cochlear implant Current research trend biomaterial fifth group- Content - 청각 과 청각장애의 이해 cochlear implant 원리 About cochlear implant surgery Hearing aids 와 cochlear implant 의 차이점 시장동향분석 cochlear implant 의 문제점 및 해결방향청각장애의 이해 청각 장애란 ? 귀에서부터 뇌에 이르기까지의 청각기관에 문제가 생겨 청력을 통해 언어 정보를 처리하는데 어려움을 겪는 상태 청각의 민감도는 소리의 상대적 크기를 가리키는 단위인 데시벨 (dB) 로 측정영데시벨 (0 dB) : 청력이 정상인사람이 소리를 탐지할 수 있는 최저수준 10 ~ 26dB 는 정상역 , 27 ~ 40dB 는 경도청력손실 , 41 ~ 55dB 는 중등도 청력손실 , 56 ~ 70dB 는 중등고도청력손실 , 71 ~ 90dB 는 고도청력손실 , 그리고 91dB 이상은 심도청력손실로 분류소리의 전달 과정 1) 외이의 구조와 역할 외이는 이개 ( 귓바퀴 ) 와 귀 내부의 고막까지 의 통로인 외이도 , 그리고 고막으로 구성 이개는 깔대기 모양 , 외이도는 완만한 S 자 모양 , 고막을 보호하는 역할을 하고 고막이 일정한 온도와 습도를 유지2) 중이의 구조와 역할 중이강 (middle ear cavity), 이관 (auditory tube) 등으로 구성 이소골은 고막에서 시작하여 와우의 난원창 (oval window) 까지 연결 이소골은 고막에서 전달되어 온 소리의 진동을 기계적으로 증폭하는 기능3) 내이의 구조와 역할 와우 (cochlear), 평형감각을 담당하는 전정 (vestibule), 반규관 (semicircularcanal) 의 세부분 달팽이관이라고도 하는 와우에서는 중이의 기계적 자극을 청신경의 전기적 자극으로 바꾸는 역할달팽이 관의 구조 전정계 , 고실계 , 달팽이세관으로 되어 있으며 , 속에는 림프가 차 있다 . 달팽이세관의 바닥 쪽에는 기저부의 소리를 어음처리기가 처리할 수 있을 정도로 증폭어음처리기의 외형상 종류에 관계없이 귀걸이형 구조를 가짐 환경 소음의 영향을 줄이고 음원 방향의 민감도를 향상하기 위하여 지향성 (directional) 특성을 갖는 것이 주종이나 무지향성 ( omnidirectional ) 송화기도 사용 송화기 감도 (microphone sensitivity): 입력음압의 강도 범위를 결정 - 높은 송화기 감도 : 압축역치가 낮아져 매우 작은 소리도 청취 가능 , 배경 소음 커져 어음명료도에 부정적 영향 - 낮은 송화기 감도 : 압축역치가 높아져 강음에서의 음량 변화를 크게 느낌 , 작은 소리나 배경 소음 듣기 어려움어음처리기 (Speech processor) - 입력된 음향신호를 3 차원 ( 주파수 , 진폭 , 시간 ) 으로 분석하여 난청자가 듣기에 적절한 전기적 신호로 변환 - 내부 장치로 출력될 전류의 특성을 결정어음처리방식 (speech processing strategy): 입력된 음향신호를 미세하게 분석하고 증폭 , 재증폭하여 전기자극으로 변환하는 과정을 구체적으로 제시하는 방법 - SPEAK, CIS, ACE, SAS, HiResolution 등 다양한 방법이 존재 - 제조회사와 모델에 따라서 약간씩 차이가 있지만 보통 두 가지 이상의 어음처리방식을 사용하여 각 난청자에게 가장 적합하다고 판단되는 방법을 사용 .발신기 (Transmitter) - 전달 코일 (transmitting coil): 어음처리기에서 결정한 여러 가지 전류 특성을 담은 통신 정보를 체내 이식된 수신기로 전달 - 고정용 자석 (coupling magnet): 두피 내부에 이식된 수신기의 자석과 상호작용하여 외부장치를 고정내부 장치 수신기 (Receiver) - 외과적 수술을 통해 두피 내부에 이식되는 장치 - 외부 발신기의 고정을 돕기 위한 연결 자석 (coupling magnet) 과 통신 정보를 수신하는 안테나 코일 (antenna coil) 로 구성전극 (Electrode) - 달팽이학적 평가 양측 귀에 보청기 없이 측정한 청력검사 상 심도 및 고도난청 (70 데시벨 이상 ) 판정 보청기를 적절한 기간 동안 착용한 후에도 효과가 없음 보청기를 착용한 상태에서의 언어평가 결과 50% 의 수준에 못 미침 청신경이 정상 기능을 하고 있고 청각과 관련된 대뇌질환이 없음 환자의 전신적인 상태가 수술을 받을 수 있는 상태임(2) 아동 대상자 선정 (12 개월 이상의 아동부터 고려 ) 생후 12 개월에서 17 세 ( 뇌막염환자의 경우 12 개월 이전에 시행 가능 ) 양측 귀에 보청기 없이 측정한 청력검사 상 고도 난청 (90 데시벨 이상 ) 보청기를 적절한 기간 동안 착용한 후에도 효과가 없을 경우 , 즉 언어발달 정도가 정상의 아이에 비해 떨어지고 언어평가 결과 20 ~ 30% 의 수준에 못 미침 청신경이 정상 기능을 하고 있고 청각과 관련된 대뇌질환이 없어야 함 환자의 전신적인 상태가 수술을 받을 수 있는 상태임 선천성 내이 기형이 있는 경우 대부분 수술이 가능 아동의 인공와우 선택시 고려해야할 사항 : (1) 인공와우가 보청기나 다른 기구보다 말초청각신경계에 더 많은 청각정보를 제공할 수 있을 까 ? (2) 더 많은 청각정보가 제공되면 , 말소리를 변별하고 , 이해하는 것을 배울 수 있을까 ? (3) 말소리를 배울 수 있다면 , 청각자극만으로 적절한 의사소통과 교육적인 발달을 기대할 수 있을까 ?