이번에 강남 과학기술회관 및 명동 로얄호텔에서 개최되었던 KSEV 및 ISEV(International Society of EVs) 학회에 4박 5일 참석하게 되었는데, 감사하게도 KSEV poster session 에서 내가 공동 1저자로 참여한 연구가 수상을 하게 되었다. !! ㄲ ㅑ

포스터 제목은 ‘Interneuronal Wireless Network Mediated by Extracellular Vesicles". 

아직 포스터 내용을 다른 곳에 공유해도 되는지 확실치 않아서 블로그에는 나중에 논문이 나온 후 올리려고 한다. 최소 Bio archive 에 올라간 후에..?

다만 교수님께서 네이쳐..를 목표로 하고 계셔서 논문이 언제쯤 나올수 있을런지는 모르겠다. 

이번 KSEV 및 ISEV 를 가서 느낀 점은, 학회에 갈 수 있는 기회가 온다면 무조건 가는게 좋다! 라는 것. 

나는 컴공베이스여서 바이오를 잘 모르고, 특히 우리 연구 주제인 EVs 분야도 잘 몰랐는데,

이번에 학회 한 번 갔다왔다고 정말 많은 정보를 알게 되었다.

이 분야에서는 어떤 연구가 주로 이루어지고, 어떤 방법론들이 사용되고, 최근에 핫한 주제나 관심있는 것은 뭐고, 어떤 식으로 발견이 활용되어지는지나 이 분야에 어떤 연구가 앞으로 더 필요한지.., 등.

혼자 하는 인터넷 서칭 만으로는 알기 힘들었을 정보들이 막 돌아다녔다.. 

특히 ISEV 는 한국인만 모인게 아니라, 전 세계에서 이 분야를 연구하고 있는, 이 분야의 최전선에서 인류의 지식을 이끌어가는 연구자분들이 오시는 자리여서 더 감명깊었다..

사실 학생은 참여할 수 없는 자리였고 참여자는 모두 각국의 교수님들이셨는데, 우리 교수님께서 정말 감사하게도 어떻게저떻게 참여할 수 있는 기회를 마련해주셔서 경험을 하고 왔다. 

대학원생은 나 포함 우리 연구실 사람들 3명밖에 없었다...  

대가들이 모여 한 주제에 대해 나누는 토론, 토의. 어떤 대화가 오가는지를 볼 수 있다는 것 자체가 영광이었고,

어쩌다보니 data repository 관련해 의견을 드릴 수 있는 부분이 있어서 나도 발언을 하게 된 적이 있는데, 그것도 귀기울여 들어주시고 좋게 봐주셔서 감사했다. ㅠㅠ 

그런 자리에서 7-80명? 정도 되는 각국의 연구원, 교수님들 사이에 둘러쌓여서 영어로 대화하다보니 

앞으로 웬만한 자리는 별로 긴장되지 않을 것 같다는 생각도 들었다. 

나도 언젠가 내가 인생을 바쳐 연구하고 싶은 분야를 찾게 되면 

그래서 그 분야의 한 축을 담당하는 연구자가 된다면

그런 학회에서 발표하고.. 내 연구 결과에 대해 이야기 나누고.. 또 이 학계에서 필요한게 뭔지, 어떤 연구를 해야하는지, 할 수 있는지 논의하고.. 그런 삶을 살게 되겠지.

정말 너무 행복하겠다는 생각이 든다.  

아래는 추억 남기기용 사진들! 순서는 뒤죽박쥭...

너무 재밌었던 학회 출장.. 내가 영어를 좀 더 잘했다면 더더더 즐거웠을텐데... 

.

.

연구실에 2023년 7월 초중순에 들어와 벌써 1년 3개월이 지났는데, 그동안 진행했던 연구가 어느정도 마무리 되어가고 있다... 감회가 새롭다. 

얼른 마무리 됐으면!!! 

그리구 이 논문이 마무리되면 여러가지로 다른 도전을 해볼까한다. . . . 

다만 근래들어 스스로도 느끼는게, 자꾸만 지금 있는 상태에 머무르는데 익숙해진다는 것이다. 

이정도 하면 됐지, 어쨌든 해야할 일들을 하고 있으니 이대로도 괜찮아, 다른 거 생각하기보단 일단 좀 쉴래,.. 

이런 생각이 예전에는 들지 않고 욕심도 열정도 가득했는데

날들이 평화로워서 그런지, 가만히 있어도 이것저것 알게되고 경험하게 되는 환경이라고 느껴서 그런지,

스스로 뭔갈 해보려하는 의욕이 많이 줄어든 것 같다.

벌써부터 이러면 안된다!  아직 만족하기엔 멀었다.

앞으로도 파이팅 ~~_~

그간 학회에 발표나 구경을 하러 간 적은 있어도

아예 학회 정규 멤버로 소속되어 본 적은 없는데

처음으루 학회 멤버가 되었다. 그래서 감회가 새롭다. (교수님 덕분에!)

Society for Neuroscience, 줄여서 SfN 이라는 집단인데 전 세계에 35,000 명 정도의 회원이 있다고 한다. 

이 세상에 태어나

세상을 관찰하며 나랑 비슷한 호기심을 갖게된 인간이 모인 곳

그와 관련된 자신들의 생각들을 나누고 발전시킬 수 있는 곳. 

혼자서만 품고 지나갈 질문들인줄알았는데.. 이렇게 학회의 멤버가 되니 뭔가 기분이 묘하다. 

나는 앞으로 어떤 연구를 하게 될까,

어떤 이야기를 나누게 될까

어떤 역할을 할 수 있을까

생각해보게 되는 요즈음이다. 

이 학회에 어떤 사람들이 가입되어 있는지 member directory에서 검색해볼 수 있는데,

이름이 친숙한 우리 학교 교수님이나 학생들이 여럿 보여서 신기했다.

그 외 한국인들도 많이 있는 것 같다.  

생각보다 많이 가입을 하는구나.

생각보다 사람들은 열심히 산다는 걸 다시금 느낀다. 나만 게으른 기분... 

학회에 가입을 하면 여러가지 benefit 이 있다.

예를들어 SfN은 여러 웨비나를 무료로 들을 수 있고, 미팅에 참석하거나 관련 뉴스, 저널을 구독하거나, 멤버쉽 가격에 논문을 출판할 수 있다. 인맥도 쌓을 수 있겠고. 구체적으로는 아래의 사이트 활용 가능. 

Neuronline, eNeuro, Society for Neuroscience, BrainFacts, The Journal of Neuroscience 

이 학회 말고도 가입할만한 다른 학회를 찾아볼까, 생각중이다. 좀 더 구체적인 내 관심사로 들어가서 말이다. 

아직까지는 연구자의 삶에 몰입하고 있지 않은데

조만간에 그렇게 될 것 같다.

그렇게 되면 찾아보고 싶은, 하고 싶은 일들이 많다.

슬슬 게으르게 잠자고 있던 정신이 다시 깨어날 때가 된 것 같다. 

우리 학과에서는 매 학기마다 학/석/박사 등 학생들을 대상으로 다양한 바이오 및 뇌공학 연구 주제의 세미나를 연다.

초청 연사님의 강연이 끝난 후에는 QnA 시간을 가져서 강연 중 궁금했던 것들을 질문할 수 있는데,

이번 학기부터는 질문하는 문화를 촉진하기 위해 학기 중 모든 세미나를 통틀어 가장 많은 질문을 한 학생 한 명을 선발해 '질문상'을 수상한다고 했다. 

나는 그 말을 듣고 ... '이건 내가 타야겠다' 마음 먹었고, 결국 내가 탔다. (+공동 수상 1명)

나는 연구자라면 질문을 많이 해야한다고 생각한다. 의도적으로라도. 

무슨 주제든 강연을 듣고 두번 세번 내 머리로 생각을 하고 재구성하다보면 자연스레 질문이 떠오를 수 밖에 없다

질문이 떠오르지 않는다는건.. 그냥 생각하지않고 듣기만 했던가, 생각하는 힘이 없던가 이다.

애초에 연구, 라는게 호기심, 질문에서부터 시작되는 것이기도 하고. 그만큼 질문하는 것은 연구의 본질이다. 

