유전자 알고리즘과 유한요소 해석을 이용한 아스팔트 포장구조체의 탄성계수 추정

황정준 단국대학교 2006 국내석사

효율적인 포장관리를 위해서는 공용중인 아스팔트 포장구조체의 구조적 적정성 평가 방법이 필요하며 이를 위한 평가 장비로 FWD(Falling Weight Deflectometer)를 많이 활용하고 있다. 구조적 적정성 평가를 위한 다수의 역해석 프로그램들은 FWD 표면 처짐값을 이용하여 포장구조체의 각층 탄성계수를 추정하나 다층 탄성 이론을 이용하여 표면 처짐값을 계산하기 때문에 정확한 역해석에 무리가 있다. 또한 전역적 탐색이 곤란한 역해석 기법을 활용하기 때문에 정확한 최적화 지점을 탐색하지 못하는 단점이 있다. 이에 본 연구에서는 유한요소해석과 유전자 알고리즘을 기반으로한 GAPAVE 프로그램의 정확도를 높이기 위한 효율적인 운용 방법에 대해 연구하였다. 본 연구에서 활용한 GAPAVE 프로그램은 유한요소해석과 유전자알고리즘을 기반으로 하였기 때문에 정확한 FWD 처짐값을 계산할 수 있고 전역적 탐색을 통해 보다 정확한 최적화 지점을 탐색할 수 있다. 유전자 알고리즘은 유전자 알고리즘 연산자가 해석에 중요한 인자가 되기 때문에 기존에 제시된 연산자를 기준으로 역해석 결과에 미치는 연산자의 민감도를 분석하였으며 포장구조체의 구조 및 강성 조건에 따라 그 최적 값이 다름을 알 수 있다. 이에 본 연구에서는 포장구조체의 조건에 따른 최적의 유전자 알고리즘 연산자 선정 절차와 세부적인 연산자의 범위를 제시하여 보다 효율적인 GAPAVE 프로그램의 운영 방법을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 방법의 정확도를 검증하기 위해 MODULUS, EVERCALC 프로그램의 해석 결과와 기존에 제시된 2개의 유전자 알고리즘 연산자의 해석 결과를 비교하였다. 비교 결과, 본 연구에서 제안한 방법으로 선정된 유전자 알고리즘 연산자의 해석 결과가 보다 정확함을 나타냈으며 다른 역해석 프로그램에 비해 GAPAVE 프로그램의 해석 결과가 보다 정확함을 나타내었다. 또한 도로의 장기 공용성 문헌자료의 FWD 처짐값과 회복탄성계수 값을 이용하여 GAPAVE 프로그램의 현장 검증을 수행하였으며 아스팔트층 탄성계수와 노상층 탄성계수의 역해석 결과는 회복탄성계수 시험 자료와 일치하는 경향을 나타냈으나 입상층의 경우 오차가 크게 나타났다. 또한 다단계 하중에서의 FWD 처짐값을 이용하여 입상 재료 탄성계수의 응력의존적인 비선형성을 분석하였다. 노상층 탄성계수는 작은 비선형성을 나타내었지만 입상층은 큰 비선형성을 나타내었으며 입상재료의 탄성계수는 응력의존적인 비선형 모델을 적용하여 역해석 하는 것이 보다 타당하다고 판단된다. It is important to predict structural adequacy of conventional flexible pavements in service for the efficient pavement management using the falling weight deflectometer(FWD). A number of back- calculation programs are available for predicting pavement layer moduli from FWD surface deflections. However, they are mostly based on the layered elastic theory in calculating the surface deflections and pavement responses. The purpose of this study is to propose the procedure for using the GAPAVE program efficiently. GAPAVE program is a back- calculation program based on finite element method(FEM) and genetic algorithm(GA). The use of the FEM in forward calculation incorporating with GA enables to improve the accuracy in backcalculating the pavement layer moduli. From the sensitivity analysis, to use GAPAVE efficiently needs optimum GA parameters and GA parameters are affected by structural and stiffness conditions of pavements. This study proposes the procedure for the selection of GA parameters and the detailed ranges of GA parameters. A comparison study with MODULUS, EVERCALC program and other GA parameters was conducted to check the backcalculation accuracy of GAPAVE program. It found that the use of GA parameters suggested by author can improve the prediction quality in backcalculating the pavement layer moduli. FWD deflection and resilient modulus test data obtained from Long-Term Pavement Performance database were used for evaluating the performance of the GAPAVE program. Backcalculated asphalt concrete layer moduli and subgrade moduli were validated well but results of subbase moduli are not good. And multi-load level FWD data were used for estimating the nonlinearity of granular material moduli. Subgrade moduli were small dependent on stress condition but subbase moduli were dependent on stress condition largely. Therefore it needs to consider stress dependent model for backcalculating granular material moduli.

Method development for preparation of DNA/nanocomplexes useful in delivering genetic materials into cells : 유전자의 세포내 도입을 위한 나노 미립자 복합체의 개발에 관한 연구

