최근연구
연구관심분야
심혈관질환, 뇌졸중, 신장질환 등 현대 만성질환의 발병 기전 및 유해인자, 보호 작용 연구
- - 당뇨 상태의 혈관계 줄기 세포 기능저하 및 경감 기전 연구
- - 뇌졸중 위해도 및 내인성 보호기전 연구
- - 뇌혈관 내피 세포, 신경 세포의 독성 및 경감 기전 연구
- - Acute kidney injury에 기여하는 화학물질 및 허혈 작용의 손상 기전/보호 물질 연구
- - 중금속 등 환경 유해 물질의 인체 독성 작용 및 기전 연구
연구 목표 및 내용
연구 목표
한양대학교 약학대학 환경병리 독성학 연구실은 현대인의 대표적 만성질환인 심혈관질환, 뇌졸중, 신장질환 등의 발병 및 악화에 관여하는 다양한 인자 및 기전을 규명하여, 궁극적으로 이들 질환을 예방하고 개선하는 방안을 제시하고자 한다.
연구 내용
- 1. 당뇨 상태의 혈관계 줄기 세포 기능저하 및 경감 기전 연구
한양대학교 약학대학 환경병리 독성학 연구실은 현대인의 대표적 만성질환인 심혈관질환, 뇌졸중, 신장질환 등의 발병 및 악화에 관여하는 다양한 인자 및 기전을 규명하여, 궁극적으로 이들 질환을 예방하고 개선하는 방안을 제시하고자 한다. - 2. 뇌졸중 위해도 및 내인성 보호기전 연구
한양대학교 약학대학 환경병리 독성학 연구실은 현대인의 대표적 만성질환인 심혈관질환, 뇌졸중,신장질환 등의 발병 및 악화에 관여하는 다양한 인자 및 기전을 규명하여, 궁극적으로 이들 질환을 예방하고 개선하는 방안을 제시하고자 한다. - 3. 뇌혈관 내피 세포, 신경 세포의 독성 및 경감 기전 연구
Neurovascular unit으로 설명되는 혈관계 및 뇌신경계의 integrated시스템을 고려한 뇌졸중 연구를 수행하고자 한다. 뇌졸중은 심혈관 질환으로 유발되어 뇌신경계에 독성 영향을 주는 복합적인 질환으로 본 연구실에서는 뇌혈관 내피세포 및 신경 세포의 독성 기전과 경감 기전을 규명하여 통합적인 관점에서의 뇌졸중 예방 기전을 제시하고자 한다. - 4. Acute kidney injury의 손상 기전/ 보호 물질 연구
순환계 질환 환자의 합병증으로 인한 허혈성 신장 질환, cisplatin등 신장독성 항암제 노출로 유발되는 신장 독성의 특징인 acute kidney injury의 주요 기전 및 보호 물질을 탐색하고자 한다. 신장은 간과 함께 독성물질을 대사 배설하는 대표 기관으로서 독성 물질의 체외 배출에 핵심역할을 한다. 신장이 손상되어 이러한 작용이 저하되는 경우 식품 및 환경 중 유해 물질에 대한 민감성이 증가할 수 있다. - 5. 중금속 등 환경 유해 물질의 인체 독성 작용 및 기전 연구
수은, 납, 카드뮴, 비소 등 대표적 유해 중금속의 신경 독성 기전, 신장 독성 기전을 평가하고자 한다. 이들 중금속의 노출은 다양한 만성 질환을 유발하며, 최신 분자생물학적 기법을 도입한 신규 독성 기전 평가가 절실하게 요구된다. 현재 식품의약품안전청 지원 용역 연구를 통해 수은 및 카드뮴의 신장 독성 biomarker 규명 연구를 수행하고 있다.