검사 및 진단 순음청력검사 등골근 반사검사 뇌간유발반응검사 와우전기반응검사 측두골 컴퓨터 단층촬영 - 순음청력검사 ( pure tone audiometry) : 검사장비 ( Acoustic Analyzer AA30 ) 에서 순음 신호를 발생시켜 , 각 주파수에 따라 강도를 조절하여 청력역치를 측정하는 방법으로 청력도를 통해 전음성 , 감각신경성 , 혼합성 난청 등의 청력손실 유형과 청력손실의 정도를 평가할 수 있고 , 주파수별 손실 정도를 통해 청력손실 양상 ( pattern of hearing loss) 이 결정된다 . - 등골근반사검사 (Stapedi고 뼈를 제거하여야 하기 때문에 수술은 전신마취 하에 진행하며 , 시간은 2~3 시간정도 소요된다 . 수술 후에는 3 일정도 입원 치료한 뒤 퇴원하게 된다 .인공와우 매핑 (Mapping) 어음처리기를 컴퓨터에 연결하여 각각 개인에 맞는 프로그램을 생성시키는 과정으로 , 개인의 반응에 따라 소리의 높낮이와 크기를 조정 . 소리자극을 감지할 수 있는 가장 작은 소리자극의 크기 (T-level) 와 자극음을 점점 높여갈때 불쾌감을 느끼지 않을 정도이면서 최대로 큰 소리 자극수준 (C-level) 을 정해나가는 일련의 과정 .수술 후 언어치료 수술을 끝냈다고 해서 바로 모든 소리를 듣고 이해할 수는 없다 . 왜냐하면 청신경이 어떻게 각각 다른 소리를 이해해야 하는지 배우지 못했거나 , 오랜시간동안 청각적인 자극이 단절되어왔기 때문에 소리를 구분하는 방법을 잊어버렸기 때문이다 . 연습과 언어치료를 통해 각기 다른 소리를 듣는 것을 익혀야 한다 .수술 중 문제점 수술 후 문제점 와우강폐색 전극의 압박 좁은 후고실절개부 전극의 위치이상 만성중이염 외림프누공 경막열상 유돌공의 전극노출 외림프분출 뇌막염 고정맥구 중등도이상의 안면신경자극 안면신경의 약화 경도의 안면신경자극 경도의 미각변화 한시적 어지러움증수술비용 1) 의료보험 적용이 시작된 2005 년 1 월 15 일 이전 과거 수술비 중 인공와우 기계만의 가격 : 약 2100~2300 만원 2) 의료보험 적용 이후 입원 치료 시 20% 만 부담 건강보험 약관 상 본인 부담액이 300 만원이 넘는 경우 상한제에 해당 ( 약 210 만원 정도를 기계 값으로 본인이 부담 ) 기계 값 이외의 비용 수술 전 검사 : 약 150~250 만원 수술비 및 입원비 : 약 200 만원수술 결과 인공와우이식의 결과에 영향을 미치는 요소 - 수술 받은 연령 - 고도난청이 된 기간 - 고도난청이 시작된 연령 - 이식기의 사용기간 - 의사소통의 방법 - 지능 및 정신지체 여부 등 소아 수술의 결과는 개개인의 차이 있음 . 수술 후 1 년 정도 후 Artificial wow 메커니즘 단순히 소리를 증폭시킴 남아있는 청각세포의 기능에 의지 손상된 청각기관을 지나쳐 직접 청신경을 자극 , 실제 소리를 전기적 신호로 전환하여 청신경에 전달 대상 양쪽 귀의 청력손실이 41~90dB 중등 - 고도 난청 양쪽 귀의 청력손실이 90dB~ 이상의 심도 난청 유형 박스형 , 안경형 , 귀걸이형 , 귓바퀴형 , 귀속형 언어처리기 - 몸에 부착형 , 귀 부착형 비용 종류에 따라 다양함 (100 만원 ~600 만원 ) 수술비 + 재활프로그램 ( 언어치료 ) = 총 2300 만원 + a 보험 적용 – 약 600 만원merit 와우에 비해 가격이 저렴함 , 관리가 편함 , 안정성 , 착용에 따른 시간절감 영유아 시기에 수술시 재활을 통한 건청인과의 통합이 용이함 / 영구적 defect 습기 노출시 잦은 고장 , 고장과 파손의 위험이 많음 , 부작용으로 청력손실 우려 자기 등의 영향을 받기 쉬움 (MRI 촬영에 제한을 받음 ), 머리에 강한 충격을 받을 가능성이 있는 활동을 피해야 함세계시장동향 분석 - 2008 년 기준 관련 기술 세계 시장 규모 - WHO 통계 : 보청기 착용이 필요할 정도의 청력 손상 인구 2 억 6 천만 명 ( 갈수록 증가 - 고령화 , 만성질병증가 , 오디오기술 ) - 최근 MP3 player 휴대폰 등 휴대용 오디오기기 사용의 급증으로 인해 청력이 손상된 또는 손상이 진행중인 잠재인구 전체인구의 15%현재 심도 난청 환자 치료 기술 ‘ 인공 와우 ’ 가 장악 유일 세계인구의 0.2%-1400 만 명의 심도 난청환자 존재 국내 – 9000 명의 소아 , 60 만명의 성인 , 400 명이상의 신생아 세계적으로 3 개의 회사가 시장 독점 – 대부분 수입에 의존 국내 업체 및 대학에서 인공와우 기술을 개발 , 제품화에 노력 but 선진국가의 기술 격차 및 정책적 지원 부족 (1990~) 호주가 밀고 있는 Cochlear 사 ( 시장의 80% 점유 ) : 단순한 사업체가 아닌 호주를 세계에 알리는 국가적 사업 w}