이경화 Graduate School of Sejong University 2004 국내박사

Ca-phosphate/DNA복합체를 이용하여 특정 유전자를 세포 내에 도입하는 기술은 1973년 Graham F.L와 Van der Eb에 의해 개발되어 사용되기 시작한 이후로 매우 광범위하게 사용되어 왔다. 이 유전자 도입 기술은 유전자 치료와 유용 단백질 생산 분야에서 매우 중요한 핵심적인 기술로 사용되고 있는데, 특별한 장비나 재료가 필요한 것이 아니고, 간단하게 복합체를 만들 수 있고, 또한 비교적 높은 유전자 도입률을 얻을 수 있어, 유전자 도입에 폭 넓게 이용되어 왔다. 그러나, 미세한 제조환경의 변화에 따라 복합체의 유전자 도입률이 급격하게 변화하기 때문에 이러한 방법을 사용하는 데에 많은 제약이 있었다. 본 연구는 이와 같은 Ca-phosphate/DNA 복합체의 제조법이 가지고 있는 문제점을 극복하기 위한 것으로써, 유전자 도입률을 향상시키고 제조환경의 미세한 변화에 대해서도 안정적인 복합체 제조 공정을 개발하여 인공조직 및 장기의 유전자치료에 이용할 수 있도록 하는 것에 연구 목적을 두었다. Ca-phosphate/DNA 복합체를 이용한 유전자도입 효율을 최대화하기 위해 세포의 농도, CaCl2 농도, HBS (HEPES buffer) 농도, DNA 농도, 복합체 제조 시간과 제조 온도 및 pH 등을 최적화하여 이러한 목적을 달성하고자 하였다. 또한, 대량의 Ca-phosphate/DNA 복합체 생산과 장기간 보관을 위한 저장법에 관한 연구를 수행하여 유전자 도입률을 1주일 이상 유지할 수 있는 방법을 제안하였다. 이와 같은 연구를 통해 기존의 Ca-phosphate/DNA 복합체 제조 기술을 활용할 경우의 유전자 도입률의 최대화와 복합체의 저장이 가능하게 되었으나, 근본적으로 기존의 방법이 가지는 불안정성의 요소가 극복되지는 않은 상황이었다. 따라서, 기존의 제조법이 갖는 불안정성을 극복하는 새로운 제조법을 탐색하게 되었고, 이에 따라, 안정적이며 높은 유전자 도입률을 가지는 새로운 Ca-phosphate/DNA 복합체 기술을 개발하게 되었다. 새롭게 개발된 기술은 여러 가지 종류의 세포로 유전자 도입이 가능하며, 안정적인 유전자 도입률을 유지한다는 것을 확인하였다. 이 기술은 Ca-phosphate 입자를 우선적으로 제조하는 것에 기초를 두고 있다. 제조된 Ca-phosphate 입자를 포함한 용액에 DNA의 분산용액을 첨가하면 DNA가 입자표면에 흡착되어 Ca-phosphate/DNA 복합체가 만들어지고 이것을 세포에 도입하는 방식을 취하게 되는데, 이것은 입자를 대량으로 제조할 수 있는 장점을 가지게 된다. 이렇게 제조된 입자에 흡착되는 DNA 양을 다양한 시간의 범위에서 측정하여 그 동력학적 특성을 살펴 보았으며, 새로 개발된 Ca-phosphate/DNA 복합체 방법과 lipofectamine과 같이 기존에 산업체에 의해서 개발되어 사용되고 있는 유전자전달체들과의 비교 실험을 통해, 본 연구팀이 개발한 방법이 경쟁력 있는 유전자 도입률을 나타낸다는 것을 확인하였다. 또한, Ca-phosphate/DNA 복합체 입자의 크기는 유전자 도입률과 직접적인 관계가 있다는 것을 확인하였는데, 수십 나노미터 크기의 작은 복합체가 세포내로의 유전자 도입을 향상시킨다는 것을 확인할 수 있었다. 한편 작은 크기로 분쇄 시킨 Ca-phosphate 입자는 시간이 지나면 다시 응집되는 현상이 나타나게 되는데, 이러한 응집 현상은 유전자의 도입률 저하를 초래하게 된다. 따라서, 입자를 작은 크기로 유지 할 수 있도록 하는 기술개발이 필요하였고, 그 결과 BSA (Bovine serum albumine)와 같은 단백질을 입자에 흡착시켜 입자들끼리 응집되는 현상을 막을 수 있었으며, 반면에 유전자 도입률에는 변화를 주지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구의 결과는 매우 간단한 방법으로 목적하는 세포에 효율적이고 안정적으로 유전자를 전달할 수 있는 기술을 제시하고 있으며, 이를 통해 인공조직 및 장기를 활용한 유전자치료 연구가 더욱 활성화 될 수 있을 것으로 기대된다. Ca-phosphate precipitation technique has been one of the most common methods to introduce genetic information into a variety of cells. This is an effective non-viral gene delivery system but is also widely used to produce viral vectors in industries. However, since a narrow window of parameter values used for Ca-phosphate/DNA complexes preparation influences the transfection efficiency dramatically, the outcome differs among research groups. Therefore, through it is a simple and economical transfection method, acquisition of reproducibility has been a major issue, when the Ca-phosphate/DNA precipitation technique is used particularly in a large-scale transfection. In this study, key parameters for preparation of Ca-phosphate/DNA complexes were examined, and optimized for stable high transfection efficiency, which is an essential in gene therapy applications. To secure the reproducibility for large-scale applications, the effects of long-term storage of the Ca-phosphate/DNA complex were also examined. The DNA complex particles were suspended in the culture medium and stored at different temperatures. Full scale transfection efficiency maintained for a week when Ca-phosphate/DNA complexes were stored at 4℃, but dropped to a half from the beginning of storage at -20℃. In the newly developed method, DNA is added to the solution containing the pre-formed particles to produce Ca-phosphate particles with adsorbed DNA. Transfection efficiency obtained from these complexes was compared to those obtained from conventional reagents, Lipofectamine and Polyfect. In order to increase the transfection efficiency, sodium butyrate, chloroquine, glycerol, and DMSO were added during transfection, and their effects as elicitors were confirmed. Transfection to different cell lines was examined and showed cell line-dependent pattern. Transfection efficiency was particle-size dependent. As size of particles increased, transfection efficiency decreased. Since particle size could be controlled as small as less than 20 nm and trasfection efficiency was maintained high, this newly developed preparation method of Ca-phosphate/DNA complex seemed to be a useful tool for large scale transient trasfection used in gene therapy applications.