또, 나는 학부가 바뇌 분야가 아니었기 때문에 이런 바뇌의 다양한 주제를 포괄하는 연구를 들을 수 있는 세미나는 (심지어 한국어다!) 이 분야를 넓고 얕게 알게 되는데 있어 정말 좋은 기회였고,

이 기회를 그냥 흘러가게 두고싶지 않아서 매일매일 참석하고, 열심히 듣고, 매 강연마다 최소 한 번 씩은 꼭 질문을 했다.

덕분에 이런 상도 받네.. 역시 사람이 목표를 달성할 수 있게 하는 수단 중 효과가 좋은 것은 퀘스트를 만들어주는 것 같다. 

질문을 하면서 느낀 점은..., 결국 사람들은 다 비슷한 걸 궁금해 하는구나. 논리적으로 생각했을때 나온 궁금한 질문들은 다른 사람들도 다 궁금해하는 질문이다. 그런데 자기 질문이 이상한 질문일까봐 망설여서 하지 않는 사람이 많은 것 같다. 어떤 질문이든간에 부끄러워하지말고, 귀찮아하지말고 무조건 뱉는게 좋겠다고 생각했다.  

(우리 나라 사람들은 궁금해도 그냥 생각만하고 넘어가는 경우가 많은 것 같다... )

그리고 스스로 아쉬웠던 점은, 나는 질문을 만들고 하는 것은 곧 잘 하지만, 정작 질문하는 것에만 치중하고 답변을 다소 소홀히 듣는다는 점이다. 그걸 이번 세미나때 느꼈다.. 

또 답변을 들은 후 생기는 또 다른 질문을 하는게 조금 민망해서 그냥 넘기는 경우가 많다는 것. 

앞으로는 의문점이 제대로 해결될 때 까지 이야기를 나누는 것이 좋겠다는 생각이 들었다. 

나의 의견과 의문점을 제대로 전달하는 요령도 더 익혀야 할 것 같고... 

질문상 이라곤 하지만 사실 상장은 따로 없었고(ㅋㅋ ㅠㅠ) 상품만 받았다.

수상하는 장면을 찍어가셨는데 그 사진이 어디있는진 모르겠다..

상품은 카이스트 마스코트 넙죽이가 그려진 머그컵이었다.

나중에 연필꽃이로 사용할 예정이당.  

다음 학기도 세미나를 듣는데, 그때도 질문상을 노려볼 예정이다! 

사실 이번학기는 2번 정도 질문을 빼먹었는데.. 담 학기는 빼먹는거 없이 다 하는게 목표 (영어로 질문하기 너무 부끄러웠ㄷ..)

개강도 이제 2주 밖에 안 남았다.

시간이 정말 빠르다..  

오늘 강연은 카이스트 바이오 및 뇌공학과 신우정 교수님의 microbiome 관련 연구였습니다! 

다음과 같이 강의를 필기하였습니다. 

Microbiota (미생물, 박테리아 등) + biome 

= Microbiom (eco systems, 생태계)

Microbiom 학문 등장 이전: 하나의 균주.

Microbiom 학문 등장 이후 : 여러 균주들이 생태계를 이뤄 상호영향 

Human genome project; 어느정도 완성되었음에도 모든 질병을 극복하지 못함 

Human Microbiome Project ; genome 만큼 중요한게 microbiome 이다, 질병 정복을 위해서는 이것을 고려해야 할지도? 

실제 사례로, 10년전 논문에 microbiome 이 실제로 신체를 변화시킨다는 연구가 있음…

쌍둥이 (비만/ 마른)

비만 microbiome 이식되면 -> 비만이 되고

마른 microbiome 이식되면 -> 말라진다!? 

지금와서는 그 중요성이 알려져있고, 연구들도 지수 형태로 증가중... 

"microbiome 은, 

Forgotten organ

Second genome

Zoo in your body

10% human 90% microbiome 이다 "

Conventional ways to study microbiome

Metagenomic sequencing 

Germ free facility (그러나 장 구성 겹치는게 15% 정도)