연구기법
In vitro study
-Isolated primary cells: eurons/astrocytes, bone-marrow derived endothelial progenitor cells
· Cell lines: renal tubular epithelial cells (NRK52e), brain endothelial cells (bEND3), macrophages (RAW 264.7)
· Study of molecular alteration of cells:
-Apoptosis – Caspase activation, change of mitochondria permeability transition ( ), and cytochrome Crelease from mitochondria
-Cytotoxicity – PI stainig, MTT assay, LDH assay
-ROS generation – Chemiluminescence, DCF/DHE staining in flow cytometry, detection of NADPH oxidase activity
-Alteration of intracellular mediators – Cytosolic Ca2+ determination, protein thiol level, ATP level
-Change in gene/protin expression level – miRNA/mRNA isolation, mRNAarray with raal-time PCR, Western blot
· Examination of functional change in specific cells (tissue):
-Primary cortical neurons/astrocytes – NMDA-induced cytotoxicity, Oxygen glucose deprivation-in-duced cyto toxicity, ROS generation, Ca signaling, mitochondrial function
-Isolated blood vessels – Monitoring of blood vessel tone in organ bath systems
-Endothelial progenitor cells -Matrigel tube formation assay, adhesion assay, and migration
-Platelets – aggregation, secretion, phosphatidylserine exposure, microparticle generation and pro-coagulant activity
· Analytical techniques:
-Flow cytometry, real-time PCR, western blot, UV-spectrophotometry, fluorimetry, fluorescence microscopy and confocal microscopy
· Determination of anti-inflammatory activity:
-nitric oxide synthase (NOS) activity, Cyclooxygenase (COX-2) activity
· Gelatin zymography for detection of MMP-2/9 activity
· DNA isolation and genotyping
관련 연구 동향
1. 뇌졸중 (Stroke) 및 Preconditioning 보호
뇌졸중은 현대사회의 주요 사망원인으로 한국인 사망률 2번째, 서구사회 사망률 3번째 원인이며, 성인 장애 요인의 첫 번째 원인이다. 뇌졸중 예방을 위하여 혈압조절, 혈전생성방지, 혈액응고저하 등의 다양한 방면의 연구가 시도되었으나, 이러한 노력에도 불구하고 매년 미국에서만 780,000 명의 뇌졸중 환자가 발생하고, 한국인의 경우 50대 이상에서 3.3%의 유병율을 보이고 있다. 현재 FDA에서 유일하게 승인된 뇌졸중 치료 약물은 혈전용해제인 tPA이지만, 좁은 치료 시간 및 부작용의 한계로 인하여 약 2-5%의 환자만이 그 치료 대상이 되는 실정이다.
뇌졸중에서 나타나는 뇌혈류의 저하는 궁극적으로 뇌신경 사멸을 유발한다.
뇌신경 사멸을 낮추는 뇌신경 보호 (Neuroprotection)는 뇌졸중 치료 방법으로 꾸준히 연구되어 왔으며, 특히 내인성 신경 보호 기전의 규명은 새로운 치료법 개발을 위한 대안으로 제시되고 있다. 흥미롭게도 뇌와 심장을 포함한 다양한 기관에서, 낮은 정도의 자극에 미리 노출된 경우, 뒤이은 치명적 자극에 대해 보호 효과를 나타냄이 관찰되었다.
이러한 현상은 Preconditioning (PC)또는 tolerance라고 통칭되는데, 허혈성 자극에 있어서도 역시 나타난다. 이는 낮은 정도의 허혈성 자극이 내인성 신호 전달 체계를 변화시켜 방어 기전을 활성화함으로서 뒤이은 치명적 허혈 자극에 보호 효과를 나타내는 것이다.다양한 in vitro 세포 모델과, in vivo 동물 모델에서의 허혈 자극에 대한 PC보호 효과가 입증되었고, 임상 환자에게서도 비슷한 현상이 관찰되며, 임상환자에게서는 transient ischemic attacks (TIA)라는 약한 정도의 허혈 자극에 의해 뇌졸중 증상이 완화되어 예후가 개선됨이 보고된 바 있다.
