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토종 ‘광대싸리’에서 항암 성분 `세큐리닌 생성 과정 처음 밝혀

유기화학과 단일세포전사체 분석을 통한 생합성 과정 경로 규명 ‘황산전이효소’가 비로신 B를 항암 성분 세큐리닌으로 바꾸는 데 핵심적 역할한다는 사실 밝혀 KAIST 생명과학과 김상규 교수 연구팀 화학과 한순규 교수 연구팀

토종 ‘광대싸리’에서 항암 성분 `세큐리닌 생성 과정 처음 밝혀

식물 유래 약 성분은 많지만, 식물이 이를 어떻게 만들어 내는지는 오랫동안 미스터리였다. KAIST 연구진이 70년 만에 토종 약용식물 광대싸리에서 항암 성분인 `세큐리닌이 생성되는 전 과정을 처음으로 밝혀냈다. 이번 성과로 실험실과 미생물 공장에서 항암 물질을 안정적으로 생산할 수 있는 길이 열렸다. KAIST는 생명과학과 김상규 교수 연구팀과 화학과 한순규 교수 연구팀이 우리나라 자생 식물인 광대싸리에서 항암 효과로 알려진 세큐리닌(securinine) 계열 물질이 만들어지는 핵심 과정을 규명했다고 6일 밝혔다. 광대싸리는 우리나라 산과 들에서 쉽게 볼 수 있는 관목으로, 동북아시아 지역에서는 오래전부터 잎과 뿌리를 약재로 사용해 왔다. ▲(왼쪽부터) KAIST 김상규 교수, 한순규 교수 이 식물에는 세큐리닌을 비롯한 다양한 알칼로이드 성분이 들어 있어 신약 개발 가능성이 높은 약용식물로 주목받아 왔다. 세큐리닌은 1956년 광대싸리에서 처음 발견된 이후 지금까지 130종이 넘는 관련 물질이 보고됐다. 이들 가운데 일부는 항암 효과를 보이거나, 뇌로 잘 전달돼 신경 재생을 돕는 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 이렇게 중요한 물질들이 식물 안에서 어떻게 만들어지는지는 지난 70년간 밝혀지지 않은 난제였다. 생명체 안에서 천연물이 만들어지는 과정을 ‘생합성’이라고 한다. 이는 최종 물질이 만들어지기까지 어떤 중간 단계를 거치고, 어떤 효소가 작용하는지를 밝히는 일이다. 모르핀, 카페인, 니코틴 등 식물이 만들어내는 약효가 강한 천연 성분인 알칼로이드는 구조가 매우 복잡해 생합성 과정을 규명하기 특히 어려운 물질로 알려져 있다. 이번 연구에서는 화학과 생명과학의 협력이 핵심 역할을 했다. 세큐리닌 계열 물질의 화학적 합성을 오랫동안 연구해 온 한순규 교수 연구팀과, 식물 유전체 분석과 단일세포 분석에 강점을 가진 김상규 교수 연구팀이 공동으로 연구를 진행했다. 김상규 교수 연구팀은 성남시 불곡산 일대의 ‘KAIST 생태림’에서 광대싸리를 확보해 연구 시료를 만들고, 식물의 유전체를 정밀 분석했다. 특히 세큐리닌 생성이 활발한 잎 조직을 대상으로 단일세포 전사체 분석을 수행해, 어떤 세포에서 어떤 유전자가 작동하는지를 세밀하게 추적했다. 한편 한순규 교수 연구팀은 세큐리닌이 만들어지기 바로 전 단계의 물질로 ‘비로신 B’를 찾아내고, 이를 실험실에서 직접 만들어 그 변화를 관찰했다. 그 결과, 식물 속 효소인 ‘황산전이효소’가 비로신 B를 항암 성분 세큐리닌으로 바꾸는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 황산전이효소가 단순히 화학 성분을 붙이는 보조 역할이 아니라, 알칼로이드의 구조 자체를 바꾸는 데도 중요한 역할을 할 수 있음을 처음으로 보여준 연구 결과다. 김상규 교수와 한순규 교수는 “이번 연구는 우리나라 자생 식물에서 얻을 수 있는 고부가가치 천연물이 어떻게 만들어지는지를 분자 수준에서 밝힌 것”이라며 “앞으로 미생물이나 세포를 이용해 항암 물질을 안정적으로 생산하고, 다양한 의약학적 응용으로 이어질 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다. 이번 연구에는 KAIST 정성준 박사후연구원, 강규민 박사후연구원, 김태인 석박통합과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제 저명 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 15.7)에 1월 23일 게재됐다. 이번 연구는 과기부 한국연구재단의 중견 합성생물학, 농촌진흥청 NBT사업단의 차세대농작물신육종기술개발, KAIST 생태연구프로그램의 지원을 받아 수행됐다. ▲ 광대싸리 식물(AI생성 이미지 ▲유기화학과 단일세포전사체 분석을 통한 생합성 경로 규명