Porous silica microsphere instrumental analysis symposium발상의 전환introduction'silica'는 우리가 일상생활에 흔히 볼 수 있는 김의 방습제, 충전재, 화장품, 그리고 column 등에 사용되고 있고 많은 산업분야에서 이용되고 있다. 하지만 우리는 실리카가 높은 온도와 변화적인 환경에서도 기하학적인 구조는 변화하지 않고, 큰 표면적을 가지고 있다는 성질을 이용하여 약물 전달 시스템에 이용할 수 있다는 사실을 생각하기 힘들다. 평상시에 그냥 지나칠 수 있는 물질에 대하여 더욱 관심을 가지고 생명공학자 전공자들로서 차별화된시각과 발상의 전환을 도모하며 실험시간에 접해볼 수 없었던 실질적인 분석 방법과 적용 결과를 알아볼 수 있는 소재를 말씀 드리고자 하여 이번 주제를 선정하게 되었다.분석 대상- 다공성 구형 실리카로 제조한 Porous silica microsphere collagen복합체(다공성 구형 실리카 콜라겐 복합체)분석 목적일상생활에 쓰이는 재료로 만들어진 약물전달체의 실질적인 효용성과 우수성 평가해봄 다공성 구형 실리카/콜라겐 복합체인 microsphere의 특성 분석 프로폴리스(생리활성물질) 가 로딩된 복합체의 release정도 측정함으로서 여러가지 물질의 전달체로서의 가능성 확인분석 FOCUSMicrosphere나 nanoparticle 제조 후 그 특성이나 구조, 방출정도 등 전달체로서의 가능성과 효율성을 분석해 볼 수 있는 실질적인 분석 방법 위주1. micro sphere입자 크기 분석PSA (particle size analyzer) : 건조된 다공성 구형 실리카/콜라겐 복합체의 평균 크기 측정 가능, 실시간 정보 확인 가능, 빠른 분석 시간1. PSA (particle size analyzer)2. 적외선 분광 분석-작용기 분석FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) : 물질의 화학 구조 분석 가능, 빠른 분석, 작용기 분석 – 정성 분석2. FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)Amide A bandAmide A bandAmide 1.2.3 bandSi-o-Si sSi-o-Si sAmide 1.2.3 bondSi-o-Si aSi-o-Si a3. 표면 구조 분석SEM(Scanning Electron Microscopy) : 분석 물질을 파괴하지 않고 해상도 높은 3차원 영상 제공, 표면 구조 분석 가능3. SEM (Scanning Electron Microscopy)4. 프로폴리스 release 분석UV-visible spectrometer : 물질의 특정파장에서 흡광도 차이를 이용하여 정량분석 가능, 방출되는 물질의 양을 시간대 별로 정량 분석가능4. UV-visible spectrometer분석 예상결과로부터 얻을 수 있는 최종 결론다공성 구형 실리카는 유용물질 담지할 수 있는 microsphere임을 확인 - 콜라겐이 도핑으로 되어있는 복합체와 도핑 되어있지 않은 복합체의 용출 속도 분석 결과 표면에 콜라겐을 개질 함으로서 담지한 물질을 서서히 방출 할 수 있는 전달체로서의 가능성 확인분석기기 사용시 문제점PSA (particle size analyzer) : 분석대상 입자가 반드시 구형 이여야 하고 빛을 투과하면 안됨 SEM : 대상의 벌크에 대한 정보 습득 불가능, 단색 사진만 얻을 수 있음 FT-IR : 결합 형태만 확인을 할 수 있음 (화합물의 일부분만 확인이 가능), 용매의 noise peak발생분석 기기 제안EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) :EDX 혹은 EDS라고 불리는 장비는 정성분석이 가능한 장비로 주로 전자현미경 계열(TEM, SEM 등)에 같이 부착시켜 사용, 전자현미경의 전자총으로부터 발생된 전자빔이 시료 표면에 주사되어 전자와 시편의 원자 사이의 상호작용에 의하여 각종 신호가 발생하는데 이때 발생한 여러 가지 신호중에 화학 성분을 분석하는 X-ray신호를 검출하여 시료중에 함유된 화학적 성분을 분석하는 장비이다. 정성분석 및 정량분석을 할 수 있으며 동시에 여러가지 원소를 분석 가능하며 분석 시간이 짧다는 장점이 있다. 나노 입자의 로딩상태와 코팅물질의 도포 상태 확인 가능.RBS(Rutherford Backscattering Spectrometry) : 고에너지이온 Beam 활용분야 중에서 헬륨이온(α-입자)을 주로 사용하여 박막이나 소재 표면층의 두께, 원소조성, 결정성에 관한 정보를 얻을 수 있는 유용한 분석방법이다. 고에너지 헬륨이온이 표적 물질의 원자핵과 탄성충돌을 하게 되면 표적핵의 종류에 따라 후방 산란되는 헬륨입자의 에너지가 달라지게 되는데, 이 때 detector에 의해 계측된 후방 산란된 헬륨입자의 에너지(channel)와 개수(yield)로 이루어진 spectrum을 분석함으로써 표면의 여러 가지 성질을 규명할 수 있다.Thanks for your attention{nameOfApplication=Show}