PC의 내인성 보호 기전 규명은 독성과 부작용이 적은 새로운 치료법의 개발에 필수적이다. 본 연구실에서는 뇌손상을 보호하는 PC의 기전 연구를 in vitro, in vivo 모델에서 수행하고 있다.
2. 혈관 내피 전구 세포 (endothelial progenitor cell)및 당뇨성 기능 손상
골수에서 유래하여 생체 내 신호 체계에 의해 분화 및 활성화되는 혈관 내피 전구 세포 endothelial progenitor cell (EPC)는 성체 줄기 세포의 하나로 체내에서의 중요성 및 향후 응용에 관한 연구로 각광을 받고 있다.
EPC는 허혈성 신호계 또는 손상된 혈관으로부터 분리된 신호 전달 물질들에 의해 활성화되어 혈류를 따라 이동하며, 손상된 혈관 부위 또는 허혈 부위로 모여들어 손상 혈관을 재생시키거나 및 신생혈관을 생성하는 데에 관여한다. EPC는 분화 및 성숙되어 혈관 내피 세포(endothelial cell; EC)를 이루게 되는데, 혈관 내피 세포는 모세 혈관을 비롯한 혈관 내벽의 기본 구조를 이룸으로써 정상적인 생리 유지에 필수적이다.
다양한 심혈관 질환에서 혈관 내피 세포가 손상되어 있는데, 이러한 손상은 혈관 장력의 변화를 유발할 뿐만 아니라 혈소판 등의 혈액 세포들이 혈관에 부착되는 것을 유도하여 혈전 생성의 일차적인 원인이 되기도 한다. 흥미롭게도, 다양한 심혈관 질환 환자 또는 실험동물에서 분리된 EPC의 경우에는 핵심 기능인 부착능, 이동능, 혈관 생성능이 저하되어 있음이 보고되었으며, 또한 혈중에 순환하고 있는 EPC의 숫자 또한 감소되어 있는 것이 밝혀져, EPC의 기능 저하가 심혈관 질환의 발병 및 악화에 기여하리라는 것이 제시되었다.
실제로 정상 EPC 또는 유전자 조작, 세포 조작 등으로 기능을 회복시킨 EPC를 이용할 경우, 심혈관 질환에서의 혈관 재생이 촉진되고 혈관 질환이 개선됨이 확인되었다. 이러한 일련의 보고를 바탕으로 EPC는 심혈관 질환 또는 당뇨의 혈관 질환 합볍증에 있어 새로운 세포 치료제 대안으로 주목을 받고 있다.
약 80% 이상의 당뇨 환자 사망은 심혈관 합병증과 관련된 것으로 보고되며, 당뇨의 심혈관 합병증을 개선, 예방하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 특히 지연된 상처 치유 (delayed wound healing)는 당뇨의 가장 심각한 합병증이며, 혈관 신생 손상에 기인하는 것으로 보고된다. 혈관 신생에는 다양한 세포가 관련되어 있는데, 특히 최근 EPC가 혈관 내피 재생과 신생에 핵심적인 역할을 함이 알려지며 당뇨의 심혈관 합병증에도 중요할 것이라 여겨지고 있다. 흥미롭게도, 제 1형 및 2형 당뇨 환자에서 순환 중 EPC 숫자가 감소되어 있으며 tube formation등의 EPC기능이 현저하게 저하되어 있음이 임상 보고되었다. 당뇨 EPC 기능 저하에 대한 다양한 연구가 시도되어 현재 nitric oxide, 산화적 스트레스 등의 원인이 제시된 바 있으나, 당뇨 EPC의 기능 손상의 명확한 분자 기전은 아직 규명되지 않았다.
본 연구실에서는 당뇨 상태의 혈관 내피 세포 손상 기전을 규명하고, 당뇨성 심혈관 합병증 예방 및 치료에 기여하고자 한다.