간암 항암 전 ‘간 탄성도 검사’로 합병증 위험 예측

전신 항암치료 후 간부전·출혈 위험, 치료 전 비침습 검사로 사전 평가 간 기능 취약 환자 맞춤형 치료 전략 수립에 실질적 기준 제공 가톨릭대학교 은평성모병원 소화기내과 이재준 교수 서울성모병원 소화기내과 한지원 교수 연구팀

간암 항암 전 ‘간 탄성도 검사’로 합병증 위험 예측

국내 연구진이 간암 항암치료 전 간 기능 위험을 예측하는 새로운 접근법을 제시했다. 가톨릭대학교 은평성모병원(배시현 병원장) 소화기내과 이재준 교수(제1저자)와 서울성모병원 소화기내과 한지원 교수(교신저자) 연구팀은, 간 탄성도 검사(Vibration-Controlled Transient Elastography, VCTE)로 측정한 간 경직도가 진행성 간암 환자의 전신 항암치료 이후 간부전 발생 위험을 효과적으로 예측할 수 있음을 규명했다. 최근 아테졸리주맙·베바시주맙(Atezolizumab plus Bevacizumab, Ate/Bev)을 포함한 면역항암 기반 치료는 진행성 간세포암 환자의 생존율을 획기적으로 향상시키며 1차 표준 치료로 자리 잡았다. 그러나 일부 환자에서는 치료 도중 복수, 간성 뇌병증, 정맥류 출혈 등 간 기능 악화가 발생하며, 이로 인해 치료 지속이 어려워지고 예후가 급격히 나빠지는 문제가 있었다. 그럼에도 불구하고 이러한 간부전 위험을 치료 전에 객관적으로 예측할 수 있는 지표는 제한적이었다. 이에 연구팀은 논문 ‘비침습적 간 탄성도 검사 기반 진행성 간세포암 환자의 전신치료 후 간부전 위험 예측’을 통해 국내 7개 대학병원에서 전신치료를 받은 진행성 간세포암 환자 396명을 대상으로 다기관 후향적 연구를 수행하고 분석 결과를 발표했다. 연구 대상으로 선정된 모든 환자는 전신치료 시작 전 간 탄성도 검사를 시행 받았으며, 연구팀은 간 탄성도 25kPa를 기준으로 환자를 분류해 임상 경과를 분석했다. kPa는 간이 얼마나 딱딱한지를 나타내는 압력 단위로, 수치가 높을수록 간 손상이 심하고 간부전 위험이 큰 상태를 의미한다. 분석 결과, 간 탄성도 25kPa 이상인 환자군은 25kPa 미만인 환자군에 비해 전신치료 후 간부전 발생 위험이 약 2배 이상 높았고, 정맥류 출혈 위험 또한 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 특히 Ate/Bev 치료를 받은 환자 중 간 탄성도가 높은 경우, 치료 효과와 관계없이 간부전과 출혈 위험이 현저히 증가했다. 반면, 간 탄성도가 낮은 환자군에서는 Ate/Bev 치료가 생존율을 향상시키면서도 간부전 위험을 증가시키지 않았다. 연구팀은 간 탄성도 외에도 간 기능 상태를 나타내는 Child-Pugh 점수, 종양 개수, 고등급 문맥 침범 여부 등을 종합해 간부전 고위험군을 선별하는 위험 점수 모델을 개발했다. 이 모델은 치료 시작 후 12개월 이내 간부전 발생을 높은 정확도로 예측했으며, 임상 현장에서 전신치료 전략을 개인 맞춤형으로 결정하는 데 활용 가능성을 제시했다. 이재준 교수는 “이번 연구는 간암 전신치료에서 종양 반응뿐 아니라 간 자체의 예후가 치료 성패를 좌우한다는 점을 명확히 보여준다”며, “치료 전 간 탄성도 검사만으로도 고위험 환자를 선별할 수 있어 실제 진료 현장에서 치료 선택과 위험 평가에 중요한 기준이 될 수 있다”고 말했다. 한지원 교수는 “간 탄성도 검사는 비침습적이고 반복 측정이 가능해 임상 적용성이 높다”며, “앞으로는 간 기능이 취약한 환자에서 치료 전략을 보다 신중히 결정하는 데 중요한 도구로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 결과적으로 이번 연구는 간암 치료에서 전신치료 전 간부전 위험을 예측할 수 있는 객관적 지표를 제시하고, 면역항암제 치료의 안전한 적용 범위를 보다 명확히 했다는 점에서 의미가 크다. 나아가 간암 치료를 종양 중심에서 간 기능과 종양을 함께 고려하는 통합적 접근으로 확장할 수 있는 근거를 마련했다. 이번 연구 결과는 간암 분야 최상위 국제학술지로 평가받는 Liver Cancer(IF 9.1)에 게재 승인(Accept)됐다.