유전자원 특허관련 TRIPS와 CBD의 관계에 관한 연구

이선 고려대학교 대학원 2011 국내석사

The development of biotechnology has made it possible to discover a number of genetic resources which exist in nature but were unable to be separated or refined until now. Thanks to cutting-edge technology, the use of genetic resources based on traditional knowledge of indigenous peoples or local communities is now obtaining high commercial value throughout the world. This has led developed nations to grant patents on genetic resources to their national companies in order to keep the profit earned by the discovery or use of new genetic resources. Granting a patent on a genetic resource means that a private person obtains exclusive right to the genetic resource in question and it prevents others from using them without permission. A patent acknowledges private rights on substances obtained from nature; however, the profit gained from nature itself or from traditional knowledge does not involve any surprising ideas, hence the hot debate between developed and developing countries regarding the granting of these types of patents. Simply put, the issues can be represented as follows: Is it possible to grant patents on genetic resources? If it is possible, then to what extent and under what circumstances can they be permitted? Concerning the first point of the issues, article 27 of The Agreement on Trade-Related Aspects of Intellectual Property Rights (TRIPS) specifies patentable subject matter. According to the article, patents shall be granted to any inventions which are new, involve an inventive step, and are capable of industrial application. The problem is that there is no definitive meaning of "invention," "new," and "inventive step" provided by TRIPS. In the context of intellectual property law, the ordinary meaning of “new” is something that was not available to the public before the application for a patent. Even if the subject matter has existed in nature but has just become available to the public, it should be deemed “new” and inventive enough to acquire a patent. In this regard, patents on genetic resources, which borrow main ideas from traditional knowledge or technology, should be granted if the traditional knowledge or technology has not been available to the public through general methods such as sufficient research or translation of documents containing the instruction of traditional knowledge or technology. With regard to the second point of the issues--using traditional knowledge without consent from indigenous peoples or local communities and appropriation of the benefit attained from using such knowledge and technologies--the Convention on Biological Diversity (CBD) should be considered in connection with TRIPS. The CBD sets the protection of traditional knowledge and technology, the obtainment of prior informed consent from the indigenous peoples or local communities, and fair and equitable benefit-sharing between supplier and user of the genetic resource as the top priorities for contracting parties to abide by. According to TRIPS, when granting patents on inventions, there is no need to consider the priorities of the CBD. For this reason, developing countries have argued that TRIPS must introduce the core obligations of the CBD as its own to prevent incompatibility between TRIPS and the CBD and further to foster supportive implementation of the two. On the other hand, developed countries argue that TRIPS and the CBD are already mutually supportive and there is no collision when implementing the obligations of both treaties. As a matter of fact, however, there have been potential incompatibilities between the two international instruments. It would certainly violate the obligations of the CBD when granting patents on genetic resources without any consideration for prior informed consent or fair and equitable benefit-sharing. TRIPS does not prevent its contracting parties from considering the obligations, but generally the member states are reluctant as this would naturally undermine economic gains by doing something unnecessarily burdensome. Some of the debate between the developed and developing countries regarding the second issue seemed to end with the adoption of the Nagoya Protocol on Access to Genetic Resources and the Fair and Equitable Benefit-Sharing Arising from Their Utilization to the Convention on Biological