의 새로운 진단 및 치료제 개발 가능성 제시
개발 과제의 목표 및 내용
- circRNA를 이용하여 기존 치료제가 없는 질병에 대한 치료법을 개발하기 위해선, 작용 매커니즘, 기존까지의 연구기술 현황 등의 자료수집이 필요하므로 그에 대한 문헌조사를 선행할 예정이다.
- circRNA를 이용한 치료법 개발에 성공할 경우 그 치료제를 대량생산하는 공정이 필수적으로 뒤따라야하기 때문에 circRNA 치료제를 대량생산하는 공정에 대해서도 연구를 진행하는 것이 목표이다.
- RNA 는 구조적으로 매우 불안정한 물질로서, 표적세포까지 잘 전달되기 위해선 그 안정성을 높이는 연구가 필요하다. Polymer와 chemical modification을 이용한 RNA 치료제의 안정성 향상 방법에 관한 연구도 진행할 예정이다.
- 표적세포까지의 안전한 약물 전달을 위한 DDS(Drug Delivery System) 매커니즘을 이해한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 백신
- 1. Function as vaccine adjuvants to induce anti-tumor immunity
- 종양백신이 종양관련 항원을 통해 종양특이적 면역반응을 활성화하여 암세포가 사멸하는 기술이 널리 적용되어있다. 최근 연구는 unmodified foreign circRNAs가 antigen-specific T and B cell activation, antibody production, and anti-tumor immunity를 유도하는 보조제로 쓰일 수 있음을 연구하였다.
- 치료제
- 1. lncRNA/circRNA‑miRNA‑mRNA ceRNA network in lumbar intervertebral disc degeneration (척추에서 발생하는 추간판변성에 관여하는 RNA 네트워크)
- Intervertebral disc degeneration(이하 IDD)의 발생에 비암호화 RNA가 관여한다는 증거는 꾸준히 축적되어 왔다. 추간원판수핵 세포의 과다한 세포자멸사와 세포외 기질의 저하로 인해 척추가 손상되는데, 현재 이루어지는 치료법인 척추융합술이나 디스크 대체물 등은 일시적인 고통을 덜어줄 뿐이다. 따라서 RNA와 관련된 좀 더 효율적인 전략이 필요하다.
최근에는 miRNA, lncRNA, circRNA와 같은 비암호화 RNA가 세포의 증식과 사멸을 포함한 여러 생물학적 과정에서 중요한 역할을 한다는 것이 발견되고 있다. 현재는 작은 표본을 통한 선별 연구밖에 이루어지지 않았지만 향후에는 체외, 체내 실험을 통해 IDD의 발현 패턴과 RNA간 상호작용을 밝혀낼 수 있을 것으로 기대된다.
- 2. Extracellular Vesicle–Mediated Delivery of Circular RNA SCMH1 Promotes Functional Recovery in Rodent and Nonhuman Primate Ischemic Stroke Model
- 논문을 통해 circSCMH1이 뇌졸중을 앓는 개체의 회복에 도움을 준다는 것을 알 수 있다. 아마 그 방법으로는 circRNA의 기능에 있는데. circRNA의 기능 중 하나는 transcription factor에 결합하는 것이다. MeCP2(methyl-CpG binding protein 2)에 결합해 MeCP2가 타겟으로하는 gene의 발현을 억제하기에 뇌졸중 치료가 가능할 것이다.
- 3. Lipid nanoparticles for mRNA delivery
- 치료제로 사용할 물질을 target cell로 안전하게 이동시키는 것이 중요하다. COVID-19 치료제 및 백신으로 이용하기 위한 약물전달 방식을 circRNA에도 적용할 수 있을 것이다. 이 논문은 기존 mRNA 백신 및 치료제를 target cell에 전달하기 위해 lipid barrier에 관해 설명한다. Cationic lipids, Ionizable lipids 등 다양한 구조를 활용해 cell의 내막과 외막을 돌파하는 vesicle을 이용한다.
- 4. Advances in Controlled Drug Release Technology
- 약물의 전달만큼 중요한 것이 체내 약물 농도를 적정수준으로 유지하는 것이다. 위 강의를 통해 현재 약물을 세포 내부로 전달하기 위한 방법을 알 수 있다.
약물을 한번 주입할 경우 drug level이 감소해 주기적으로 약물을 투여해야한다. 이를 보완하기 위해 다양한 기술이 나왔다. 하지만 궁극적으로 우리는 약물의 농도를 desired range에 맞게 설정하는 기술이 필요하며 이를 controlled release라고 한다. 강의에서는 이와 관련된 Drug delivery technology의 원리를 알 수 있다. Controlled Release의 원리는 크게 네가지가 있다. 확산을 이용한 Diffusion, 반응을 유도하는 Chemical reaction, solvent에 녹이는 solvent controlled Release 마지막으로 외부에서 drug의 농도를 조절하는 Controlled Release가 있다.
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
modification된 circRNA에 대한 인체의 면역 발현도를 선택적으로 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
circRNA degredation을 막기 위한 별도의 adjuvant를 첨가하지 않은 안정적인 치료제 개발이 가능할 것이고, 기존의 mRNA 백신의 장점에 더해 2021년 현재와 같은 범유행전염병에 대한 효과적인 대응책을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
circRNA는 RNA의 종류 중 하나로 이름처럼 원 형태의 구조를 가지고 있다. mRNA의 두 말단인 3`과 5`를 연결해 원형이 된 것으로, 반응성이 큰 말단이 서로 결합했기 때문에 mRNA보다 안정적인 특징이 있다. 그렇기 때문에 mRNA를 대신해서 circRNA를 각종 치료제나 백신 등에 응용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 단점 역시 존재하는데, 예를 들어 바이러스에 감염된 사람에게 투여했을 시 circRNA가 세포 내부에서 ribonuclease에 의해 쉽게 분해될 수 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 m6a modification이 요구된다.
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
이번 연구를 통해 circRNA를 치료제로 사용하는 과정에서 발생할 수 있는 문제점과 그 해결책에 대해 알아보았다. 3’ 및 5’ 말단을 제거해 기존의 mRNA보다 안정성을 높였지만, cell 내부의 endonuclease에 의해 분해될 수 있는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 m6A modification, IL-6 모방, RI를 추가로 처리하는 방법이 있다. IL-6와 RI는 cell 내부에서 endonuclease로부터 보호하는 역할을 수행할 수 있을 것이다. 하지만 정확한 매커니즘이 밝혀지지 않았고 circRNA의 보조제로서 첨가하기 때문에 어떤 side effect를 가져올지 알 수 없다. 따라서 circRNA 자체를 자가 물질로 인식하도록 해 면역을 억제하는 modification 방법에 대해 집중적으로 조사했다. 실험 결과, 세포가 m6a를 외부물질로 인식하지 못해 면역발현이 감소하는 효과를 나타냈다. 선택적으로 RNA를 methylation 하지 못한다는 한계가 있지만, ATP를 먼저 methylation 한 후 m6ATP와 ATP로 circRNA를 합성한다면 선택적으로 면역 발현도를 줄일 수 있을 것으로 예상된다.
향후계획
exogenous RNA에 특정 sequence가 존재한다면 endonuclease가 작용해서 외부 circRNA의 m6A만을 인식해서 분해하는 기전이 있는데, 이 때 어떻게 외부 circRNA를 구분하는지 아직 밝혀지지 않았다. 이 부분에 대한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 보인다.
특허 출원 내용
내용