빛을 쪼여 암세포를 사멸시키는 새로운 광치료 기술 개발

암세포 주변의 물을 산화시켜 암세포 사멸 활성산소 생성량과 저산소 환경 안정성 현저히 우수 확인 고려대학교(총장 김동원) 화학과 김종승·우한영·곽경원 교수 연구팀

빛을 쪼여 암세포를 사멸시키는 새로운 광치료 기술 개발

고려대학교 화학과 김종승·우한영·곽경원 교수 연구팀이 빛을 쬐는 것 만으로 암세포 주변의 물을 산화시켜 암세포를 사멸시키는 새로운 광치료 기술을 개발했다. 이번 연구는 싱가포르 국립대학교 빈리우(Bin Liu) 교수, 성균관대학교 이진용 교수 연구팀과 함께 수행됐다. 이번 연구 성과는 화학 분야 국제학술지 ‘Journal of the American Chemical Society(JACS, IF=15.7)’ 온라인에 1월 28일 게재됐다. 광역학치료는 빛을 이용해 활성산소종을 만들어 암세포를 죽이지만, 산소가 부족한 환경에서는 치료 효과가 크게 감소하는 문제가 있다. 이를 보완하기 위해 다양한 나노구조나 산소 전달체를 사용하는 방식이 제안됐지만, 구조가 복잡하고 제어가 어려웠다. △ (윗줄 왼쪽부터) 고려대 화학과 나현지 석박사통합과정(제1저자), 서윤지(Yunjie Xu) 박사(교신저자), 곽경원 교수(교신저자), 우한영 교수(교신저자) △ (아랫줄 왼쪽부터) 성균관대 화학과 이진용 교수(교신저자), 싱가포르 국립대 화학생명공학과 빈리우(Bin Liu) 교수(교신저자), 고려대 화학과 김종승 교수(교신저자) *활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS,): 세포 내 산소 대사 과정에서 생성되는 반응성이 높은 산소 화학종으로, 과도하게 생성될 경우 세포 구조를 손상시키고 세포 사멸을 유도할 수 있다 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 세포막에 안정적으로 삽입되는 단일분자 광 테라노스틱스 플랫폼(NDI-COE)을 개발했다. 이 물질은 암세포막에 자리 잡은 뒤 빛을 받으면 세포 주변의 물을 직접 산화해 활성산소를 생성하며, 외부 산소 공급 없이도 반응이 지속된다. 실제 실험에서도 저산소 환경과 정상 산소 환경에서 유사한 수준의 활성산소 생성이 확인됐다. *테라노스틱스 (theranostics): 질병을 치료하는 기능과 치료 과정을 진단, 이미징 할 수 있는 통합형 의료 기술 이렇게 생성된 활성산소는 암세포막 손상을 유도해, 염증 반응을 동반하는 파이롭토시스(Pyroptosis)를 효과적으로 활성화한다. 파이롭토시스는 세포막이 부풀어 오르며 파열되는 형태의 세포 사멸 경로이다. 특히 이번 기술의 강점은 치료와 동시에 그 과정을 ‘눈으로 볼 수 있다’는 점이다. 연구팀이 개발한 NDI-COE는 세포막에 삽입되면 형광을 띄어, 암세포가 파괴되는 과정에서 형성되는 파이롭토틱 소낭의 방출을 실시간으로 관찰할 수 있다. 이는 치료와 진단 기능을 통합한 테라노스틱스 기술로서의 가능성을 보여준다. *파이롭토틱 소낭(Pyroptotic vesicles): 파이롭토시스 과정에서 부풀어 오른 세포막 일부가 떨어져 나와 형성되는 작은 주머니 형태의 구조 연구팀은 물 산화 능력이 없는 유사 물질과의 비교 실험을 통해, 이번 물질이 활성산소 생성량과 저산소 환경 안정성에서 현저히 우수함을 확인했다. 이는 해당 물질이 단순한 광감각제가 아닌, 암세포막에서 직접 작동하는 ‘분자 광전극’처럼 활용될 수 있음을 의미한다. 고려대 김종승 교수는 “이번 연구는 암세포 주변의 물을 활용해 산소 의존성을 극복한 새로운 광치료 전략을 제시했다”라며, “치료와 이미징 기능이 단일분자 수준에서 결합된 기술로, 저산소 종양 치료는 물론 면역 반응 연구로도 확장 가능성이 크다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다. △ [첨부] 설명 : 빛에 의해 활성화된 NDI-COE가 암세포막–물 계면에서 물 산화를 촉진해 활성산소종을 생성하고, 파이롭토시스 및 소낭 방출 과정을 시각화하는 개념도.