Diversity (hereinafter referred to as "Nagoya Protocol"). The Nagoya Protocol deals with making private contracts between suppliers and users of genetic resources with regard to acquiring prior informed consent and sharing benefit from using them. Moreover, the Nagoya Protocol imposes obligations on contracting parties to prepare a national framework for better implementation and enforcement of the private contracts. Despite the bold stance it has tried to take, it has failed to succeed in the breakthrough of the current system regarding prior informed consent and fair and equitable benefit-sharing, which are of significance to fulfill the obligations from the private contracts, as it could not include the mandatory disclosure obligation when applying for a patent on genetic resources. Before a better system can be established, the best way to deal with the problem at hand is to strengthen the bargaining power of both contracting parties in order to conclude a private contract that ensures prior informed consent and fair and equitable benefit-sharing through a well-organized national law system. Further discussions and efforts should be made to introduce an international framework which has more binding force than Nagoya Protocol in terms of prior informed consent and benefit-sharing. 생명공학의 눈부신 발전은 자연 상태에서 존재해왔으나 종전까지의 기술로는 분리하거나 정제할 수 없었던 유전자원에 대한 새로운 발견을 가능하게 했다. 또한 토착민 및 지역 공동체에서 전해져 내려오던 전통지식에 기반을 둔 유전자원의 이용은 생명공학의 덕택으로 오늘날 전 세계 시장을 상대로 상업적 가치를 가지게 되었다. 이는 유전자원의 새로운 발견이라는 과학적 성과가 창출해내는 고부가가치와 유전자원의 이용을 통하여 얻는 이익이 보호되어야 한다는 인식을 뿌리내리게 하였고 따라서 유전자원에 대한 특허가 선진국을 중심으로 빈번하게 인정되게 되었다. 수많은 유전자원의 특허는 자연 그 자체로 여겨졌던 유전자원을 사유화할 수 있는 계기를 마련해주었고 이로써 선진국의 다수 생명공학 선두 기업에게 막대한 부를 가져다주었다. 이는 국제법적으로 다양한 논의를 양산하였는데, 그 중 가장 큰 논의는 과연 유전자원 그 자체에 대한 특허가 인정될 수 있는가, 그리고 만약 허용한다면 어느 정도까지, 어떠한 조건 하에서 허용하여야 하는 것인가에 관한 것이다. 이는 무역관련 지적재산권에 관한 협정(Agreement on Trade-Related Aspects of Intellectual Property Rights, 이하 ‘TRIPS') 및 TRIPS와 생물다양성협약(Convention on Biological Diversity, 이하 CBD)간의 관계에 관한 문제로 귀결된다. 우선 TRIPS는 제27조에서 특허대상을 규정하고 있다. 이에 따르면 특허를 인정받기 위해서는 당해 상품 및 제법이 발명의 범주에 들어야 하며, 발명은 신규성과 진보성, 그리고 산업상 이용가능성이라는 세 가지 요건을 충족하여야 한다. 그러나 특허를 인정받기 위한 기준으로서의 발명은 무엇인지, 발명으로 인정되기 위한 요건인 신규성, 진보성 및 산업상 이용가능성은 무엇인지에 관하여 침묵하고 있고, 이 외의 요건은 전혀 고려하지 않고 있다는 점에서 논란을 빚고 있다. 신규성이란 통상적으로 출원신청접수 이전에 대중에게 이용가능하지 않았어야 함을 의미하는 것이다. 따라서 설령 이전부터 존재하고 있었더라도 새로운 기술로 인하여 비로소 대중에게 인식 가능하였다면 이것은 신규성뿐만 아니라 진보성이 인정되어 특허의 대상이 되어야 함이 옳다. 그러나 이미 대중에게 접근 가능하였던 유전자원을 단순히 추출 및 정제한 것에 그칠 뿐이라면 이는 진보성은 인정될 수 있을지언정 신규성의 인정 가능성은 매우 희박하고 따라서 특허의 대상인 발명이 될 수 없다고 보아야 한다. 유전자원에 대한 특허를 출원한 해당 발명이 토착민 및 지역공동체에서 구전되어 오는 전통 지식 및 기술 또는 관습에 기반하고 있는 경우 이것이 과연 발명으로 인정될 수 있는가의 문제의 경우, 해당 지식 및 기술은 이미 수 세기가 넘도록 전해져 내려온 것이므로 신규성을 인정하기는 어려운 부분이 존재한다. 그러나 구전으로만 존재하여 해당 생활권 외부의 사람들은 전혀 알 수 없는 것이거나 문서로 작성이 되어있어도 그들만의 언어로 작성되어 대중이 이에 대한 접근이 용이하지 않은 경우까지 확대하여 선행기술로 인정하는 것은 전통지식 및 기술에 기반을 둔 발명에 대한 과도한 제한이 된다. 이는 결국 인간이 건강한 삶을 영위하면서 행복을 추구할 수 있는 기회마저 막아버리는 것이 될 수도 있다. 따라서 사용된 전통지식 및 기술에 대해 일반적인 대중이 간단한 번역만으로도 충분히 접근 가능한 문서가 존재하는 경우를 제외하고는 신규성을 인정해 줄 여지는 충분히 존재한다고 보는 것이 옳다. 유전자원의 특허와 관련하여 제기되는 두 번째 논의는 전통 지식 및 기술 등의 사용에 대한 사전승인의 부재 및 유전자원에 대한 상업적 이용 등으로 얻은 이익의 전유(專有)라는 문제이다. 특히 전통지식 및 기술의 보호와 유전자원에 대한 접근에 대한 사전통고승인 및 유전자원의 상업적 이용으로부터 얻은 이익의 공유는 CBD에서 가장 중요하게 다루는 협약당사국의 의무로 규정되어 있기 때문에, 상기 문제들은 TRIPS와 CBD 양자 모두에 가입한 회원국의 경우에 더욱 크게 부각이 된다. 양 조약 모두의 가입국인 경우 유전자원에 대하여 특허를 인정하게 될 때 CBD에서 규정하고 있는 회원국으로서의 의무를 이행하지 못하게 된다면 이는 양 조약의 양립성 문제로 귀결되기 때문이다. 이와 관련하여 선진국과 개도국의 대립으로 대변되는 의견의 마찰을 해소할 수 있는 합의는 도출되지 않은 실정이었는데, CBD 제10회 당사국총회에서 이러한 문제점을 어느 정도 타개할 수 있다고 기대를 모은 유전자원에 대한 접근과 이용으로부터 발생한 이익의 공정하고 공평한 공유에 관한 나고야 의정서(Nagoya Protocol on Access to Genetic Resources and the Fair and Equitable Benefit-Sharing Arising from Their Utilization to the Convention on Biological Diversity, 이하 나고야의정서)가 채택이 되었다. 나고야의정서는 유전자원의 제공자와 사용자간의 사적 계약의 정착과 이를 위한 의정서당사국의 의무를 규정하는 TRIPS와 CBD의 상호 협력적 이행을 위하여 당사자 간의 사적 계약이 최적이라고 주장하는 선진국의 주장은 상당부분 반영하였지만, 이러한 사적 계약의 충분한 이행 및 계약의 불이행시의 조치에 관한 부분에 있어서 가장 중요한 정보 공개 의무 조항을 삭제함으로써 유전자원의 특허와 PIC 및 ABS를 규정하고 있는 CBD상의 의무 이행에 있어 이전에 비해 충분한 극적 변화를 가지고 오는 데는 실패하였다. 따라서 나고야의정서를 능가하는 더욱 완비된 체제가 수립되기 이전까지 의정서의 당사국들은 사적 계약 체결 당사자 간의 상호 합의된 조건을 통하여 이를 설정하는 것이 최선의 방법이라고 할 수 있다. 더불어 국내법의 정비를 통하여 당사자 간 사적 계약을 체결함에 있어서 PIC가 제대로 이루어졌는지, 특히 ABS가 공정하고 공평하게 이루어졌는지에 대한 투명성 제고가 절실히 요구되며, 이를 위해서는 양자가 대등한 위치에서 협상에 임할 수 있도록 협상능력을 강화해야할 것이다. 이를 위해서는 무엇보다도 국가들의 법체계 완비가 우선되어야 한다는 점을 반드시 기억해야 할 것이다.