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LPOD mid=tvh oid=001 aid=0002904476Current research of vaccination- anti cancer vaccine trend –- Contents -Anti-cancer vaccine - vaccine - 암세포 백신의 개념과 개발주요인자 암세포 백신의 개발 형태 Anti- Cancer Vaccine 시장 동향vaccine감염증의 예방으로 사람이나 동물을 자동적으로 면역하기 위하여 쓰이는 항원 – 예방의 개념이 강함 약화시킨 미생물 또는 바이러스로 만든 백신(epitope)Anti-cancer vaccine기존 암의 치료 : 방사선, 항암제, 외과적 수술 Vaccination 간단한 시술, 부작용 X암에 대한 효과적인 면역반응을 유도할 수 없는 이유항원 소실 변이체 생성 MHC 발현의 소실 항원처리과정의 억제 암 괴사요소(TNF)와 Fas-ligand 등의 특정부위 억제 물질들 발현Anti-cancer vaccineprophylaxis 개념이 아닌 therapy의 개념으로 적용 T cell 의 activation을 인위적 조절 하거나 특이적 항원 발현 TSA (tumor-specific antigen), TAA(tumor associate antigen) 암환자에게 투여하면 면역 시스템 활성화, 암세포 공격 인체 가 원래 지니고 있는 anti-cancer 면역 시스템의 자극Anti-cancer vaccine인체 자체적인 항암 치료 system – immune surveillance : T cell, NK cell T cell의 반응이 결정적 MHC class 1 을 통해 암세포 파괴 : CTL response 활성화cancer associated antigenT cell이 activation 되기 위해서는 암 관련항원을 인식하는 과정이 필수 적임. 그러나 현재까지 발견된 어떤 항원도 완전 하게 암세포에 대하여 특이적인 항원으로 작용하지 않고 있음. - 따라서 암세포에 특이적인 항원 개발이 필 수적임Anti-cancer vaccineAnti-cancer vaccine 모식도전세포 백신(whole cancer vaccine)외과적 수술로 제거한 암세포 자체를 이용 방사선 조사하여 세포 사멸 환자에게 주사 암세포 표면의 암 항원이 존재하므로 면역계 자극수지상 세포 백신(DC vaccine)- T cell activation에 중추적 역할 개개인의 환자에게서 DC 추출 배양 Antigen 공급하거나 유전자 조작 – DC 인식능력 증강 환자에게 injection- DC를 이용한 암 백신 개발 현황항원 백신(antigen vaccine)암세포는 수천 개의 항원 함유 개별적으로 분리, 정제된 개개의 암 항원 을 이용 보다 효과적인 면역반응 유도 암세포 백신처럼 환자마다 특이적 백신 제조과정이 불필요 신기술 도입으로 특이성 높은 암 항원 대량 생산과 암 항원의 구조적 변형 가능 Peptide vaccineHSP vaccine(Heat shock protein)암세포로부터 추출한 HSP(gp96,HSP70등) 를 이용 APC세포는 HPS에 대한 수용체 가짐, 따라서 HPS와 동반된 peptide들은 항원처리과정을 함께 거치게 되어 MHC 1에 제시됨 단점은 분리된 HSP은 너무 많은 peptide를 함유하고 있어 암 관련 peptide는 극히 일부유전자 백신(Gene vaccine)DNA vaccine Recombinant viral vaccine Mixed modality vaccineDNA vaccine항원을 생산하는 재조합 plasmid DNA 사용 숙주세포로 주입, 세포 안에서 항원 생산 원하는 면역반응 지속적으로 유도시킴 - 항원 백신이 시간이 지남에 따라 면역반응 유도 효력이 감소하는 단점 개선 숙주 안에서 항원이 생산되므로 CTL반응 유도함Recombinant viral vaccine유전자 전달 개체로 적합 : 바이러스의 성질 침투 자체로 약독화 백신 = 면역반응 유발 Adeno virus, pox virus 안전성 우려, 이전 감염이나 접종에 의해 이미 존재하는 면역 반응으로 사용의 제약 -- Recombination viral vaccineMixed modality vaccine서로 다른 형태의 면역접종 방법을 사용하여 priming과 boosting을 수행하는 heterologous priming-boosting 방법 DNA vaccine으로 priming 하고 재조합 viral vaccine으로 boosting해준 경우 두유전자의 백신 효능이 synergistic한 효과를 보임Vaccine 시장 동향산업의 특성 초국가적 산업 바이오 기술 기반 성장산업 과점시장 : 5개의 기업이 세계 시장의 93% 대규모 장기 프로젝트 산업{nameOfApplication=Show}
