의학 생명과학 세특 예시, 비강 통한 BBB 통과 가능 약물 활용의 가능성을 안내해드리는 안내 포스팅입니다. 고등학교 생기부 세특 예시 포스팅은 과목별 전공별 주제별로 나누어 시리즈로 제공되고 있으며, 해당 자료는 본문 내 참고자료에 기반하고 있습니다.
의학 생명과학 세특 예시를 위한 안내 포스팅입니다. 주제는 비강을 통한 혈관-뇌 장벽, blood-brain barrier (BBB) 통과를 통한 약물의 전달과 초음파를 이용해 종양 유리 DNA 를 검출하는 초음파 뇌 생검에 관한 주제입니다.
의학 생명과학 세특 예시, 비강 통한 BBB 통과, 초음파 뇌 생검
여러 장기의 질병 중 뇌 관련 질병은 진단과 치료가 모두 어려운 대표적인 질환으로 꼽고 있습니다. 이유는 뇌 감염 방지를 위해 혈관-뇌 장벽이라는 방어막을 가지고 있는데 이 방어막이 뇌로 들어가는 치료용 약물의 통과 역시 차단하고 있기 때문입니다. 또한 정확한 진단을 위해서는 뇌 생검이 필수적인 질환의 경우 두꺼운 두개골을 열고 뇌의 일부분을 도려낸다는 침습적인 검사 방법 자체로 이를 꺼려하는 환자가 많기 때문입니다. 이러한 뇌 주변의 혈관을 둘러싸 보호막 역할을 하는 혈액-뇌 장벽은 일반적으로 지방 입자의 경우 비교적 통과가 용이한 것으로 알려져 있습니다.
본 포스팅에서 확인한 연구들 중 뇌에 구조적으로 가깝게 위치한 코를 통해 뇌 접근을 시도한 사례가 있었습니다. 일반적으로 뇌와 가장 가까운 위치에 있고, 신경 전달 경로도 가장 짧은 후각 경로를 이용한 뇌로의 접근 시도는 다음과 같은 방법으로 진행되었습니다. 연구진들은 금 나노 입자로 구성된 에어로졸을 제작하되, 체내 추적이 가능하도록 형광 마커로 태그하였습니다. 사람에게서 진행된 실험이 아닌 첫 연구는 메뚜기에게서 진행되었고, 나노입자 비강 스프레이는 치료가 가능한 약물 농도가 뇌에 도달하는데 약 30분에서 1시간의 시간이 소요되며 효과적으로 뇌의 도달이 가능함을 확인할 수 있었습니다. 또한 수 시간동안 관찰한 후각 신경 세포의 부작용은 없음을 확인하였습니다.
이 연구는 인간에게도 후각 신경 세포를 이용하여 뇌에 도달할 수 있는 경로가 가장 짧은 뇌 도달 경로임을 확인해주는 연구이며, 비강 스프레이에 약물 입자를 동반하여 적용한다면 뇌 질환 관련 치료가 가능할 것이라는 가능성을 제시해주는 연구가 될 수 있습니다.
참고자료 : https://source.washu.edu/2017/04/a-simple-sniff/
참고자료 : https://www.nature.com/articles/srep44718
A simple sniff
A team of engineers from Washington University in St. Louis has combined nanoparticles, aerosol science and locusts in new proof-of-concept research that could someday vastly improve drug delivery to the brain, making it as simple as a sniff.
source.washu.edu
이후 연구진은 비강 스프레이를 활용하되 초음파 펄스를 추가적으로 도입하여 약물 전달의 효과를 높이고자 하였습니다. 비강 스프레이에 나노 입자를 도입한 경우 뇌에 도달이 가능한 것을 확인한 후, 연구진은 초음파 조영제에 미세 기포 혼합물을 나노입자 비강 스프레이로 제작하여 비강으로 주입한 후, 뇌의 치료 부위에 초음파 펄스를 조사하였습니다. 치료가 필요한 뇌 주변 부위에 미세기포가 지나가며 여기에 초음파가 조사된 경우 미세 기포는 수축과 팽창을 반복하게 되고 이는 혈관벽을 순간적으로 열어 약물 입자를 주변 뇌 조직으로 전달할 수 있음을 확인하였습니다.