유전자 검사(DTC) 사용자를 위한 정보시스템 연구

박준호 서울대학교 대학원 2021 국내석사

유전자 검사 시장은 나날이 확대되어 가고 있다. 연평균 성장률 약 10%에 육박하는 급성장이 지속되고 있다. 이는 병원에서의 질병 진단을 위한 유전자 검사보다는 병원을 거치지 않고 소비자에게 직접 판매되는 Direct to Customer(DTC) 유전자 검사의 보급에 힘입은 바가 크다. 관련 상품도 증가하여 유전자 검사 후 맞춤형으로 건강기능식품, 비타민, 화장품 추천을 받거나, 보험 상품과 결합된 형태까지 점차 다양해지고 있다. 하지만 전문가 상담이 부재하여 해석에 오해가 생길 여지가 있다. 이 연구는 유전자 검사를 사용했거나 사용하고 싶은 일반 대중을 대상으로 한다. 목표는 유전자 검사에 대한 올바른 정보를 전달하고, 유전자 검사 서비스의 비교 기준을 제공하며, 질병 리스크와 추가 검사 및 관리 방법에 대한 유용한 정보를 검토할 수 있는 창구를 제공하여, 유전자 검사 관련 최신 정보의 확인과 산업 관련자들과 커뮤니케이션이 가능하게 하는 것이다. 연구 방법으로는 정보의 저장, 검색, 처리와 관련된 정보기술을 보건의료에 적용하고 의료 체계 구성원들의 소통을 도와 지능화에 기여하는 방식으로 데이터를 요약하고 효과적인 지식 공유를 위해 웹 플랫폼을 구축한다. 정보시스템은 사용자 편의를 고려한 웹페이지로 구현하며 포함 내용으로는 유전자 검사에 대한 설명, 검사 대상 유전자와 질병 정보 공유, 현재 존재하는 상품 및 서비스에 대한 비교, 질의응답 및 쌍방향 커뮤니케이션을 위한 게시판, 관련 뉴스 제공 등이 포함된다. 이 플랫폼에 포함되는 데이터는 보건복지부 DTC 유전자검사 가이드라인, 질병관리청 유전자검사 정보 및 유전자검사기관현황, 관련 법령 및 시행령, 주요 회사별 서비스 안내 자료, 번역이 된 유전자 및 질병별 OMIM 데이터, 국민건강영양조사 질병별 유병률, 통계청의 목표질환 사망률, 국가건강정보포털과 임상진료지침정보센터의 검사 추천 및 건강 관리 방안 등이다. 연구의 기대효과 및 활용 방안으로 유전자 검사에 관심 있는 일반 대중의 수요를 가시화 하는 것, 전문지식 및 영어에 익숙지 않은 일반인들의 정보 격차를 해소, 정보 제공자와 사용자 사이의 개방형 커뮤니케이션 창구 확보, 유전자 검사의 올바른 인식 확산 및 생태계 활성화, 개인 맞춤형 헬스케어 서비스 발전에 기여가 있다. The genetic testing market is expanding day by day. Rapid growth is continuing, reaching an annual average growth rate of about 10%. This is largely due to the spread of Direct to Customer (DTC) genetic tests that are sold directly to consumers without going through hospitals rather than genetic tests for disease diagnosis in hospitals. Related products are also increasing, and after genetic testing, customized recommendations for health functional foods, vitamins, and cosmetics are gradually diversified to forms combined with insurance products. However, due to the lack of expert consultation, there is a possibility of misunderstanding in interpretation. This study is aimed at the general public who has used or wants to use genetic testing. The goal is to deliver the right information about genetic testing, provide a basis for comparison of genetic testing services, and provide a window to review useful information about disease risk and additional testing and management methods, to keep up-to-date information on genetic testing. It is to enable identification and communication with industry stakeholders. As a research method, information technology related to storage, retrieval, and processing of information is applied to health care, and data is summarized in a way that contributes to intelligence by helping members of the medical system communicate and establish a web platform for effective knowledge sharing. The information system is implemented as a web page that considers user convenience, and includes descriptions of genetic tests, sharing of gene and disease information to be tested, comparison of existing products and services, and bulletin boards for question-and-answer and interactive communication, and related information. This includes providing news and more. The data included in this platform includes the Ministry of Health and Welfare DTC genetic testing guidelines, the Korea Centers for Disease Control and Prevention (CDC) genetic testing information and the status of genetic testing institutions, related laws and regulations, service guidance data by major companies, translated OMIM data by genes and diseases, and national health. Nutritional survey disease prevalence, target disease mortality rate of the National Statistical Office, examination recommendations and health management measures from the National Health Information Portal and Clinical Guidelines Information Center. To visualize the demand of the general public interested in genetic testing as an expected effect and utilization plan of the research, to bridge the information gap between the general public who are not familiar with professional knowledge and English, to secure an open communication window between information providers and users, and to use genetic testing. It contributes to spreading correct awareness, revitalizing the ecosystem, and developing personalized healthcare services.

주의력 결핍 과잉행동 장애 아동에서 노르에피네프린 수용체(ADRA2A)와 노르에피네프린 운반체 (SLC6A2)가 주의력 및 치료결과에 미치는 효과 : Role of gene-gene interaction between ADRA2A and SLC6A2 polymorphism to attention system and treatment outcome in

