합성유전자회로(synthetic genetic circuits)를 설계하여 생물의 능력을 모방할 수 있는 맞춤형 3D 구조(조직)를 제작하는 기술

생물의 능력을 모방할 수 있는 재료 제작이 가능하여 맞춤형 생체물질, 조직 및 대체장기 개발에 기여

향후 5년 : 세포-세포 간 신호전달을 폭넓게 이해하고, 이를 바탕으로 인위적 다세포구조 및 기관 유도생체 자기조립 3D 구조 제작기술 확보

향후 10년 : 간단한 다세포조직 합성맞춤형 생체기관을 제작할 수 있는 유전자 프로그래밍 기술 확보자기조립화 다세포 구조물의 분석과 평가기술 확보

1) 세포-세포 간 신호전달 분석기술

- 개별 세포와 세포 간 신호전달 정보의 통합적 분석기술 합성유전자회로 설계를 통한 세포 간 신호전달물질 발현기술

- 세포 간 신호전달을 이용하여 자기조립화가 가능한 세포를 제작할 수 있는 유전자회로 프로그래밍 합성생물학기술

2) 합성형태학(synthetic morphology)기술

- 합성생물학적으로 프로그래밍된 세포가 세포 간 작용과 신호전달을 통해 다세포 구조를 형성하거나 세포 전체가 통일된 운동성을 갖도록 유도하는 기술

3) 자기조립화가 가능한 다세포 구조물의 분석 및 평가기술

- 다세포 생체구조물의 생물학적 기능과 활성을 분석하고 평가하여 기대하는 생체구조물로서의 기능을 수행하는지 평가

질병 부위를 새로운 기능의 세포나 장기로 대체하는 바이오장기 이식을 위해서는 치료에 필요한 다양한 종류의 세포, 조직, 장기 등의 대량 생산이 필수 - 세포를 프로그램하여 다세포 조직과 기관을 원하는 크기나 기능을 갖도록 인위적으로 엔지니어링하여 제작하는 기술이 필요 - 현재는 세포분화 과정에서 조직이나 기관을 형성하는 분자기전의 이해가 부족하여 인위적인 다세포 조직이나 기관을 형성하는 기술개발이 미비한 상황

합성형태학적 접근을 통해 맞춤형 다세포 조직과 기관을 합성 제조하려는 시도가 지속적으로 진행 중

세포 간 신호전달을 이용하고 세포 간 결합할 수 있는 단백질의 발현을 통해 세포 간 결합과 군집을 형성하여 3D 구조화를 인위적으로 제조할 수 있는 기술개발

합성생물학 기술인 유전자회로 프로그래밍 기술을 개발하여 세포 간 인위적 작용이 가능한 합성세포를 통한 다세포구조화 성공(미국, Science, 2018)

국내에서 자기조립능력을 갖는 다세포 조직을 구성할 수 있는 기술은 개발되고 있지 않으나, 일부 세포 간 신호전달 기전 및 체계에 대한 기초연구 수행 중

메카노-제네틱스(mechanogenetics) 기술을 활용하여 세포신호 전달을 조절하는 기술개발(IBS 나노의학연구단)

- 메타노제네틱스 기술은 자성 나노입자를 사용해서 세포 표면의 소통 (커뮤니케이션) 분자를 피코 뉴턴 수준의 미세한 기계적인 힘으로 자극하여 세포 신호전달을 조절하는 기술 

글로벌 암 치료제(처방의약품+일반의약품) 매출은 2017년 1,040억 달러(약 116.8조원)에서 2024년 2,330억 달러(261.7조원)로 성장할 전망 * 출처 : EvaluatePharma, World Preview 2018, Outlook to 2024, 2018국내 암 관련 사회경제적 부담은 2002년 11.3조원 수준에서 2009년 22.1조원으로 2배 가까이 증가한 것으로 조사 * 출처 : 중앙일보, 암 관련 경제적 비용 年 22조…"죽음보다 치료비가 더 두려워", 2016

암은 현대인의 건강을 위협하는 가장 큰 적으로 비록 수술적, 화학적, 방사선치료 등으로 암을 물리적으로 제거할수 있으나, 건강한 조직의 피해 없이 선별적으로 암조직만을 제거하는 것은 매우 어려운 상황광의학적 암 치료기술은 이러한 어려운 기술적 과제를 해결하여 암환자의 삶의 질 향상에 기여할 것으로 기대

광의학 치료기술은 바이오 뿐만 아니라 나노공학, 의공학, 재료공학 등 다양한 학문과 기술이 융합되어야 구현이 가능하기 때문에 다학제 관점의 연구와 기술개발 필요

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