Ⅰ. subject효소단백질의 정제 및 활성 측정, 단백질의 전기영동Ⅱ. purpose음이온 크로마토그래피와 SDS page를 이용하여 효소의 활성을 알아보고 정재 및 정량 하여 본다.Ⅲ. introduction자연계 속에 감추어진 물질을 찾아내고 그 물질의 구조를 확인하고 분석하는 작업은 결코 쉬운 작업이 아니다. 현재까지 사람이 찾아내거나 합성해낸 화합물들은 수백만 가지가 존재한다. 또한 이들을 분리하는 도구로 현재 가장 많이 이용되고 있는 기기로는 기체크로마토그래피, 액체크로마토그래피와 이들에 대한 구조 확인을 위한 분석계 그리고 SDS page가 있다. 먼저 크로마토그래피란 분리 기법으로서 시료 혼합물을 컬럼이나 판에서 두 개의 상들 간에 분배시킨다. 그 중 하나의 상을 정지상이라고 하여 컬럼이나 판에 고정되어 있고 다른 상을 이동상이라고 하여 컬럼 내 또는 판 한쪽으로 이동시킨다. 정지상은 입자 크기가 당공성 고체 또는 다공성 고체에 얇게 화학 결합시킨 고체 형태로 되어있다. 이동상은 각종 유기 용매와 물이 사용된다. 크로마토그래피는 이동상의 상태에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 위에서 언급한 기체, 액체 크로마토그래피이다. 또한 고정상을 컬럼에 넣고 용리시키는 컬럼법과 고정상을 얇은 판 위에 입히거나 거름종이를 사용하는 판 법으로 세분된다. 기체크로마토그래피는 전 세계적으로 널리 사용되고 있다. 목탄과 같은 흡착제를 사용해서 기체 혼합물을 분리하던 것이 기체 크로마토그래피의 가장 시초에 시행되어 졌었다. gas chromatograph라 하여 줄여서 GC라는 약자로 칭한다. GC는 환경, 임상의학, 식품, 석유화학, 화학 등의 여러 분야서 다양한 물질들의 정성, 정량분석에 활발하게 이용되고 있으며, 화학 산업과 그와 관련된 모든 산업에서 거의 모두 사용되고 있다고 해도 과언이 아니다. 하지만 이렇게 많은 인기에도 불구하고 GC 분석에 적합한 물질의 형태에는 제한이 있다. 적합한 화합물인가를 결정하는 가장 중요한물지적 성질은 다음과 같다. 첫째로 화합+이나H+으로 되어 있다.실제 활용에서는 이온 교환체로 분석할 경우에 시료량은 최대 교환 용량의 5%이하로 조절해서 분석하여야 한다. 용리 과정에서 처음 과정에서 처음 완충 용액의 농도는 50mL 정도이고 완충제는 높은 순도이어야 한다. 이동상의 pH는 분석물의 산이나 염기는 그의 세기인 pKa값에 관련된다. 양이온 교환체에서 분리히야 할 염기의 pKa보다 1.5단위 큰 이동상의 pH가 사용된다. 이러한 경우에서는 분석물의 10% 이하가 해리되어 분석물 이온의 머무름 시간은 약간의 pH 변화에 크게 변하게 된다. 반대로 음이온 교환체에서 분리해야 할 산의 pKa보다 1.5단위 작은 이동상의 pH가 되어야 한다.우리는 이번 실험을 통해서 이온교환 크로마토그래피를 이용하여 β-galactosidase를 정제하기 위해 plasmid에 β-galactosidasegene을 재조합하여 β-galactosidase생산성을 높인 E.coli를 먼저 배양한다. 배양한 E.coli를 suspension시키는 용매에 들어가는 여러 물질들에 대하여 궁금한 점이 많았는데 차례대로 말해보면 먼저 PMSF는 Phenylmethylsulfonyl fluoride의약자로서 Serine, Cystein protease inhibitors로 작용하는데 trypsin, chymotrypsin, papain(cysteine protease), 그리고 mammalian acetylcholinesterase 등의 기능을 억제하는 작용을 한다. Leupeptin 또한 Serine, Cystein protease inhibitors로서 plasmin, trypsin, papain, cathepsin B등을 억제하는 기능을 한다. pepstatin은 단백질 분해 효소중 하나인 Aspartic protease 의 저해제이다. pepstatin은 Aspartic protease 의 작용은 aspartate protease의 transition state analog이다. 좀 더 쉽게 말하면 일반적으로 효소에 비슷해 지는 것이 중요한 포인트다. 작은 단백질이 더 빨라지는 것도 생각해 볼 수 있지만 이것은 어디까지나 염소/글리신이온의 영역내에서만 해당되는 것이고 염소이온 이동선을 넘어갈 때는 그러한 속도증가효과가 없어진다. 결국 stacking gel에서는 염소/글리신 이온간의 gap에 크기에 관계없이 단백질들이 모여서 이동하게되고 (Stacking이라 불리는 이유) 이것은 이후 Running gel에서 Starting line을 동일하게 만들어 줌으로 분자크기간의 비교를 좀 더 정확하게 볼 수 있게 되는 것이다.Running gel의 경우 pH는 8.8 정도로 이제 Glycine은 완전히 이온화가 되어 모든 단백질보다 빠르게 움직일 수 있게 된다. 즉 Running gel에서의 이온들의 이동속도는 Cl- > Glycine > 단백질 이온의 순서가 된다. 이렇게 되면 염소/글리신이온사이의 영역도 거의 없을 뿐 아니라 있다 하더라도 단백질은 이에 무관하게 움직인다. 이 때 부터 단백질들의 움직임은 단백질 크기에 따른 움직임으로 변하게 되는 것이다.