강제욱 인제대학교 대학원 2012 국내박사

국문초록 주의력 결핍 과잉행동 장애 아동에서 노르에피네프린 수용체(ADRA2A)와 노르에피네프린 운반체 (SLC6A2)가 주의력 및 치료결과에 미치는 효과 강 제 욱 (지도교수: 김 봉 석) 인제대학교 대학원 의학과 목적: 주의력 결핍 과잉행동 장애 환자에 대한 유전연구에서 dopamine, norepinephrine을 포함한 catecholamine이 ADHD의 병인과의 연관성이 지속적으로 제시되고 있다. 최근에는 이러한 후보 유전자들 간의 조합이 질환에 상승 효과 혹은 길항 효과를 보인다는 보고들이 있으며, 이는 질환의 원인을 규명하는 연구에서 중요한 점으로 인식되고 있다. 본 연구에서는 최근 주목 받고 있는 노르에피네프린 관련 유전자들간의 상호작용이 질환의 임상 특성 및 치료에 미치는 효과를 알아보고자 하였다. 방법: 본 연구에서는 83명의 ADHD 환자(평균 연령: 8.3±2.0세, 남자: 72명, 여자: 11명)가 연구에 참여하였다. 진단은 K-SADS-PL로 확진 하였으며, 약물 치료 효과는 ADHD rating scale-IV (ARS) 및 CGI-S, CGI-I로 평가하였다. 신경심리검사인 종합주의력검사(Comprehensive Attention Test, CAT)로 주의집중력 관련 지표들을 측정하였다. 치료 약물은 methylphenidate (metadate CD)제재를 사용하였으며, 개방형 연구로 2주 간격으로 8주간 치료효과를 평가하였다. 약물 용량은 임상가의 판단에 따라 적절한 용량 조절을 하였다. 후보유전자는 norepinephrine 계열의 유전자로 노르에피네프린 수용체(alpha-2 adrenergic receptors, ADRA2A) 및 노르에피네프린 수송체(norepinephrine transporter, SLC6A2)을 선정하여 유전형을 분석하였다. 결과: 치료 전 ARS 평가에서 부주의 증상이 ADRA2A rs553668 CC 유전형(Mdn = 20.50)이 CT나 TT 유전형(Mdn = 18.00)에 비해서 유의하게 높게 평가되었다(U= 526.5, p = 0.035, r = 0.23.). ARS 총점에서도 CC 유전형(Mdn = 35.00)이 다른 유전형(Mdn = 31.00)에 비해서 높은 경향성을 보였다(U= 555.5, p = 0.068, r = 0.20). SLC6A2 유전자 다형성은 ARS 점수와는 상관관계가 없었으며, 두 ADRA2A×SLC6A2 간의 상호작용은 보이지 않았다. CAT에서는 ADRA2A CC 유전형이 시각 및 청각 오경보 실수(commission error)에서 유의한 영향을 나타냈으며, ADRA2A CC 유전형과 SLC6A2 GG 유전형 조합이 다른 유전형 조합에 비해 오경보 실수에서 유의하게 높게 나타났다(p<0.01 and p<0.05). CGI-S로 평가한 약물 반응에서 SLC6A2 GG 유전형이 GA나 AA 유전형에 비해 유의한 호전을 보였다(χ2(1) = 5.794, p < 0.05). 혼합 모형에서 유전자×약물용량 간의 상호작용을 보였으며, SLC6A2 GG 유전형의 경우 용량이 증가할수록 ARS 총 점수가 유의하게 감소하였다((F(4,294)=3.317, p = 0.01) 결론: 본 연구는 ADHD의 내적 표현형(endophenotype)과 노르에피네프린 관련 유전자간의 상호작용을 규명하였으며, 또한 약물용량과 유전자 간의 상호작용이 약물반응에 미치는 효과를 규명하였다. 본 연구의 결과들은 기존의 SLC6A2 유전자 다형성이 약물 반응에 영향을 미친다는 연구들을 지지하고 있다. 중심단어: 주의력결핍과잉행동장애, 노르에피네프린 수용체 유전자, 노르에피네프린 운반체유전자, 종합주의력 검사, 약물-유전자 상호작용, 유전자간 상호작용

산업적 관점에서의 유전자변형식품 산업의 발전방향에 관한 연구 - 산업혁신체제 이론을 바탕으로 -

장원 서울대학교 대학원 2023 국내석사

본 연구는 국내 유전자변형식품산업에 대한 원활한 형성과 지속적인 성장을 위한 발전방향에 관한 고찰을 수행하였다. 산업혁신체제론에 기반을 둔 산업분석을 통해 국내 유전자변형식품산업의 발전방향을 논의한 결과는 다음과 같다. 첫째, 국내 유전자변형식품 산업의 발전방향 중 지식과 기술 측면에서는 현시점 시장화가 이루어질 유전자변형식품산업에 대해 3세대 유전자 가위 기술인 크리스퍼 카스 기술을 식품산업에 적용하기 위한 방안을 연구할 필요성이 있다. 둘째, 국내 유전자변형식품 산업의 발전방향 중 활동주체와 네트워크 측면에서는 유전자변형식품의 혁신주체 기업들의 CSR 활동을 이행해야 할 필요성을 제안하였다. 셋째, 국내 유전자변형식품 산업의 발전방향 중 기관과 제도 측면에서는 GMO와 관련한 연구개발의 지원과 소비자 대상의 조사기관, 그리고 식품 개발과 유통사항을 관할하는 컨트롤타워 조성이 무엇보다 시급하다는 필요성을 제언하였다. 이상의 연구결과에서 나아가 국내 유전자변형식품에 대한 다수의 후속연구들이 진행되어 산업적 발전이 이루어질 수 있는 토대가 마련되기를 기대한다. This study conducted a review of the direction of development for the smooth formation and continuous growth of the domestic genetically modified food industry. The results of discussing the development direction of the domestic genetically modified food industry through industry analysis based on the theory of industrial innovation system are as follows. First, in terms of knowledge and technology among the development directions of the domestic genetically modified food industry, it is necessary to study ways to apply CRISPR/Cas9 technology, a third-generation genetic scissors technology, to the food industry. Second, in terms of activities and networks among the development directions of the domestic genetically modified food industry, it was suggested that CSR activities of companies that innovate genetically modified food should be implemented. Third, in terms of institutions and systems among the development directions of the domestic genetically modified food industry, it was suggested that it is most urgent to support R&D related to GMO, research institutes for consumers, and to create a control tower that oversees food development and distribution. Furthermore, it is expected that some follow-up studies on genetically modified foods in Korea will be conducted to lay the foundation for industrial development.