뇌전증 발작 사라지는 3가지 유형과 발작 계속 되는 2유형 확인

서울대병원 AI로 뇌전증 환자 발작 경과 5가지 유형 도출 뇌파 검사와 뇌 MRI 소견, 뇌전증의 원인 등에서 뚜렷한 임상적 차이 확인 서울대병원 신경과 박경일·이상건 교수, 융합의학과 김영곤 교수 이대목동병원 황성은 교수 연구팀

뇌전증 발작 사라지는 3가지 유형과 발작 계속 되는 2유형 확인

서울대병원 연구팀이 인공지능(AI)을 활용해 뇌전증 환자의 발작 빈도 변화를 장기간 분석한 결과, 발작이 빠르게 소실되는 경우부터 치료에도 지속되는 경우까지 서로 다른 다섯 가지 장기 경과 유형이 확인됐다. 이들 경과 유형은 뇌파 검사와 뇌 MRI 소견, 뇌전증의 원인 등에서 뚜렷한 차이를 보였으며, 발병 나이와 질환 지속 기간, 일부 혈액 검사 수치 등 초기 진료 정보와도 연관성을 나타냈다. 서울대병원 신경과 박경일·이상건 교수, 융합의학과 김영곤 교수 및 이대목동병원 황성은 교수로 구성된 공동 연구팀은 2008년부터 2020년까지 뇌전증 클리닉에 처음 내원한 환자 2,586명을 대상으로 임상 양상과 발작 경과를 약 7.6년간 추적한 대규모 코호트 ▲(왼쪽부터) 서울대병원 신경과 박경일·이상건 교수, 데이터를 분석해 이 같은 결과를 확인했다고 4일 밝혔다. 융합의학과 김영곤 교수, 이대목동병원 신경과 황성은 교수 뇌전증은 뇌 신경세포의 전기 신호 이상으로 반복적인 발작이 나타나는 만성 신경질환으로, 환자마다 치료 반응과 장기 경과가 크게 다르다. 약물 치료로 발작이 조절되는 환자도 있지만, 치료 이후에도 발작이 지속되는 경우가 적지 않다. 기존에는 발작 유형이나 원인을 중심으로 환자를 분류해 왔으나, 이러한 기준만으로는 환자별 장기 발작 경과의 차이를 충분히 설명하기 어려웠다. 연구팀은 발병 나이와 뇌전증 지속 기간, 발작 횟수, 치료 이력 등 임상 정보와 혈액 검사, 뇌파 검사(EEG), 뇌 MRI 결과 등 총 84개 변수를 인공지능 분석에 활용했다. 이 인공지능은 발작의 유무를 단순히 구분하는 대신, 발작 빈도가 시간에 따라 어떻게 변화했는지를 기준으로 환자들의 장기 경과를 비교했다. 이를 통해 발작 감소 시점과 속도, 지속 여부가 유사한 환자들을 자동으로 묶어 장기 발작 경과 유형을 분류했다. 이어 이렇게 도출된 각 환자군이 뇌파 검사와 뇌 MRI 소견, 뇌전증의 원인에서 서로 다른 임상적 특성을 보이는지를 비교 분석해, 이들 군집이 실제 장기 발작 경과의 차이를 반영하는지를 확인했다. 장기 추적 데이터를 분석한 결과, 전체 환자의 66.1%는 추적 관찰 마지막 1년 동안 발작이 없는 상태로 확인됐다. 발병 나이가 높고 질환 지속 기간이 짧을수록 발작이 조절될 가능성이 높은 경향을 보였으며, 혈액 응고 과정과 관련된 단백질인 피브리노겐 수치도 장기 발작 경과와 의미 있는 연관성을 보였다. 이어 인공지능 기반 군집 분석을 적용한 결과, 발작이 소실되는 경과를 보인 세 개 환자군과 치료 이후에도 발작이 지속된 두 개 환자군이 확인됐다. 발작 관해군 가운데 ‘신속 관해군’에서는 면역·감염과 연관된 뇌전증이 상대적으로 많이 포함됐으며, ‘저발작빈도-지연관해군’에서는 뇌파 검사에서 전반적인 서파가 관찰되고 뇌 MRI에서 뇌연화증이 동반된 경우가 많았다. ‘중발작빈도-지연관해군’은 전반뇌전증의 임상적 특성이 두드러졌다. 