Conventional mammalian cell culture, organoids microinjection 

~~~~~~~~~>> 

Breakthrough : "human organ-on-a-chip"

이제 꼭 clinical 수행을 위해 동물실험이 필수가 아님. 

동물실험을 대체하는 5종류의 실험들 중에 가장 organ on a chip 이 유먕하다고 평가됨

organ on a chip의 현 상황

- Physicologycal 한 환경 묘사 가능 (연동운동(커졌다작아졌다))

- 배양 robust 하게 가능 가능 

—-> 상피세포가 자발적으로 3D 로 배양 됨  . . . 

Conventional 하게 cell 키움 채널 안으로 부착 -> 2D mono layer -> 3D 로 자람. (5일차~) 

In vivo intestine 이랑 비슷함. 

왜 이런 일이 일어나는가? Mechanic study

Mechanical strain, upper shear, lower shear,, … 

-, + 하면서 체크

“Fluid flow “ 가 중요하다. 셀 아래쪽으로 가해지는 영향 .., 아래 flow, 위엔 non flow

가설; 아래쪽으로 뭔가 morphogenesis 를 방해하는  inhibiter가 방출되는데 그걸 flow가 씻어주는거아냐?

(--> 연구 결과가 그렇다.. , 실제 장에서는 

Wnt inhibiter (대표적 물질, DKK-1) 농도측정, 확실히 아래쪽 훨씬 secretion이 많이 됨. -> flow 이용 씻어내주고… 

(---> Q. 실제 장기에서도 씻어내는 과정이 있나?)

사람세포(산소)와 혐기성박테리아(무산소) -> 어떻게 같이 잘 키우지? 공배양?

→ 2 channel membrain 위쪽으로 cell 자람. 

산소농도없는 미디어 위

일반적 산소 미디어 아래 

—> 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 봤을때 위 아래 잘 나뉘어져서 gradient 함.

Applications? 

Gut imflammation on a chip (염증)

꼭 필요한 요소만 가지고 와.. 박테리아, 면역세포, 부산물 , DSS (쥐모델-화학물질). . . 

염증에 가장 중요한 팩터가 뭔지?

DSS -> 배리어 를 망가트림 -> 상피 위쪽 박테리아들이 면역세포와 만나게 됨. 

 개인적으로 강의를 들으면서 신기했던 내용은 (타 연구에서 2D layer 로만 자라던) 상피세포들이 교수님께서 제시한 새로운 organ-on-a-chip 을 적용을 했을때 3D layer 로 배양이 되고, 그 이유를 파악하기 위해 여러 feature 들을 조절하시며, 아래쪽 유체의 flow 가 있을때 wnt inhibitor 를 씻어주기 때문에 3D로 잘 자란다는 것을 발견하신 내용이었습니다. 이 부분에서 조금 헷갈렸던게, 실제 장 내부에서는 오히려 상피세포 윗쪽 면에 flow가 많아 씻겨지고, 아랫쪽, 상피세포의 바닥면에서는 flow가 상대적으로 없거나 윗쪽과 비슷할 것 같다는 생각이 들었는데, 

실제 장 에서의 활동은 어떤지, organ on a chip의 경우와 동일한 것인지 여쭤보고 싶었습니다. 

특히 실제 장에서도 동일한 현상이 발생하는지 확인해보면 더 좋을 것 같은데, 장에서의 유체 flow가 어떤지, 그러한 flow에 따라 wnt inhibiter 와 같은 것들이 어떤 분포를 나타나는지 in vivo 에서 확인해볼 수 있는 방법들이 있는지 궁금했는데, 교수님께서 먼저 자주 들어오는 질문이라고 하시며 답변해주셨습니다. 

관련해 제 생각은.. 윗쪽도 씻기고 아래쪽도 씻기면 되는거아닌가 ?

근데 위에는 씻기고 아래는 안씻기면 안자란다는 등의 정보가 중요한게 아니라

아래가 씻기는게 중요하다.

아랫쪽이 씻겨지는게중요함 + 윗쪽은 너무 큰 저항을 주면 성장하기 힘듬 

===> 씻겨나갈정도의 flow+ 성장 방해안할 정도의 flow 여야함.. 

===> 어느정도의 flow 를 줄지가 중요. 실제 어느정도인지 파악하면 좋겠다.

---> 혹시 둘다 씻겨졌을땐 어떻다고했지?

그 외에도 Microbiome 이용 치료제 ; 분변이식술 (fecal microbiota transplantation (건강한 사람 대변sample -> processing 해서 넣기) *건강하다 기준? 메카니즘 / 과 

Probiotics 에 대한 설명 등 많은 내용을 설명해주셨습니다.

벌써 학기 마지막 세미나네요... 다음 학기도 잘 부탁드립니다. 

감사드립니다. 

Q. 환자마다 환경이 다르고 미세 장내 환경이 다른데 개개인마다 특화적으로 치료하는건가?

비용 및 시간 상 가능성있나?

금일 강연은 Institute of Translational Medicine, ETH Zurich, Viola Vogel 교수님의 Mechanoregulation of Cell Niches in Health and Disease 강연이었습니다. Mechano molecule, 특히 건강과 질병에서의 세포 니치의 기계적 조절에 관련해 1990년 이전부터의 해당 분야에서의 기본 지식과, 그 지식이 지금까지에 와서 어떻게 변화했는지, 그동안 어떤 방식으로 어떻게 발전했는지를 전반적으로 설명해주셨고, 군데군데 교수님의 연구들에 대한 설명을 함께 해주셨습니다. 세포 니치 기계적 조절은 기계적 자극이 세포로부터 생화학 신호로 변환되어 유전자 전사과정을 조절하고ㅡ 세포간 및 세포 외 환경과의 기계적 신호전달이 이루어지며 단백질 스트레칭을 통해 세포 골격의 기능적 관계를 형성시키는 조절을 말합니다.  Mechano-chemical signal conversion을 정리하면 기계적 자극감지 -> 이온채널 활성화 -> 세포 내 신경전달경로 활성화 -> 화학적 반응 촉발 -> 세포반응 입니다.  이 때 세포 니치는 특정 유형의 세포가 생존하고 기능할 수 있는 미세환경, 세포의 성장, 분화, 생존 들을 조절하는데 중요한 역할을 하며, 세포 외 기질, 인접한 세포, 다양한 신호 분자 등을 포함해 상호작용을 하며 세포의 행동과 운명을 결정짔습니다. 한 마디로 세포가 주변환경과 상호작용하며 특정기능을 발휘할 수 있도록 하는 복합적 미세환경을 일컫습니다. 이러한 세포 니치가 건강과 질병에서 중요해지는 예로 줄기세포를 들 수도 있겠는데, 이는 니치의 신호에 따라 자가복제하거나 특정세포로 분화하는 능력을 가진 세포로, 조식직 재생 및 암치료 등 다양한 의학적 응용에 큰 잠재력을 갖고 있다고 알려져 있습니다. 

교수님께서는 나노센서를 개발해 동물모델과 인간조직에서 ECM섬유의 기계적 상태를 시각화하셨고, 2D 세포배양연구에서는 여러 가지 예상치 못한 발견들을 이번 강의에서 논의해주셨습니다. 

역시 영어 강의인데다 기본 지식이 전무하여 이해하기가 힘들었지만, 그래도 이러한 분야가 있구나.. 와 기본 지식을 어느정도 알아간데에 의의를 두고자 합니다. 감사합니다. 

오늘의 강연은 Dept. Biomedical Engineering, National University of SingaporeAndy Tay Kah Ping 교수님의 A Cell Therapy Approach to Tissue Regeneration and Wound Healing 이였습니다. 이번 학기 세미나 중 최초 영어 강연이었는데 생각보다 말씀이 빠르시고 background knowledge 를 설명해주시기보다 바로 연구로 넘어가셔서 이해하기에 조금 어려움이 있었던 것 같아 아쉬움이 있습니다. 그래도 강연을 다음과 같이 대략적으로 요약해보았습니다... 

Chronic diabetics ? No progress after >12 weeks 

Treatments for wounds

- Biomaterials + drugs

- Cells and secretome

- Stimulatory devices

1. Mechinic treatments 

Mechano method 를 통한 치료 방법들; 

- Reduced fibroblast proliferation and migration

- Decreased collagen production

- Impared angiogenesis

- Low grade chronic inflammation

“Negative pressure wound therapy”

Magnetic hydrogels for wound regeneration

Mechano-rheostat of FB proliferation

세포의 기계적 환경이 섬유아세포 증식에 미치는 영향. (상처 치유 및 조직 재생과정에서 중요한 세포): 세포의 환경이 단순히 화학적 신호뿐아니라 물리적 신호에도 반응해 세포의 행동을 변화시킬 수 있음. 

Fibroblast-keratinocyte interactions; 섬유아세포와 각질세포간의 상호작용