유전자원 기반 특허의 출처공개 의무화에 관한 연구 : 해외 입법례 검토 및 우리나라 특허절차상 도입방안을 중심으로

윤지영 고려대학교 대학원 2026 국내석사

유전자원에 대한 자유로운 접근과 이용을 바탕으로 한 기술 개발은 인류에게 많은 이익을 제공해 주었다. 하지만 이 과정에서 유전자원 제공국과 이용국 사이의 공정한 이익 공유 방안과 유전자원에 대한 실질적인 보호 문제가 대두되었다. 이에 따라 생물다양성협약, 나고야 의정서, WTO TRIPs 등 다양한 국제 논의들이 전개되었으나, 이는 법적 구속력이 없는 자발적 지침이거나 모호한 표현으로 인해 국내 이행이 어렵다는 한계가 있었다. 오랜 기간 논의 끝에, 2024년 5월 세계지적재산기구 외교회의에서 ‘지적재산, 유전자원 및 관련 전통지식에 관한 WIPO 조약’이 채택되었다. 동 조약은 유전자원에 기반한 발명의 특허출원시 해당 유전자원의 출처를 공개하도록 의무화하는 ‘출처공개제도’를 규정하고 있다. 그러나 우리나라는 유전자원 이용국으로, WIPO 조약 논의 단계부터 출처공개제도의 도입에 반대 입장을 견지해 왔다. 그러나 최근 한국인의 해외 특허출원 증가, 국제적 혁신 활동을 지원의 필요성 그리고 FTA를 통한 출처공개제도의 확대 가능성을 고려할 때 출처공개제도 도입을 검토할 필요성이 커지고 있다. 나아가 토착민이 겪어 온 구조적 불평등을 해소하고, 지속가능한 번영을 도모하기 위해서도 유전자원 출처공개제도의 도입은 장기적으로 중요한 과제로 평가된다. 이에 본 논문에서는 유전자원 출처공개제도를 우리 특허법에 도입하는 방안을 제시하였다. 이를 위해 출처공개제도 관련한 전 세계 입법례 현황을 검토하고, 이를 ① 특허출원서에 출처를 기재하는 방식, ② 출처공개등기표 제출을 통한 방식, ③ 명세서에 관련 정보를 기재하는 방식, ④ 접근계약 사본을 제출하는 방식의 4가지 유형으로 비교·분석하여 국내 도입 방향성을 모색하였다. 이러한 검토를 토대로 국내 특허절차상 출처공개제도 도입 방안을 제시하였다. 구체적으로 ① 특허출원서에 기재하는 방안, ② 유전자원 출처 관련한 별도 서류를 제출하는 방안, ③ 특허명세서의 ‘발명의 배경이 되는 기술’에 출처를 공개하는 방안, ④ 특허명세서의 ‘발명을 실시하기 위한 구체적인 내용’에 출처를 공개하는 방안, ⑤ 특허명세서의 ‘기재요령’을 개정하는 방안을 고려하여 볼 수 있다. WIPO 조약의 채택은 유전자원 출처공개의무가 새로운 국제규범으로 정착되고, 이러한 논의가 특허를 넘어 지적재산권 전반으로 확대될 가능성을 의미한다. 따라서 유전자원의 중요성과 가치가 점차 부각되는 현 시점에서, 해외 입법례에 대한 면밀한 분석과 국내법의 제도적 보완을 통해 유전자원 출처공개제도의 기반을 다지는 것이 필요하다. The development of technologies based on the free access to and utilization of genetic resources has brought significant benefits to humanity. However, this process has also raised issues regarding fair benefit-sharing between provider and user countries, as well as the effective protection of genetic resources. Although various international discussions—such as the Convention on Biological Diversity, the Nagoya Protocol, and the WTO TRIPS Agreement—have taken place, they have been limited by their non-binding nature or vague language, which has made domestic implementation difficult. After lengthy negotiations, the 'WIPO Treaty on Intellectual Property, Genetic Resources, and Associated Traditional Knowledge' was finally adopted at the WIPO Diplomatic Conference in May 2024. The Treaty establishes a disclosure requirement mandating that patent applicants reveal the source of any genetic resources used as the basis for their inventions. As a user country of genetic resources, Korea has consistently opposed the introduction of such disclosure requirements throughout the negotiation process. However, given the recent increase in overseas patent filings by Korean applicants, the growing need to support international innovation activities, and the likelihood that disclosure obligations will expand through future FTAs, Korea must now reconsider the potential adoption of a disclosure system. Furthermore, introducing such a mechanism is increasingly viewed as an important long-term task to address structural inequities historically experienced by Indigenous peoples and to promote sustainable prosperity. This study proposes ways to incorporate a genetic resource disclosure requirement into the Korean patent system. To this end, it examines global legislative trends concerning disclosure systems and classifies them into four types: ① entering the source in the patent application form, ② submitting a separate disclosure registry or certificate, ③ including relevant information in the patent specification, and ④ providing copies of access agreements. Based on this comparative analysis, the study explores the direction Korea should take when introducing such a system. Drawing on these findings, the paper outlines potential implementation options within the Korean patent procedure, including: ① requiring disclosure in the patent application form, ② submitting separate documents related to the source of genetic resources, ③ including source information in the ‘background of the invention’ in the specification, ④ disclosing it in the ‘detailed description of the invention’, and ⑤ revising the specification drafting guidelines. The adoption of the WIPO Treaty signifies that genetic resource disclosure requirements are becoming a new international norm, with the potential to expand beyond patents to the entire field of intellectual property. At a time when the importance and value of genetic resources are increasingly recognized, a detailed analysis of foreign legislation and systemic improvements in domestic law are essential for establishing the foundation of an effective disclosure regime in Korea.

