생명정보공학과 이규도 교수 공동연구팀, 미세액적 수분 제어 기반 아밀로이드 응집 분석 플랫폼 개발 ∙∙∙ ‘한빛사’ 등재

  

▲ (왼쪽부터) 고려대학교 생명정보공학과 정다연, 노석범 대학원생, 이규도 교수

□ 고려대학교 생명정보공학과 이규도 교수 연구팀이 연세대학교 의공학부 박인수 교수 연구팀, 한국생명공학연구원(KRIBB) 국가영장류센터 이영전 박사 연구팀 등 국내외 공동연구진과 함께 미세액적 내부의 수분 이동을 조절해 아밀로이드 응집을 장기간 관찰하고, 단시간에 고밀도 아밀로이드 클러스터를 제작할 수 있는 분석 플랫폼을 개발했다. 고려대학교 정다연·노석범 대학원생이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 Science Advances에 2026년 8월 게재됐으며, ‘한빛사’ 등재되었다.

□ 아밀로이드(amyloid)는 단백질이 비정상적으로 응집해 형성되는 구조로, 알츠하이머병 등 여러 퇴행성 신경질환과 밀접하게 관련돼 있다. 아밀로이드 응집은 단백질 농도와 온도, 반응 부피 등 다양한 조건에 따라 달라지며 동일 조건에서도 개별 반응 공간마다 응집 시작 시점과 진행 속도가 달라지는 확률적 특성을 나타낸다.

□ 미세액적은 수많은 독립된 미세 반응 공간에서 이러한 응집 차이를 동시에 관찰할 수 있어 높은 반복성과 통계적 분석에 유리하다. 그러나 장시간 배양 시 액적 내부의 물이 외부로 빠져나가면서 액적 크기와 단백질 농도가 변해 장기 분석이 제한돼 왔다.

□ 연구팀은 이 같은 수분 손실을 단순히 방지해야 할 실험적 문제로 보지 않고, 수분 추출 정도를 필요에 따라 조절하는 실험 변수로 활용했다. 미세액적 배양 환경의 밀폐 정도와 액적 배치 조건을 조절해 수분 이동을 최소화하는 조건과 수분 이동을 빠르게 유도하는 조건을 선택적으로 구현했다.

□ 수분 추출을 억제한 조건에서는 미세액적 크기가 장기간 안정적으로 유지됐다. 이를 통해 60℃의 고온 환경에서도 최대 30일 동안 아밀로이드 응집을 추적하고, 액적 크기와 단백질 농도, 배양 시간에 따른 응집 동역학과 개별 액적 간 확률적 차이를 분석했다.

□ 반대로 수분 추출을 촉진하면 액적 내부 성분이 빠르게 농축되면서 1시간 이내에 미세액적 유래 아밀로이드 클러스터(Microdroplet-Derived Amyloid Cluster, MDAC)가 형성됐다. 연구팀은 액적 내부에서 아밀로이드 섬유가 얼마나 형성됐는지에 따라 최종 MDAC의 크기와 표면 형태가 달라지는 것을 확인했다.

□ 연구팀은 모델 단백질 HEWL뿐 아니라 타우 유래 AcPHF6, K18 및 알츠하이머병 관련 Aβ42에도 플랫폼을 적용했다. 특히 AcPHF6 MDAC을 이용해 아밀로이드 분해 후보물질 반응을 분석하고, 세포 실험 및 비인간 영장류 단일 개체 예비 실험을 통해 후속 생물학적 연구 플랫폼으로서의 활용 가능성을 탐색했다.

□ 이번 연구는 미세액적에서 발생하는 수분 손실을 프로그래밍 가능한 기능적 변수로 전환했다는 점에서 의미가 있다. 개발된 플랫폼은 아밀로이드 핵생성과 성장 메커니즘 연구, 질환 관련 아밀로이드 클러스터 제작, 응집 억제·분해 물질 평가 및 세포·동물 기반 후속 연구를 위한 재현성 높은 in vitro 플랫폼으로 활용될 수 있다.

□ 이번 연구는 한국연구재단(NRF), 과학기술정보통신부(MSIT), 정보통신기획평가원(IITP), 보건복지부, 한국원자력의학원, 한국생명공학연구원 및 교육부·강원 RISE 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

 

※ 논문명: Long-term amyloid aggregation kinetic assay and rapid amyloid clustering enabled by programmable microdroplet water extraction

※ 학술지: Science Advances (IF: 13.9)

※ 논문링크: https://doi.org/10.1126/sciadv.aeh3040

▲ 아밀로이드를 담지한 미세액적의 수분 추출 제어 전략 개념도