위에서 언급한 두 gel에 대하여 더 설명하자면 SDS PGAE는 기본적으로 stacking gel과 running gel (separation gel) 로 구성된다.stacking 이란 말은 말 그대로 로딩할 때 웰 높이 때문에 출발점이 다른 단백질 샘플을 최대한 가깝게 다져주는 역할을 한다. 그래야 분리된 밴드가 한 줄씩 나오지, 이게 없으면 로딩할 때 웰의 밑바닥에서 출발하는 단백질과 샘플의 맨 위에서 출발한 성분이 서로 같은 단백질이라도 다른 밴드를 나타낼 수 있다. stacking gel은 일반적으로 아래쪽의 running gel 보다는 훨씬 길이가 짧고 acrylamide 농도도 낮은데 대략 5% 정도 이다. 하지만 이것보다 더 중요한 특징은 pH 이다. 스태킹 젤의 pH는 6.8 정도로 아래쪽의 러닝 젤보다 낮다. 이 pH가 가장 중요한 스태킹의 원리가 된다. 보통 SDS PAGE를 하는 버퍼 조건은 TGS 버퍼age- stacking gel-5% acrylamide & running gel(separation gel)-10% acrylamide, running gel buffer(50mM tris, 100mM dithiothreitol, 0.1% SDS, 0.1% bromophenol blue,10% glycerol), 전기영동 완충용액(25mM tris, 250mM glycin, 0.1% SDS pH8.3), coomassie brilliant blue(staining), Destaining- method① 유리판 사이에 comb를 꼽아보고 comb의 밑 부분에서 약 1cm 밑으로 선을 표시한다.② 표를 참고하여 running gel과 stacking gel의 용액을 혼합한다.③ comb를 제거하고 running gel용액에 15ml의 30%APS와 3μl의 TEMED를 첨가한 후 거품이 나지 않을 정도로 신속히 섞고 파이펫을 사용하여 조심스럽게 유리판 사이의 공 간에 붓는다.④ Gel mixture의 높이가 미리 표시한 선까지 도달하면 iso-prophanol을 500μl정도 넣어 준다. gel이 굳을 때까지 30분간 방치한다.(iso-prophanol은 gel의 윗부분에 수평을 맞 추어 주며 bubble을 제거시켜 주고, gel이 공기에 노출되지 않도록 하여 마르지 않게함)⑤ gel이 굳으면 상층에 가한 iso-prophanol과 acrylamide 사이가 구분된다.⑥ stacking gel용액을 만들고 거품이 나지 않게 신속히 섞고 파이펫을 이용하여 유리판 사이의 공간에 붓고 comb를 설치한다.⑦ stacking gel이 굳는 동안 sample buffer가 들어있는 시료에 sample loading buffer(2%β-mercaptoethanol - 효소의 Disulfide bond를 끊어줌으로써 linear하게 변성시킴, tris-HCl pH6.8)와 sample을 1 : 1(10μl : 10μl)로 혼합한다.⑧ 95도에서5분간 water bath를 이mol × 246.48g/1mol × 1L/1000ml = 0.012g의 값이 나온다.위의 식들과는 다르게 수용액 상태의 시약의 양을 구하기 위해서는 분자량, 밀도가 필요하다. 50mM 2-β-mercaptoethanol의 분자량 78.13g/mol, 밀도는 1.115g/cm³ = 1.115g/ml이므로 1.115g/ml × mol/78.13g으로 나온 값을 MV = M'V'을 이용하여 14.27M × x = 0.05M × 50ml를 하면 x값이 0.175g이 나오게 된다.이렇게 Z buffer를 기질과 함께 96 well microplate에 50μl씩 투여하는 도중에 sample의 색이 노란색으로 변화하는 것을 관찰할 수 있었다. 50μl만 넣어주는 이유는 더 많이 넣어주면 색이 너무 진하게 되어 흡광도 측정에 문제가 생길 수 있기 때문에 50μl만 넣어준다. 생산물인 ONP의 벤젠고리 때문에 나타나는 이 색깔의 변화만으로도 활성을 어느 정도 짐작 할 수 있다. 37℃ incubator에 15분 동안 반응 시켜주었는데 그 색이 더 진하게 변화된 것을 관찰 할 수 있었으며 반응이 끝나고 1M sodium carbonate를 넣어 반응을 멈춰주었다. 그리고 나서 Micro plate reader와 soft max program을 이용하여 420nm의 흡광도에서 optical activity값을 측정해 보았다. 실험한 결과로는 22번 tube에 fraction한 sample에서 가장 높은 흡광도가 측정되었는데 이 결과를 토대도 그래프를 그려보면 가장 높은 피크를 이루는 점이 22번 fraction임을 알 수 있었다. 이는 그 sample안에 가장 많은 β-galactosidase가 들어 있다는 것을 알 수 있게 해 주었다. 또한 그래프를 보면 21번부터 NaCl이 투여되기 시작하였다는 것도 알 수 있다. 그 이유는 resin의 부피만큼 buffer를 흘려주었기 때문이고 그래야만 sample이 resin에 잘 결합할 수 있기 때문이다. 또 20~30번까지의 fraoeth