Q. wound 가 생기는 이유는 해당 부위의 세포가 파괴되었기 때문일텐데.. Mechanic 한 원리는 어떤 기저로 치료가 되는거지? 새로운 건강한 세포를 만드는데에 어떠한 영향을 주는건가? 

→ cell migration/ ECM reconstruction/ insulin Release 등의 기저로 설명 가능. 

2. Niddle treatment 

Microneedle extraction to repair wounded tissues ; 미세침 기술을 사용해 상처조직 복구. 최소한 침습으로 치료 물질을 전달하거나 체액을 추출하는 방법, 기계적 자극.

Remove inflammatory chemokines; 염증성 케모마인 제거. ; 억제함으로써.. 치료. 면역반응 중 분비되는 작은 단백질, 면역세포를 염증부위로 유도해 염증반응을 조절하는 역할을 함.

normal wound healing vs diabetic wound healing

Normal ; 지혈 -> 염증 -> 증식 -> 재형성 

Diabetics ; 지연된 지혈 -> 지속적 염증 -> 증식단계 문제(혈관신생 저하, 섬유아세포 기능저하) -> 재형성 단계 문제 (리모델링 지연..)

궁금했던 부분은 다음과 같습니다. 

1. Damage 정도에 따라서도 효과가 다를 것 같은데 심한 데미지에서도 micro niddle 이나 mechanic 방법이 효과가 있나? 경도 wound 에 대해서만 효과가 있나? 니들의 깊이에 따라서 다른가?? 어느정도의 상처에 어느정도 길이의 니들을 사용해야하는지, 같은 insight 가 있나? 

2. 기계적 자극이 세포 회복에 긍정적 영향을 준다는게신기했다. 

그러면 우리는 wound 가 생겼을때 보통 건들이지 말라는 말을 많이 하는데, 건들이는게 도움이 된다는걸까? 어느정도의 약한 강도로는?

그러나 너무 단순한 궁금중이어서 수업 중 질문드리지는 못했었습니다.

매일같이 질문을 하고 있었는데... 금일 처음으로 질문을 못드려 해야할 일을 안한 찜찜한 기분이네요. 다음에도 영어 강의인데, 그때는 미리 논문들을 읽어가서 좀 더 이해할 수 있도록 해야겠습니다. 

금일 강연은 이대목동병원 김건하 교수님의 Biomarkers and Digital Therapeutics for Patients with Cognitive Impairment 강연이었습니다. 교수님께서는 현재의 치매류 질병의 진단과 치료, 알츠하이머의 정의와 원인, 약물적 치료가 아닌 비 약물적 치료의 종류, 비약물적 치료 중 로봇을 개발하신 경험, 디지털 바이오 마커 등을 설명해주셨습니다. 다음은 강의의 필기를 기술한 것입니다. 

-현재의 진단과 치료

치매/인지장애의 3가지 종류. 

Dementia(치매) : 객관적 인지기능 장애 + impaired ADL (일상생활능력의 장애)

MCI ; mild cognitive impairment(경도인지장애) ; 객관적인지기능장애 + 일상능력 정상

CU/CN ; 검사 결과 큰 문제 없으나 본인 스스로 생각했을때 장애가 있다고 생각하는 사람들

*객관적인지기능 ~> 1~1:30 시간 걸리는 검사 -> 나이 대비 집중력/언어/시공간능력 등 체크

*일상능력체크 ~> 보호자의 환자평가. 신체 일상생활능력, 도구 일상생활능력

그 외 약, 피검사(결핍), 다른 질환확인.

MRI/PET ; 치매원인 을찾기위해/ (종양 제거시 나아지는경우도) 

- 퇴행성 치매 종류 ; 

알츠하이머(아밀로이드 베타 플라크,타우 등 원인. 대다수, 기억력 손상 및 인지기능저하), 

레비 바디 치매 (레비바디 특이적 단백질 집합체. 시공간/시각적환영/운동장애/수면장애),

 전정 강내 치매 (혈류때문. 인지기능저하, 운동기능장애). 

프론테온 병 (전두/측두엽 신경세포소상원인. 성격변화, 사회적행동변화, 등.)

파킨슨 병 (유전적변이요인/도파민세포손상, 기억력손상, 판단력 감퇴, .) 

알츠하이머; Amyloid plaque, Tau 로 인한 neurodegeneration, 일상생활의 망가짐 

치료 ; anti Amyloid drug 을 통해 빼내는 방법(초기에만 가능),

아세틸콜린분해효소 억제제(synapse 아세틸콜린 많이 남아있게하자)(직접적인 치료가 아님, 늦추는것이지),

 NMDA 수용체 길항제…) 

→ 현재의 약물적 치료(고작 처방가능한 약 4종류..)에는 한계가 있다.!!

 —> 비약물적 치료, 유전자치료 및 뇌 스티뮬레이션 등등.. 이 대안인데,

그 중에서도 비약물적 치료를 해보자. 

비약물적 치료 ; music therapy, physical exercise, …. In brain center.. 

[1] Cognitive intervention?

인지 훈련: 동전갯수, 왼손/오른손 사진보고 맞추기..

인지 재활; 요리하기, 메모하기, 알람맞추기, 가전제품사용.. 

인지 자극; 

[2]Really effective?

여러 논문에서 효과가 있다는 것이 입증됨. 

Ex_ FINGER study. 훈련한 그룹이 인지기능저하가 덜 했다. 

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금일 궁금했던 부분은 다음과 같습니다. 

→ 치매 및 인지기능저하의 원인이 아밀로이드 베타나 타우 등 단백질 레벨에서 어느정도 밝혀져 있으나, 오늘 강연을 듣고 제가 생각하기에는 왜 그 단백질이 뇌에 쌓이게 되는지, 즉 일상 속의 원인이 무엇인지가 더 중요한 것 같다는 생각이 들었습니다. 

→ 오늘 말씀해주신 비약물적인 치료, 가령 인지훈련, 인지재활 과 같은 방법이 인지기능을 보존하는데 효과가있다면 .. 결국 그 원인은 살면서 뇌를 많이 쓰지 않는게 원인이 아닐까 싶습니다. 즉 많은 사람들이 평소에 깊고 다방면적인 생각을 하지 않고, 같은 일상만을 반복하고, TV만 보고 있는 행동이 원인인 것이죠. 

→ 이를 극복하기 위해서는 로봇이나 모바일 기기를 통한 방법도 좋지만, 저는 그것보다도 일상생활을 영위하는 국민들의 가치관이 근본적으로 바뀌어야 한다고 생각합니다. 인지기능이 저하되었다고 느낀 순간부터 훈련을하고 재활을하는게 아니라, 인생의 전 주기에서 그냥 살아가는게 아니라 어떨땐 깊은 생각을 하고, 다채로운 경험을 의도적으로 하고.. 그런 삶을 살도록 말입니다.

→  이런 부분들도 Brain center 에서 연구 등을 근거로 치매의 일상 레벨에서의 원인을 명확히 하고, 근본적 원인과 대비법, 인간은 어떻게 살아가야 인지기능을 보존할 수 있는지를 주장하면, 그리고 모든 국민이 그런 부분을 인지하게 된다면, 전 국민의 인생을 대하는 태도가 바뀌며 근본적이면서 긍정적인 해결책이 될 수 있을 것 같은데, 교수님께서는 어떻게 생각하시는지, 궁금합니다. 

기억력이 정말로 어떻게 올라가는가? 퇴행성뇌질환 

남아있는 정상 뇌 뉴런의 Synaptic plasifity … 가 올라가더라. Connectivity function 을올려주는것으로추정.. 

되돌아가는 기저가 궁금하다.  

→ 또 두번째 질문은, 오늘 소개해주신 로봇인지치료나 모바일 기기, 뇌를 자극하는 디지털기기 등을 이용한 치료처럼 뇌를 의도적으로라도 활성화시키는것도 좋은 것 같은데요, 그렇다면 약물적인 방법으로 전체 brain에 자극을 줄 수 있으면서 해가 되지는 않는 약물을 개발해, 일정나이부터 주기적으로 복용하게 하는 것도 방법일 것 같은데.. 교수님께서는 이러한 약물 개발에 대해 어떻게 생각하시는지 궁금하고, 약물보다는 비약물적 방법이 더 효과적인 치료라고 생각하시는지 궁금합니다. 

감사합니다. 

금일 강연은 UNIST Biomedical Engineering department 최영빈 교수님의 Electrocorticography Display for High Precision Intraoperative Brain Mapping 였습니다. 

최영빈 교수님은 학석박사과정 중 반도체 물리를 연구하셨고, 포닥과정 중 나노 device 와 나노물질을 개발해 single neuron/neurite recording 에 적용하는, Brain interface, Neurotechnology 를 연구하셨습니다. 특히, implantable electrode 를 이용해 수 천 개의 채널을 recording 하는 human brain recording system 을 연구하고 계십니다.  

최근 Implantable electrode technology 를 연구/제작하는 회사들이 많아지고 있습니다. Synchron, Neuralink, Neuramatix, Cortec, Nward 등이지요. 이렇게 각광되는 이유는, 무궁무진한 가능성을 가진 뇌가, 기본적으로 전기화학적 반응을 하기 때문에 전기활성신호를 다루는 기술이 여러 방면에서 중요해지기 때문일 것입니다. 이러한 electrode 를 이용한 측정 기술은 뇌를 Open 해야하는 뇌 질환 수술에 유용히 사용될 수 있습니다. 대표적으로 뇌 종양이나, Drug-resistant Epilepsy 같은 경우가 있으며, 특히 X-ray/MRI/Pet 과 같은 비침습적 방법으로는 비정상 영역을 식별할 수 없는 뇌전증 같은 경우에 유용할 것 입니다. 뇌 수술 방식의 경우 크게 두 가지, Craniotomy와 laser Ablation 가 있는데, 둘 모두 건강/병든조직, 정상/비정상 조직을 정확히 구분하는게 중요합니다. 