반면 발작 지속군에서는 서로 다른 양상이 나타났다. ‘부분 반응군’에서는 국소 극서파나 불규칙 서파와 같은 국소적 뇌파 이상과 뇌종양이 연관된 경우가 많았고, ‘지속 난치성군’에서는 해마경화증이 동반된 환자가 많았으며, 남성 환자와 긴 이환 기간이 특징적으로 관찰됐다. 이번 연구는 뇌영상이나 뇌파 소견 중심의 기존 분류에서 나아가, 다양한 임상 정보를 인공지능이 통합 분석해 발작의 장기 경과를 시간적 변화 패턴으로 구분했다는 점에서 의미가 있다. 특히 사전 임상 분류를 설정하지 않고 비지도 학습을 적용함으로써, 환자들의 장기 발작 경과가 실제로 서로 다른 유형으로 나타난다는 점을 데이터로 확인했다. 박경일 교수(서울대병원 신경과)는 “이번 연구는 인공지능을 활용해 뇌전증 환자의 발작 경과를 시간의 흐름 속에서 분석하고, 동일한 진단명 아래에서도 서로 다른 장기 경과가 존재함을 보여준 결과”라며 “뇌전증 환자의 임상 경과를 이해하는 데 참고가 될 수 있는 분석 틀을 제시했다”고 말했다. 한편, 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 최근호에 게재됐다. 그림1] 뇌전증 환자의 발작 경과에 따른 군집 분포. 인공지능 분석으로 발작 경과가 유사한 환자들이 다섯 개 군집으로 구분됐다. [그림2] 군집별 시간에 따른 발작 빈도 변화. 각 군집은 추적 관찰 기간 동안 서로 다른 발작 빈도 변화 양상을 보였다.



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당뇨병, 연령 가리지 않는다, 일상 속 예방과 관리
당뇨병은 흔히 중장년층의 질환으로 인식되지만, 최근에는 성인에서 제1형 당뇨병이 새롭게 진단되거나 젊은 연령층 환자가 늘어나는 등 발병 양상에 변화가 나타나고 있다. 당뇨병의 유형부터 증상, 관리와 예방법까지 서울대병원 내분비대사내과 곽수헌 교수와 함께 알아봤다. 1. 당뇨병이란? 당뇨병은 혈액 속 포도당 수치가 정상보다 높은 상태가 지속되는 만성질환으로, 제1형·제2형·임신성 당뇨병 등으로 구분된다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 만드는 췌장 베타세포가 파괴돼 인슐린 분비가 거의 이뤄지지 않는 질환으로, 주로 소아·청소년기에 발생하지만, 최근에는 성인에서 진단되는 사례도 증가하고 있다. 제2형 당뇨병은 인슐린 분비가 부족하거나 인슐린이 제대로 작용하지 않는 것이 특징으로, 생활 습관과 환경, 유전적 요인이 복합적으로 작용해 발생한다. ▲서울대병원 내분비대사내과 곽수헌 교수 임신성 당뇨병은 임신 중 호르몬 변화로 혈당이 일시적으로 상승하는 경우로, 출산 후 대부분 정상으로 회복되지만, 일부는 제2형 당뇨병으로 이어질 수 있어 추적 관찰이 필요하다. 국내 당뇨병 환자의 대부분은 제2형 당뇨병이며, 제1형 당뇨병은 전체의 2% 미만이다. 2. 위험인자와 발병 특징 당

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