Ⅰ. subject동물세포배양Ⅱ. purpose동물세포(암세포)를 배양하는 방법과 과정을 익히고 유용버섯으로부터 추출된 항암 활성물질이 암세포에 어떠한 영향을 미치는지 탐색Ⅲ. introduction우리가 이번 실험에서 배양하는 동물세포는 암세포이다. 전 세계 인구 사망률 중 약 30%를 차지하는 암은 우리에게는 아직 해결해야할 당면과제인 질병중 하나이다. 대부분의 사람들은 암에 대하여 자세히 알지는 못하지만 암에 걸리면 거의가 사망에 이른다는 사실만은 주위 사람들이 고통 받는 모습을 한 두 번쯤은 봐왔기 때문에 알고 있을 것이다. 암이 발병하는 원인에 대해서도 아직 정확히 밝혀진 바 없다. 하지만 지금까지 알려진 바에 따르면 정상적인 세포의 유전자나 암 억제 유전자에 돌연변이가 생겨서 나타난다고 알려져 있다. 대표적인 암 억제 유전자로 우리가 전에 공부했던 P53 유전자의 경우는 자연발생적인 종양의 50%에서 이 유전자의 돌연변이가 관찰되었다. 그러나 특정 유전자 몇 개의 변이로만 암이 일어나는 것이 아닌 것은 내가 읽었던 암에 관한 몇 개의 책들을 통해서 알았다. 암 억제 유전자인 P35유전자를 암세포에 주입했을 경우 환자의 상태가 호전되지 않는다는 연구가 발표되어 있는 것을 봐도 복잡한 원인에 의해서 발생하는 것임을 누가 봐도 알 수 있을 것이다. 정상적인 세포는 세포내 조절기능에 의해 분열하며 성장하고 죽어 없어지기도 하여 세포수의 균형을 유지하지만 여러 가지 이유로 인해 이러한 증식과 억제가 조절되지 않는 비정상적인 세포들이 통제성을 잃고 과다하게 증식할 뿐만 아니라 주위 조직 및 장기에 침입하여 종양 형성 및 정상 조직의 파괴를 초래하는 상태를 암이라 이야기 할 수 있다. 이러한 암은 우리가 흔히 알고 있는 종양의 두 종류인 양성 종양과 악성 종양 중에 악성종양에 속한다. 양성종양은 비교적 서서히 성장하며 신체 여러 부위에 확산, 전이하지 않으며 제거하여 치유시킬 수 있는 종양을 말한다. 양성 종양은 특이한 경우를 빼고는 생명에 위협을 주지 않지만 때 동물세포는 현탁 상태나 단층부착 상태로 생장한다. 여기서 현탁 상태란 용질이 엄청 커서 빛을 산란 시킬 정도여서 뿌옇게 흐려 보이는 상태를 말한다. 동물세포 배양은 미생물이나 식물세포의 배양에 비하여 더 까다롭다. 동물세포를 배양할 때 다음 사항을 고려해야 한다. < 대부분의 동물세포는 표면에 부착하여 생장한다. 동물세포는 미생물보다 크고 복잡한 세포로서 생장속도가 미생물에 비하여 매우 느리기 때문에 생산성이 낮고 배양 도중 미생물에 의해 오염되기 쉽다. 배양에 필요한 배지의 조성이 완전하게 알려져 있지 않고, 혈청과 같은 값비싼 성분을 요구한다. 동물세포는 섬세한 플라스마 막으로 둘러쌓여 있어서 전단력에 약하므로 산소 공급을 목적으로 한 심한 교반을 피해야 한다. > 배지에 넣어주는 성분은 세포가 성장하는 것과 밀접한 관련을 맺고 있어 세포의 성장에 필요한 성분을 꼭 넣어 주어야 한다. NaCl,KCl, MgCl2, CaCl2, NaHPO4 등은 우리몸에 필요한 이온들이다. 용액의 이온세기는 세포성장에 중요하기때문에 (세포막은 삼투막의 일종) 적절한 농도의 이온농도가 유지되어야 한다. 특히 Mg, Ca등은 세포내 단백질의 조효소, 2차 신호전달물질등으로 이용되는 이온이다. NaHCO3/Sodium bicarbonate 일반적으로 세포를 키울 때는 CO2 인큐베이터 안에서 배양하는데 외부의 CO2와 미디어의 NaHCO3로 미디어의 pH를 조절하게 된다. 물론 이들은 세포성장시 꼭 필요한 탄소원으로 이용된다. 아미노산중에는 필수아미노산과 비필수 아미노산이 있다. 발린, 류신, 이소류신, 메티오닌, 트레오닌, 리신, 페닐알라닌, 트립토판등이 필수아미노산인데 생체내에서 합성이 안되기 때문에 외부공급을 해주어야 하는 아미노산입니다. 나머지는 비필수아미노산이라고 하는데 아미노산 거의 모든 종류가 미디어에 포함되어있다. 하지만 이들 중 글루타민은 물속에서 빠르게 분해 (Decomposition)되기때문에 추가적으로 더 넣어줄 필요가 있다. 세포에 따라서 에너지원으로 배양을 위하여 필요한 장치들을 살펴보면 CO2 incubater, clean bench, autoclave, 원심분리기, 현미경, Hemacytometer, counter 그밖의 많은 접시 및 플라스크등이 사용된다. autoclave는 잘 알고 있듯이 고압 증기 멸균기로서 미리 채워진 증류수로 고압 고온에서 멸균 시키는 기계이다. 현미경은 내가 조사한 바에 의하면 도립 현미경을 쓰는데 세포 배양시 형태적인 조사나 세포수를 관찰 할 때 유용하다. 대부분 현미경은 대물렌즈가 위에 있고 시료를 밑에 놓지만 도립현미경은 대물렌즈가 아래에서 위를 비추게 하고 위에서 대물렌즈 쪽으로 빛을 보내서 투과된 모양을 관찰한다. 그리고 처음 본 도구 이름도 있었는데 Hemacytometer가 그것이다. 이 도구는 세포수를 셀 때 쓰는 도구로 쓰는 방법은 아래와 같다. 먼저 슬라이드 글래스를 Hemacytometer위에 올려놓고 카운팅 그리드가 있는 한쪽 끝에 있는 삼각형의 홈으로 세포가 담겨진 미디어를 떨어뜨리면 모세관 현상으로 인해 슬라이드 글라스 위에 Hemacytometer로 미디어가 빨려 들어간다. 