신호 측정 및 식별에 활용될 수 있는 전극들은 DBS, SEEG, ECoG 등 다양한데, 교수님께서는 뇌 피질의 신호를 측정할 수 있는 ECoG 에 집중하셨습니다. 기존 ECoG 전극은 여러 문제를 갖고 있었습니다. 실리콘으로 만들어져 1mm 의 비교적 두꺼운 두께, 3mm의 비교적 큰 전극사이즈, 이에 따라오는 low resolution과 thick and stiff, hard to active good contact on brain surface 문제, 기능적 노이즈 등 입니다. 교수님께서는 이를 0.6마이크로미터의 platinum nanorods 사용, 유리를 이용한 얇고 넓은 기판 제작, surface 에 밀접하게 달라붙게 하기 위한 CPU connector 기술 이용 등 여러 부분에서 아이디어를 내 해결하시고, high resolution 과 conformal complaint 를 가진, 수 천개 채널을 보유한 ECoG Grid 를 개발하셨습니다. 

이에 더해, recording 되는 데이터를 실시간으로 분석하여 분석된 정보를 수술을 집도하는 의사에게 바로바로 보여줄 수 있도록, real time data processing software 를 만들고, 해당 mirco ECoG Grid의 각 전극의 위치에 2 color available micro-LED display 를 부착시켜 뇌 병변 위치나 functional 별로 다른 region 식별 등의 확인을 할 수 있도록 하셨습니다.  

궁금했던 점은 만드신 기기의 실제 접목 과정 이었습니다. Micro ECoG 와 MicroLED 가 결합된 기기를 만드신 가장 큰 이유는 수술적 목적이라는 생각이 들었습니다. 즉 뇌 영역 레코딩 후 그 신호 데이터를 REAL-time 으로 분석해 이상 영역을 판단해서, 어느 부분을 절제해야하는지 LED 로 보여주는 것으로 생각이 되는데요. 이 기기가 실제 병원에서도 활용이 되고있는지 궁금했고, 실제 절제할때는 기기를 떼어내고 진행해야해서 영역이 헷갈릴 수 있을 것 같기도 한데, 그럴 경우 기기 자체가 빛나는게 아니라(LED 사용도 functinonal 한 부분을 직관적으로 확인하기엔 좋지만..), 레이저를 뇌 표면쪽으로 발사시켜서, 빛을 실제 뇌표면에 프로젝션 시켜서 절제 위치를 확인할 수 있도록 하는 것도 괜찮을 것 같은데 이 부분에 대해 어떻게 생각하시는지 궁금했습니다. 또한 기존 device 를 개선시키기 위해 접목하신 유리/전극/LED/CPU connector 들의 상세한 정보나, 제작과정에 대한 이야기도 궁금했는데, 이런 부분은 크게 다뤄지지 않았던 것이 아쉬웠습니다. 

강연을 들으며, 기존 ECoG 전극의 한계를 여러 아이디어로 돌파하고 주요한 device 를 만들어 뇌의 여러 기능적 부분(sensory/motor 영역, 각 신체부위마다의 corresponding 한 뇌 영역부위  등)을 확인하거나 뇌 병변 치료의 보조도구로 이용하는 것이 참 재미있었고, 메리트 있게 느껴졌습니다. 

오늘도 좋은 강연 감사드립니다. 

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필기>

소개)

반도체물리(박사) -> 나노device/나노물질 개발(포닥)

Single neuron/neurite, Brain interface (US SanDiego, 2018-2023)

수천개 채널 human brain recording system ?

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“Neurotechnology.” / ~~> 

Implantable electrode technology 를 만드는 회사들…

synchron/Neuralink/Neuramatrix/Cortec/Nward/

왜 이렇게 각광되는가?

뇌 활동은 기본적으로 전기화학적 작용

현재 기능적 노이즈 등의 여러 문제가 있었음.. 좋은 전극 개발 수요.

수천개 채널에 대한 ECoG grid (electrocorticography) / micro-LED display/ …/

뇌 Open해서 수술해야하는 뇌질환 ; 뇌 종양, Druc-resistant Epilepsy (약 안듣는 뇌전증*간질 환자)

비침습적 방법 : X-ray/MRI/MRA/Pet scan/CT.. / 뇌전증같은경우는 이러한 방법으로 파악힘듬

//뇌전증 : 뇌 신경세포가 일시적으로 이상을 일으켜 과도한 흥분 상태를 유발함으로써 나타나는 의식 소실, 발작, 행동 변화 등과 같은 뇌 기능의 일시적 마비 증상이 만성적, 반복적으로 발생하는 뇌 질환/

수술 방법 : Craniotomy; 열어서 종양제거/ laser Ablation

뇌수술의 경우… 건강/병든조직, 정상/비정상 조직 정확히 구분하는게 중요함.

BCI; 전극.. Blackrock neurotech/neural link…  (2-30명 정도? 많이없음.)

Deep brain stimulation: DBS.. (가장 많은 사람들에게 implant)

Electrodes for brain surgery. 

SEEG 뇌전증파 찾아내는.. 

ECoG ; 어떻게 기존보다 더 잘 만들것인가… 

기존 ECoG

1mm 두께 실리콘, 3mm 전극사이즈. 

→ Low resolution/ Thick and stiff/ hard to achieve good contact. 

새로운 ECoG (30명이상 환자에게 적용..)

-High resolution

- conformal complaint 

전극 0.6 마이크로미터

확실히 얇아짐.

*챡 달라붙어야함, 여러개여야함, setup 이 빨라야함(20분) 단번에 connection.

유리로 옮기자?.. 유리기판.

Platinum nanorods (30마이크로)

Q. 유리가 어떻게 brain 모양에 맞게 착 달라붙었지? 왜 유리 선정햇다공..?

Q. 계속 달고있을 수 있는건가? 수술할때 미리 파악된 대략의 위치를 이거로 확인하고.. 신호가 이상한 부분을 절제? 

Q. 

CPU connector —> 로 어떻게 달라붙는거지?

Q. recording 이랑 신호를 자극해주는것도 가능?

뇌종양 -> 제거하는동안/ 제거한 후에 기능이 정상동작하는지를 확인할 수 있는 방법? 

           —-> 종양이 있는 곳은 신호가 다르게 잡히나봄 

뇌전증(대개 측두엽)  —> 뇌전증파를 관찰할 수 있음  

Real Time Data Processing. 

LED 에서 실제로 보여주도록 하려는 시도중..

Micro ECoG + MicroLED (ECoG 착 달라붙어있고, 같은곳에 올라가서 LED 가 있도록..)

색깔도 .. 핑크/블루 정도의 두개 LED

C

 20kSps

Q. , (결국 뇌의 기능적 부분을 구분해서 보여주기위함이 아니라) 

Micro ECoG 와 MicroLED 가 결합된 기기를 만드신 가장 큰 이유는 수술적 목적이라는 새각이 듭니다. 즉 뇌 영역 레코딩 후 그 신호 데이터를 REAL-time 으로 분석해 이상 영역을 판단해서, 어느 부분을 절제해야하는지 LED 로 보여주는 것으로 생각이 되는데요. 이 기기가 실제 병원에서도 활용이 되고있는지 궁금하고, 실제 절제할때는 기기를 떼어내고 진행해야해서 영역이 헷갈릴 수 있을 것 같기도 한데, 그럴 경우 기기 자체가 빛나는게 아니라(LED 사용도 functinonal 한 부분을 직관적으로 확인하기엔 좋지만..), 레이저를 뇌 표면쪽으로 발사시켜서, 빛을 실제 뇌표면에 프로젝션 시켜서 절제 위치를 확인할 수 있도록 하는 것도 괜찮을 것 같은데 이 부분에 대해 어떻게 생각하시는지 궁금합니다.   

LED 임상 X

1) 해당위치에 바이오마커를 이용한 표시

2) 뭐였지/ 잉크? 

3) 레이저/프로젝터

전처리 (bandpass filtering/ …) → stimulation(pulse) marking 

금일 강의는 한국뇌연구원 김기범 박사님의 Construction and Utilization of Advanced Brain Research Platforms at the Brain Tech Center(Multi-modal, Multi-scale research) 강연이었습니다. 박사님은 특이한 이력을 가지고 계신데요, 처음에 soft matter(sands) 을 연구하시다가 점차 single DNA(Nucleic acids) -> SNARE complex(Amino acids)) → Artificial Cells(Lipids) —> Brain (All) 로 점점 복잡한 level 의 생체조직을 연구하게 되셨다고합니다.