이 방법 역시 인체 내 부작용 확인을 위해 PET 스캔을 통해 다른 장기의 나노입자 축적이 문제가 될 수준은 아닌지 확인하였고, 여러 장기에서 입자의 최소 축적으로 문제가 되지 않음을 확인하였습니다. 이로서 뇌 중앙 부위인 뇌줄기에 발생한 종양 치료를 위한 약물 주입이 효과적으로 이루어질 수 있음을 확인할 수 있는 연구를 진행하였습니다.
참고자료 : https://source.washu.edu/2018/09/focused-delivery-for-brain-cancers/
참고자료 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168365918304140?via%3Dihub
뇌 관련 질환의 치료에만 초점을 맞춘 것이 아니라 더 나아가 뇌 종양 등의 침습적인 생검을 통해서만 진단이 가능한 것으로 알려진 뇌 관련 질환의 비침습적인 진단을 위해 기존 방법이 활용되었습니다. 일반적으로 뇌 종양 역시 특정 유전자의 발현량이 증가하여 바이오마커로 활용되는 경우가 종종 있습니다. 이들 유전량이 증가한 바이오마커 유전자는 작은 조작의 유리 DNA를 생산하는 경향을 가지고 있고, 이들은 혈액-뇌 장벽에 조그만 틈이 생겨도 작은 사이즈로 인해 쉽게 혈액 내로 유출될 것이므로 이를 통한 진단이 가능하다는 것이 연구진의 아이디어였습니다.
기존 초음파 조영제에 미세기포를 포함한 나노입자를 주입하고, 초음파를 종양 부위에 주사하여 혈관 벽을 확장시키면 뇌 종양 내 종양 유리 DNA가 혈액으로 흘러 나올 것이고, 이를 바로 PCR 등으로 확인하면 바이오마커의 확인이 가능할 것이라 생각했습니다.
연구진은 생쥐와 돼지에서 이 방법을 테스트 하였고, 유전자 민감도와 진단 민감도가 모두 수십배에서 수백배 상승하여 높은 진단 효율을 보일 수 있음을 확인하였습니다. 확인한 유전자 바이오마커 유리 DNA는 순환 종양 DNA, ctDNA 라고 부르며, 초음파 생검을 통해 뇌 종양 진단에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
참고자료 : https://source.washu.edu/2021/11/noninvasive-brain-biopsy-shows-improved-sensitivity-in-tumor-detection/
참고자료 : https://www.thno.org/v12p0362.htm
Noninvasive brain biopsy shows improved sensitivity in tumor detection
A team of researchers led by Hong Chen has developed a noninvasive diagnostic method that may one day replace tissue biopsies with a simple blood test.
source.washu.edu
Sonobiopsy for minimally invasive, spatiotemporally-controlled, and sensitive detection of glioblastoma-derived circulating tumo
Christopher P. Pacia1#, Jinyun Yuan1#, Yimei Yue1, Lu Xu1, Arash Nazeri2, Rupen Desai3,4, H. Michael Gach1,2,5, Xiaowei Wang6,7, Michael R. Talcott8, Aadel A. Chaudhuri5,9,10,11, Gavin P. Dunn3,4, Eric C. Leuthardt1,3,12,13, Hong Chen1,5 1. Department of B
www.thno.org
이상은 의학 생명과학 세특 예시를 위한 안내 포스팅으로 주제는 비강을 통한 혈관-뇌 장벽, blood-brain barrier (BBB) 통과를 통한 약물의 전달과 초음파를 이용해 종양 유리 DNA 를 검출하는 초음파 뇌 생검에 관한 주제였습니다.
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