정사각형 안에 9개의 정사각형이 있는데 그 한 정사각형에 들어가는 미디어의 부피는 0.1마이크로리터가 된다. 정사각형 안에 있는 세포의 수를 현미경으로 보면서 세어 예를 들어 한 정사각형 안에 100개가 있다면 농도는 0.1 마이크로 리터당 100개가 있는 것이므로 1000000개/ml의 동도가 된다. 처음 세포수를 세기 위해 떨어뜨렸던 세포가 담긴 미디어의 전체 부피를 곱하면 전체 세포수를 구할 수 있게 되는 것이다.우리는 실험에서 위의 세포배양을 거친 동결 보관된 세포를 해동시켜 우리가 만든 배지에 resuspension을 하여 배양을 할 것이다. 전반적인 우리 실험의 과정을 살펴보면 먼저 PBS 버퍼와 미디아를 만들어서 동결된 세포를 resuspension하여 배양시킬 준비를 한다. 여기서 동결 보관되어진 세포를 해동하는 과정과 해동된 세포수를 측정하여 나중에 항암물질을E라는 성분이 있었는데 이것은 가장 특이하면서 가장 정확하게 아르기닌과 리신의 뒤쪽만 잘라주는 단백질분해효소인 트립신과 EDTA가 혼합되어 있는 용액으로 트립신은 배양접시에 붙어있는 단백질을 분해해서 바닥으로부터 떨어져 나오고 다른 세포와도 분리되게 한다. 이 단백질들이 다른 세포 또는 바닥에 붙기 위해서는 칼슘이온과 같은 2가 양이온이 필요한데 EDTA는 이런 단백질들이 이 양이온을 이용하지 못하도록 하여 결합력을 떨어뜨리고 따라서 세포가 배양접시의 바닥에 달라붙어 자라는 것을 막아준다.마지막으로 실험의 맨 마지막 단계인 MTT assay를 알아보겠다. 우선 MTT assay는 세포의 성장을 알아보는 방법중 하나이다. 세포 독성도 조사라고도 하는데 어떤 화합물이 세포에 어느 정도 독성을 나타내는지 확인하는 실험이다. 좀더 정확하게 설명하면 미토콘드리아의 활성을 측정하는 실험이다. 미토콘드리아는 세포 내에 에너지를 공급하는 기관인데 이 기관이 파괴된다면 ATP가 생성되지 않기 때문에 세포가 죽게 된다. 살아있는 세포에 MTT 처리를 하게 되면 MTT가 미토콘드리아에 있는 환원 효소에 의해 환원되어 formazan 이라고 하는 크리스탈을 형성하게 된다. 죽은 세포에서는 미토콘드리아가 이미 깨져 없기 때문에 환원 효소도 존재하지 않게 된다. 따라서 formazan 도 형성하지 않는다. 따라서 어떤 화합물을 농도별로 일정 시간 처리해서 세포의 사멸을 충분히 유도한 뒤 MTT처리를 하면 세포 독성이 나타나지 않는 농도에서는 formazan이 형성되고 높은 농도에서는 formazan 이 형성되지 않는다. 이 MTT assay의 원리는 탈수소 효소작용에 의하여 노란색 수용성 기질인 MTT tertrazolium을 청자색을 띄는 비수용성의 MTT formazan으로 환원시키는 미토콘드리아의 능력을 이용하는 검사법이다. MTT formazan의 흡광도는 540nm의 파장에서 최대가 되며, 이 파장에서 측정된 흡광도는 살아있고 대사가 왕성한 세포의 농도를 반영한다. MTT a00.2210.0660.2200.1530.2570.2370.1440.1510.1900.2420.0730.2650.1690.2300.1820.1300.1660.2300.2090.1370.1800.1630.2000.1990.0920.1620.1720.1700.1270.1580.1500.1960.1710.1150.1410.1490.1430.1230.1410.1100.1430.1320.0670.1620.1130.1160.0910.1300.1850.1440.1250.0830.1910.1260.1240.148< Absorbance에 따른 Cell vibility(%) table>5-HMF (mM)Cell vibility(%)평균표준편차오차막대0100.000100.000100.000100.000100.000100.000100.000100.000100.000100.0000.0000.0001.5625100.91798.710117.352100.42481.81889.349100.000109.502110.606100.96410.8523.6173.125121.560109.032105.02377.11973.86498.225121.05394.570207.576112.00239.57613.1926.2582.569105.16191.32484.32252.27395.85890.52676.923192.42496.82038.76212.92112.572.47796.77489.49872.45865.34183.43278.42164.706186.36489.94137.70312.5682564.67970.96865.29755.93238.06895.85859.47452.489137.87971.18329.4749.8255059.633119.35565.75352.96647.159113.01866.31656.109224.24289.39556.82818.943< 5-HMF에 따른 cell viability graph >Ⅷ. discussion세포를 직접 배양 하는데 시간이 너무 오래 걸리는 관계로 PBS버퍼 제조, .