한국뇌연구원의 뇌과학실용화센터장을 역임하고 계신 박사님께선 뇌 연구원 소개 또한 해주셨습니다. 새롭게 알게된 사실은 한국 뇌 연구원에는 한국뇌은행이 있고,  기증된 뇌나 앞으로 뇌를 기증하겠다는 의사를 밝힌 환자들의 리스트가 있다는 것입니다. 이러한 한국 뇌 은행의 뇌를 기반으로 뇌 연구원에선 영상분석/행동분석/데이터 분석을 하신다고 합니다. 뇌과학 실용화 센터는 크게 2개의 플랫폼을 가지고 있는데,1)  fMRI+PET+신경활성을 모두 한번에 측정 가능한 뇌영상/행동/분자정보 연계 플랫폼과 2) 뇌연구자원/데이터관리/활용 플랫폼 입니다. 

박사님께서 지금까지 하신 연구는 Multi-scale - Multi-modal 연구라고 정의할 수 있겠는데요, 상세하게는 다음과 같은 연구를 하셨다고 합니다. 

1) Lipid/ DNA/Protein – Magnetic tweezers/Optical tweezers/ Single molecule imaging

     : Single molecule measurement, Magnetic particle (purification할때 쓰는..) 을 이용해 

       DNA 를 Extension 되게하고, 어느 힘에 어느정도의 extension이 되는지 확인. DNA에서는 

       힘에 따라 연속되게, 일정하게 부셔지며,  SNARE Complex 에서는 두 단계로 부셔지는것을 

       확인하셨다고 합니다. 이렇게 해서 아는 정보는 Synaptic vesicle fusion 기능을 확인할 수 

       있는데, 예를들어 membrain 에 붙을때 10피코 힘 정도가 유지가 되면 반만 붙어있다.. 와    

        같은 정보입니다. 

2) Mitocondria/cell - Super resolution microscopy/ 거대시료 microscopy

      :2-1) Optical manipulation of cell  Signle cell 단위에서처럼, Cell 단위에서 고무줄처럼 늘렸 

       다 줄였다하며 관찰하는 실험입니다. 이 연구에서는 내가 원하는 위치로 cell을 가져가서 붙 

        이거나, 세포를 떼거나 와 같은 세부 조작이 가능하다고 합니다. 

     2-2) Cell modulation : 하나의 세포에서 두개의 다른위치에서는 어떤 특성이 다른지, 즉 덴드 

    라이트 위치 1과 덴드라이트 위치 2가 어떤 다른 signal 이 나타나는지를 보는 연구입니다. 

3) Brain-behaivior - 전기생리측정조절(무선), 소동물VR, 소동물MRI, 신경활성측정/조절(광학)

      In vivo animal study 에서는 직접 Tracing 이 가능한, 7-channel 로 신경활성을 측정할 수 있

      는 하드웨이 기기를 만드셨다고 합니다. 해당 기기를 통해 Decision-making/ Social 

       interaction/ MRI+Multi-channel-Fiber-photometry 에 대한 연구를 진행하셨다고 합니다. 

4) Brain-behavior(eeg/nirs/VR treadmill/양자컴퓨터)

       이 분야에선 가상현실 행동실험의 환경을 구현하시기도 하고, 뇌파를 이용해 드론을 움직이

       는 등의 연구를 하셨다고 합니다.

박사님께서는 이렇듯 다방면으로 다양한 연구를 하셨습니다. 제가 느끼기에는 Innovative 한 정보 측정 기술을 만들어서, 해당 기술을 통해 multi-scale/ multi-model 레벨에서 뇌의 비밀을 풀어가려고 하시는 것으로 느껴졌습니다. 박사님께서는 본인을 "Creative Bridge Scientist" 이라고 지칭하시며, Biology/AI 등 여러 분야를 잇고 통역할 수 있는 연구원이 되고 싶다고 말씀하셨습니다. 강연을 들으며 궁금했던 부분은, 다음과 같은 내용이었습니다. 

"뇌과학 실용화 센터장이시라고 설명을 해주셨는데, 여기서 말하는 뇌과학의 실용화 라는게 정확히 어떤 의미인지, 앞으로 어떻게 이뤄질 수 있을지 궁금합니다. 예를들어 뇌파로 드론을 조종하게 하여, 일상속에서 뇌파 같은 정보를 적극적으로 활용할 수 있게 하는 그런 방향인 것인가요? 

다만 해당 예시에서는, 뇌파로 하는 조종하는것보단 손으로 직접 조종하는게 훨씬 낫다는 생각이 듭니다. 뇌파로 조종할 경우 집중이 흐트러지거나 분석이 잠시라도 잘못되면 어디로 갈지 모르고 부숴 질지도 모르는 등 컨트롤러를 이용하는 방식보다도 훨씬 불확실성이 크기 때문입니다. 이런 부분에선 뇌과학을 실제 세상에 적용하려 하는게 정말 많은 의의를 가질 수 있는지 궁금하기도 합니다. 아무래도 뇌과학의 실용화라고 하면 뇌파 측정 및 분석을 통한 신경장애 신체 기능 보조 및 대체분야가 가장 의의가 클 것 같은데, 병원과 협업하여 그런 것들도 하실 예정인지? 궁금하고,. 

또 교수님께서는 single molecule 에서 연구하는게 가장 깊은 관심이라고 말씀하셨는데, single molecule 연구를 어떤 식으로 세상에 실용화할 수 있을지? 도 궁금합니다. "

이 질문에 대한 대답은 제가 느끼기에는 처음엔 일단 실용화 하려고 받은건 아니었다… 근데 하게됐다?! 그래서 많은 고민이 필요하겠다… 다만 뉴렁링크를 보면 진짜 실용화 할 수 있을지도 모른다... 정도 라고 생각했습니다. 

오늘도 세미나를 통해 여러 분야에 걸친 연구를 들을 수 있어서 좋았습니다.

감사합니다. 

필기 > 

Construction and Utilization of Advanced Brain Research Platforms at the Brain Tech Center

(Multi-modal, Multi-scale) 

# The first platform is an advanced brain function analysis system that uses in vivo multimodal brain imaging to explore the complexities of neural processes. The second platform is a brain research data center designed for integrating, analyzing, and managing a wide range of brain research data. 

# He will detail the integration of cutting-edge technologies and collaborative efforts. Moreover, he will elucidate how researchers will strategically utilize these platforms, showcasing their potential to drive groundbreaking discoveries and advance the frontiers of brain science research.

• 이력

특이한 이력.. 모래 연구하다가 바이오로? (soft matter(sands) -> single DNA(Nucleic acids) -> SNARE complex(Amino acids)) → Artificial Cells(Lipids) —> Brain (All)

Q. 어쩌다 모래연구하다가 바이오로 오신거지?? 

그중에서도 DNA 하다가 또 amino acids 쪽으로 오신거지/?

—-> 계속 바뀐건 더 복잡한걸 연구해보자… 이쪽? 

• 뇌 연구원 소개 

뇌연구원이 고작 11년도 12월에 설립됐네

Q. 세계 최초가 되는 연구주제 발굴 및 구현..? —> 실제로 지난 10여년간 이러한 연구주제를 발굴한 바 있는지 ..?

ㄸㄸ……. 뇌를 기증하겠다는.. 실제 뇌 인체조직 가지고있음…  뇌 은행…

한국뇌은행 -> 영상분석/행동분석/데이터분석… 

뇌과학 실용화 센터의 큰 2축

1. 뇌영상/행동/분자정보 연계 플랫폼 ||

한번에 측정가능. { 자기공명(fMRI)+PET+신경활성 }

멀티모달 뇌영상 기반 뇌기능 분석 플랫폼

1.  뇌연구자원/ 데이터관리/ 활용 플랫폼 

• Multi-scale, Multi-modal

Lipid/ DNA/Protein – Magnetic tweezers/Optical tweezers/ Single molecule imaging

Mitocondria/cell - Super resolution microscopy/ 거대시료 microscopy

Brain-behaivior - 전기생리측정조절(무선), 소동물VR, 소동물MRI, 신경활성측정/조절(광학)

Brain-behavior(eeg/nirs/VR treadmill/양자컴퓨터..?)

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1. Single Molecule Measurement . (힘을 가해졌을때 부셔지는부분에서 정보/ 힘을 뺐을때 회복되는부분에서 정보수집??)

DNA 고무줄처럼

Biomolecure - 붙임 magnetic particle(purification 할때 쓰는거. ) - magnetic tweezers

• Extension 에 대한 정보… Q. 어떤 정보가 나오는데??????? : 일정하게 부셔지는중… 

SNARE complex - 두단계로 부셔진다

Q. 근데 이건 x축의 스케일에 따라서 다르게 보일 수 있잖아… SNARE complex 는 400? Nm고.. 

Synaptic vesicle fusion 기능의 확인가능 → membrain 에 붙을때 10피코 힘정도 유지가되면.. 반만 붙어있는상태..

Q. 왜 mechanical model for synaptic vesicle fusion 이 중요한거지? magnetic tweezers 를 이용해서? 여러 brain에서 

1. Single cell manipulation 

Cell 고무줄처럼 (Optical tweezers)

2-1) Optical manipulation of cell … 세포를 떼거나, 내가 원하는 위치로 가져가서 붙이거나… … 

2-2) cell modulation ( 하나의 세포에서 두개의 다른위치에서 어떤 특성? (덴드라이트1/ 덴드라이트2) /// 신경세포가 부위별로 어떤 

1. In vivo animal study 

Tracing 가능/ 7 channel  측정가능/ … 

→ Decision-,aking/ Social interaction

→ MRI + Multi-channel-Fiber photometry

Q. 하드웨어를 이용해 분석하는 연구들? 

4. Human Brain machine interface (BMI)

1. 가상현실 행동실험 환경구현 | 

가상현실기반 행동중인 in-vivo 신경활성이미징의

?Q. 실제와 가상현실간의 간극이 있는지 같은걸 보는건가?

Q. 뇌파로 하는 조종하는게 손으로 직접 조종하는거보다 나을게 뭐지?

집중이 흐트러지면 어디로갈지도 모르는데… 

“Creative Bridge Scientist” – Biology/AI/…

Innovative 한 정보 측정 기술을 만들어서, 해당 기술을 통해 multi-scale/ multi-model 레벨에서 뇌의 비밀을 풀어가려고 하시는 듯…   

Cell to Cell ()<---- infection(diseasee cell/ normal cell 단백질 여러 부분이 넘어가는지.. 

Q. 뇌과학 실용화 센터장이시라고 설명을 해주셨는데요, 여기서 말하는 뇌과학의 실용화 라는게 정확히 어떤 의미인지, 앞으로 어떻게 이뤄질 수 있을지 궁금합니다. 예를들어 뇌파로 드론을 조종하게 하여, 일상속에서 뇌파 같은 정보를 적극적으로 활용할 수 있게 하는 그런 방향인 것인가요? 

다만 해당 예시에서는, 뇌파로 하는 조종하는것보단 손으로 직접 조종하는게 훨씬 낫다는 생각이 듭니다. 뇌파로 조종할 경우 집중이 흐트러지거나 분석이 잠시라도 잘못되면 어디로 갈지 모르고 부숴 질지도 모르는 등 컨트롤러를 이용하는 방식보다도 훨씬 불확실성이 크기 때문입니다. 이런 부분에선 뇌과학을 실제 세상에 적용하려 하는게 정말 많은 의의를 가질 수 있는지 궁금하기도 합니다. 아무래도 뇌과학의 실용화라고 하면 뇌파 측정 및 분석을 통한 신경장애 신체 기능 보조 및 대체분야가 가장 의의가 클 것 같은데, 병원과 협업하여 그런 것들도 하실 예정인지? 궁금하고,. 

또 교수님께서는 single molecule 에서 연구하는게 가장 깊은 관심이라고 말씀하셨는데, single molecule 연구를 어떤 식으로 세상에 실용화할 수 있을지? 도 궁금합니다. 

—> 처음엔 일단 실용화 하려고 받은건 아니었다… 근데 하게됐다?! 많은 고민이 필요하겠다… 가 대답인듯… 

출연연… : 논문으로 끝나는 일은 하지마라… (IBS 외에는 뭔갈 만들어야함.)

상용화 만을 위해 연구하는건 아니지만… 이 기술이 실용화 될수 있겠다.. 하는 desision 

BCI/DMI/ (뉴럴링크.. 상업화하겠다는. 영리목적의 연구… ) 

실용화목표 – 뇌산업을 만들려면, 어떻게해야할까…. 뉴럴링크보면 할 수 있을지도 ? 많은 고민이 필요하다..

금일 강의는 이인석 교수님의 Decoding Our Second Genome for Microbiome Medicine 강의였습니다. 이는 인간 신체 내(장 및 구강 등)에서 살아숨쉬는 미생물 집합인 mircobiome 을 연구하는 분야인데요, 흔히 생각하는 인간이 내재적으로 갖고있는 유전체(DNA 등, ) 외에도 우리 몸의 건강을 변화시킬 수 있는 두 번째 유전체로서, '미생물 유전체' 분야가 활발히 연구되고 있다는 사실을 처음으로 알게되어 흥미롭게 강의를 들었던 것 같습니다.

미생물 유전체는 우리의 건강 및 질병 발생에 중요한 영향을 미친다고 합니다. 예를 들어 장 내 미생물의 변화는 소화기 질환, 면역기능 저하 등과 관련될 수 있고, 따라서 microbiome 을 연구하는 것은 새로운 치료법 및 전신질환, 질병 예방 방법을 개발하는데 중요한 요소가 된다고 합니다. 

 교수님께서는 지금까지의 인간의 genome 에 대한 연구가 잘 진행될 수 있었던 이유는 reference genome 연구가 기반이 되었기때문이라고 언급하시며, 미생물 유전체에서도 reference microbiomes 가 필요하다고 말씀하셨습니다. 이 전까지의 연구는 그냥 장내 일부 미생물의 단백질을 분석해서, 어떤 단백질들이 있더라.. 라는것은 알 수 있었지만 정확히 대표적으로 어떤 species, 어떤 기능들이 질환에 연관을 주는지에 대한 연구가 없었던 것입니다.

rRNA sequencing 연구는 한 종류의 유전체를 대상으로 하기에 수천개의 장내 미생물을 분석하는데에는 한계가 명확했기 때문에, 교수님께서는 Whole metagenomic sequencing 방식, 즉 여러 개의 유전체 군집을 대상으로 one-shot, 한번에 분석하는 방식을 활용하셨습니다. WMS 는 미생물 군집의 구성원 뿐 아니라, 대규모 유전자 발굴, 대사 기능, 유전적 다양성, 생태학적 관계 등을 포함해 넓은 범위의 정보를 제공할 수 있다고 합니다.

 교수님께서는 national, 즉 인종마다도 장내 미생물의 분포나 존재가 다를 것이라 말씀하시며 미국과 중국같은 나라에 비해 한국인들의 장내 미생물에 대해 알려진바가 많지 않다며 (전체 데이터베이스의 1.43%정도) 먼저 한국인을 대상으로 한 장내 미생물 카테고리를 만들고자 하셨다고 하였습니다. 장내 미생물에는 culture 가 되는 것과, 되지 않는 난배양성 미생물이 있어 난 배양성 미생물을 culture가 되도록 만드는 조건을 찾는 것도 이 때 중요한 요소였다고 말씀을 해주셨습니다. 사용하신 WMS 기법은 다음과 같이 진행됩니다. 

WMS reads → (Assembly; overlab based assembly) —> contigs (하나의 gnome으로) —> (binning, 비슷한 DNA패턴을 갖고있을것이다, 양이 비슷할것이다라는 가정하에)  —> Bins (하나의 gnome이라 판단)

이러한 방법을 토대로 sequencing 및 classification를 하셨고, 이후 보다 발전된 read 방법인 Long read sequencing 이나 Hifi metogenomics sequencing 에 대해서도 말씀을 해주셨습니다. 이는 기존의 짧게만 read 가 되어 정확도가 낮았던 sequencing 및 binning 을, 좀 더 길게 read 할 수 있는 기법을 적용해 신뢰도를 높이고자 하던 시도였습니다 이를 통해 완벽한 gnome read 를 할 수 있었고, 나아가 TANB77 이라는 면역 반응에 효과적이라고 판단되는 unique 한 단백질을 최초 발견하셨다고 말씀해주셨습니다.

해당 강의에서는 다음과 같은 부분이 궁금했습니다. 먼저,  Whole metagenomic sequencing read 기법을 통해 sequencing 을 할때, Overlab을 해서 read하고 이것을 비슷한 dna 패턴을 갖고있을것이다 , 양이 비슷할 것이다 라는 가정하에 binning 을 해서, 하나의 gnome 이라고 하고 보고하여 카탈로그를 만드는데, 해당 방법으로 정말 해당 gnome 이 정확하게 sequencing 되었다고 할 수 있을까? 하는 생각이 들었습니다. 

말씀해주셨듯이 gnome 이 유사한 다른 species 가 당연히 존재할 것이고,  해당 방법은 그럴 것이다~라는 가정 하에 묶는 것이기 오류가 있을 텐데, 그럴 경우 조금만 바뀌어도 완전히 다른 gnome 이라고 인식될 것이었습니다. 이에 해당 방법으로 지금까지 쌓아온 Big data catalog 를 정말 믿을 수 있는지 궁금했습니다.

또 관련해서, WMS read 기법을 이용해서 정확하게 gnome 을 식별했다. 라고 말할 수 있는 검증 방법이 있는지 궁금했습니다? 예를 들어 조금 더 발전된 기술인 Long read sequencing 및 Hifi metagenomics sequencing, whole genome 기반 sequencing 를 통해 분석을 해서, 그 전 catalog 들의 결과들이 동일하게 나오는지, 검증한번 해봐야하지않을까? 하는 생각이 들었습니다.  

또한 얼마나 잘 alignment 되었나, 검증하는 지표로서 Read classification rate 를 보여주는 것 같은데, gnome sequencing의 실제 정답값을 우리가 모르는데 이를 어떻게 계산하는 것인지, 만일 reference gnome 카탈로그를 기반으로 계산한다고 해도.. Reference gnome 자체도 결국 동일한 분석을 통해 나온 결과인데, 이를 정답으로 삼아 계산해도 되나? 하는 생각이 들었습니다.

마지막으로는 culture 가 되는 것과 culture가 되지 않는 것의 차이가 무엇인지, 전체 장내 미생물의  80% 이상이 culture 가 안되는거라고 이야기 헤주셨는데, 장내미생물은 장 내에서 잘 살아가니까 무조건 배양이 되긴 해야할 것 같다는 생각이 들었습니다. 그리하여 사실 모든 장내미생물은 다 culture 가 되는데, 그냥 그 조건을 못찾아낸것인지, 그냥 장 내 환경이랑 동일하게 만들어주면 되지않는 것인지, 모두 동일한 환경 안에서 살아가는애들인데, 장내미생물마다 다 culture 환경이 다 다를수가 있는지, 하는 생각이 들었습니다.

실제로 질문을 드렸고 답변을 들었지만 벌써 글이 너무 길어져서 이 곳에 적지는 않도록 하겠습니다. 

처음 듣는 분야였는데 정말 쉽게 설명해주셔서 이해하기 쉬웠던 것 같습니다. 오늘도 재미있던 세미나 였습니다! 

필기 > 

Decoding our second genome for microbiome medicine 

인간 신체 내에서 살아 숨쉬는 미생물 집합인 마이크로바이옴을 연구하는 분야에 대한 개념을 나타냅니다.

우리가 생각하는 유전체(전체 유전 정보) 외에도, 우리는 두 번째 "미생물 유전체"를 가지고 있습니다. 이는 인간 신체 내의 미생물 집합의 유전체를 의미합니다. 이 미생물은 주로 장내 세균이지만, 바이러스, 곰팡이 등 다양한 생물학적 엔티티로 구성될 수 있습니다.

미생물 유전체는 우리의 건강과 질병 발생에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 장 내 세균 균형의 변화는 소화기 질환, 면역 기능 저하, 비만 등과 관련될 수 있습니다. 이러한 이유로, 마이크로바이옴을 연구하는 것은 새로운 치료법 및 질병 예방 방법을 개발하는 데 중요한 요소가 됩니다.

"Decoding our second genome for microbiome medicine"는 이러한 마이크로바이옴(장내/구강)의 유전체를 해독하고 이해함으로써 새로운 치료법 및 예방법을 개발하는 연구를 의미합니다. 이를 통해 우리는 개인 맞춤형 치료법을 개발하고, 신약 개발에 새로운 통로를 열 수 있습니다.

→ 전신질환 에 중요하다는 연구결과 증가중 

지금까지 reference genome 연구가 있었기때문에 잘 발전할 수 있었음.

마찬가지로 미생물 유전체에서도 reference microbiomes 가 필요하다. 라는 주장이 많았음.

그전까지 연구는 그냥 단백질만 분석을해서 어떤것들이 있더라.. 라는건 알 수 있었지만. 

정확히 대표적으로 어떤 species / 어떤 기능이 질환에 연관을 주는지에 대한 연구가 없었다. 

rRNA sequencing 연구는 불가능. —> whole metagenomic sequencing (WMS)

rRNA 시퀀싱 연구와 전체 메타젠오믹 시퀀싱(WMS) 연구는 미생물 생태학 및 다양성을 이해하는 데 사용되는 두 가지 주요한 유전체 분석 방법입니다. 이 두 방법은 다음과 같은 차이점이 있습니다:

• 대상 유전자 또는 유전체 영역:
• 대상의 범위:
• 해석의 복잡성:

따라서 연구 목적 및 필요한 정보의 범위에 따라 rRNA 시퀀싱 또는 전체 메타젠오믹 시퀀싱(WMS) 방법 중 하나를 선택할 수 있습니다.

EV도 WMS 통해 해서, reference genome 을 만드는게 좋겠다. 

장내미생물 – 한국사람 약 1,600개.. 전체 데이터베이스의 1.43%. 

(미국/ 중국 등이 가장 많이 발견됨.)

#Cultured microbes -> isolated  genomes 기존의 방식

나중의 방식) 난배양성 ( culturomics -> isolated genomes) (culture가 안되는 미생물을 culture가 되도록)

1년에 100개 정도. 

장내미생물 수천개일텐데.. 장내 전체 미생물 언제 다 만드냐 너무 오래걸림. 

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WMS reads → (Assembly; overlab based assembly) —> contigs (하나의 gnome으로 어떻게?) —> (binning, 비슷한 DNA패턴을 갖고있을것이다, 양이 비슷할것이다)  —> Bins (하나의 gnome이라 생각)

Q. 왜 일부씩만 잘라서 하지?

Culture 를 못하는 gnome이 80% 이상.. Culture 안해도 분석가능한 방법이 필요해짐. 

Long read sequencing (complete cMAG with noGAP) ; 완벽한 gnome read 

HiFi metagenomics sequencing for cataloging cMAGS 

Assemble 

Q. 강의 잘들음. 저에게는 새로운 분야라 기본적인 내용을 여쭤보고 싶은데요,

Whole metagenomic sequencing read 기법을 통해 sequencing 을 할때, 

Overlab을 해서 read하고 이것을 비슷한 dna 패턴을 갖고있을것이다 , 양이 비슷할 것이다 라는 가정하에 binning 을 해서, 하나의 gnome 이라고 하고 보고하여 카탈로그를 한 것 같은데, 

해당 방법으로 정말 해당 gnome 이 정확하게 sequencing 되었다고 할 수 있을까? 말씀해주셨듯이 gnome 이 유사한 다른 species 가 당연히 존재할 것이고,  해당 방법은 그럴 것이다~라는 가정 하에 묶는 것이기 오류가 있을 텐데. 그럴 경우 조금만 바뀌어도 완전히 다른 gnome 이라고 인식될텐데… 해당 방법으로 지금까지 쌓아온 Big data catalog 를 정말 믿을 수 있는지 궁금하다. 

또 관련해서, WMS read 기법을 이용해서 정확하게 gnome 을 식별했다. 라고 말할 수 있는 검증 방법이 있나? 예를 들어 조금 더 발전된 기술인 Long read sequencing 및 Hifi metagenomics sequencing, whole genome 기반 sequencing 를 통해 분석을 해서, 그 전 catalog 들의 결과들이 동일하게 나오는지, 검증한번 해봐야하지않을까? 

얼마나 잘 alignment 되었나, 검증하는 지표로서 Read classification rate 를 보여주는 것 같은데,

 gnome sequencing의 실제 정답값을 우리가 모르는데 이를 어떻게 계산하는거지? 만일 reference gnome 카탈로그를 기반으로 계산한다고 해도.. Reference gnome 자체도 결국 동일한 분석을 통해 나온 결과인데, 이를 정답으로 삼아 계산해도 되나? 하는 생각이 든다. 

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카탈로그도 여러 종류인 것 같은데 카탈로그별로도 다 .. 다른거면.. 

Gnome 이 유사한 다른 species 가 존재한다. Whole genome 기반으로 프로파일링 해야한다.. 

전체를 한번에 이미징해야하는 방법밖에없나? 

Q. marker-based VS DNA-based .. 

TANB77 

Culture → 쥐에 주입 → control 과 비교 

But TANB 는 culture가 안됨. → 

Q2.culture 가 되는 것과 culture가 되지 않는 것의 차이는 뭐지?  80% 이상이 culture 가 안되는거라고 이야기 헤주셨는데, 장내미생물은 장 내에서 잘 살아가니까 무조건 배양이 되긴 해야할 것 같은데.. 사실 모든 장내미생물은 다 culture 가 되는데, 그냥 그 조건을 못찾아낸건가? 그냥 장 내 환경이랑 동일하게 만들어주면 되지않나..? 

다 동일한 환경 안에서 살아가는애들인데, 장내미생물마다 다 culture 환경이 다 다를수가 있나??