나고야의정서상 유전자원 이용 관련 공정하고 형평한 이익배분에 관한 연구

이선 고려대학교 대학원 2021 국내박사

유전자원에의 접근 및 그 이용으로부터 발생하는 이익의 공정하고 형평한 배분을 위해 2010년 채택된 나고야의정서는 천연자원에 대한 항구적 주권 원칙과 지속가능한 발전 개념에 역사적 뿌리를 두고 있다. 이에 따라 나고야의정서는 유전자원에의 접근 및 이익배분에 대한 체제를 유전자원 제공국과 유전자원 이용자 간의 양자적 구조로 수립하고 있으며, 유전자원의 이용으로부터 발생하는 이익배분을 통해 생태계의 관리자에게 정당한 대가를 지불함으로써 생물다양성의 보전 및 그 구성요소의 지속가능한 이용이라는 목적을 달성하는 한편 경제발전을 동시에 추구할 수 있도록 여러 장치를 마련하고 있다. 그러나 나고야의정서의 목적달성에 있어 양자적 이익배분체제는 분명한 한계를 가지고 있다. 양자적 이익배분체제 하에서 나고야의정서 이행의 핵심은 유전자원 제공국과 이용국의 체계적인 국내법 마련에 있다. 그러나 유전자원 제공국에서는 법적 조치의 미비 및/또는 복잡성 문제가 포착되고 있으며 유전자원 이용국에서는 실효성 측면에서 미흡한 점이 발견되고 있다. 이러한 문제점은 유전자원에의 접근 및 창출 가능한 이익의 감소를 야기할 뿐 아니라 생물다양성의 보전 및 그 구성요소의 지속가능한 이용에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 국내법에서 발견되는 이러한 한계는 이익배분에 대한 양자적 접근법의 효율성에 의문을 제기하는 중요한 요인이 된다. 한편 생물다양성의 보전 및 그 구성요소의 지속가능한 이용을 위해서는 생명공학이 핵심적인 역할을 한다. 이러한 측면에서 오늘날 그 중요성이 배가되고 있는 디지털염기서열(DSI)은 나고야의정서상 “유전자원의 이용” 및 “후속적 응용/상업화”로서 동 의정서의 적용범위내로 포섭될 수 있다. 그런데 DSI의 이용 관행을 살펴보면 나고야의정서의 양자적 이익배분체제 하에서는 DSI의 이용과 관련한 유전자원 제공국으로부터의 사전통보승인(PIC) 및/또는 상호합의조건(MAT) 체결이 상당히 어렵기 때문에, 양자적 이외의 접근법이 요구된다. 이러한 문제점에 대한 대안으로 이 연구가 주장하고자 하는 것은 나고야의정서 제10조상의 세계다자이익배분체제(GMBSM)이다. 나고야의정서 제10조는 당사국들은 GMBSM의 필요성과 형식이 고려하도록 규정하고 있다. 이와 관련하여 이 연구가 증명하고자 하는 것은 GMBSM 설치의 필요성은 충분히 만족된다는 것이다. GMBSM이 필요한 상황은 월경성 상황과 PIC의 획득 또는 부여가 불가능한 상황이다. 월경성 상황과 관련하여 주장하고자 하는 것은 나고야의정서 제11조의 적용이 실패하는 경우, 이를 보완하는 방법으로 GMBSM이 설치되어 있어야 할 필요가 있다는 것이다. 한편 PIC 획득 또는 부여가 불가능한 경우로는 현지 외 수집상태 유전자원의 출처가 미상인 경우와 유전자원 제공국의 국내조치가 미비한 경우로 나누어진다. 첫째, 현지 외 수집상태의 유전자원의 경우 실제로 출처를 알 수 없는 경우가 이미 상당수 존재한다. 이는 다수의 유전자원이 특히 생물다양성협약(CBD) 발효 이전에 수집되었다는데 기인하는 것으로 보인다. 나고야의정서가 유전자원의 ‘이용’으로부터 발생한 이익배분에 초점을 맞추고 있다는 점을 고려하면 CBD 발효 이전에 접근되었다고 하더라도 그 이용이 지속되고 있거나 새로이 이용된다면 GMBSM의 적용범위 내로 포섭될 수 있을 것이다. 둘째, 국가‧지역적 제도의 분석을 통해서 알 수 있듯 유전자원 제공국의 국내조치가 미비한 경우는 다수 존재한다. 실제로 많은 연구기관 및 현지 외 수집기관은 유전자원 제공국의 국내법 미비, 또는 복잡성으로 인해 PIC를 받을 수 없거나 PIC를 획득하는데 과도히 긴 시간이 소요된 경험이 있음을 밝힌바 있다. 또한 다수의 연구를 토대로 볼 때 유전자원 제공국의 국내법 미비문제를 역량형성으로 해결하기에도 역부족이라는 사실이 발견된다. 이러한 증명에 근거하여 이 연구가 제시하는 것은 다음과 같은 GMBSM의 개괄적 형식이다. 첫째, GMBSM은 나고야의정서의 보충적 체제로서 당사국총회 결정에 의해 수립될 가능성이 높다. GMBSM은 나고야의정서 양자적 이익배분체제의 보충적체제로 기능할 것이므로 기본적으로 나고야의정서와 물적 적용범위는 동일하다고 보아야 할 것이다. 이와 관련하여 강조하고자 하는 바는 DSI는 유전자원의 이용, 그리고 DSI 자체에 대한 이용은 후속적 응용 및 상업화로 분류 가능하다는 점이다. 단, DSI의 이용과 관련하여 모든 DSI의 이용이 아닌 상업적 목적의 DSI 이용만을 GMBSM의 적용범위로 포함함으로써 DSI의 비상업적 이용을 저해하지 않도록 해야 할 것이다. 둘째, GMBSM을 통한 이익배분은 “전세계적으로” 생물다양성의 보전 및 그 구성요소의 지속가능한 이용을 위해 쓰여야 한다. 따라서 이익배분대상이 식별 가능한 경우에는 해당 국가들에게 이익을 배분하되, 그러한 이익이 생물다양성의 보전과 그 구성요소의 지속가능한 이용을 위해 쓰일 수 있도록 그 용도를 구체적으로 설정할 필요가 있을 것이다. 이익배분대상의 식별이 불가능한 경우에는 정치적‧경제적‧환경적 요인으로 인해 생물다양성이 위협받고 있는 국가들을 선별하여 금전적 및 역량형성과 기술이전을 포함한 효과적인 비금전적 이익을 배분하는 방법이 고려될 수 있다. 셋째, GMBSM의 안정적 운영을 위한 기금마련은 의무적 기금납부와 자발적 기금납부를 통해 이루어질 수 있다. 의무적 기금납부는 GMBSM의 적용범위에 해당되는 유전자원 이용자 및 선진국에 대하여 부과할 수 있을 것이다. 유전자원 이용자의 의무적 기금납부 이행이 실패로 돌아가지 않도록 하기 위해서는 의무적으로 납부해야 하는 기금의 액수를 이용자가 자발적으로 결정하도록 하는 방법 및/또는, 자발적 이익을 납부하는 경우 모범관행의 인정 또는 자발적 이익납부 확인서 등의 발급을 통해 추후 유전자원 제공국 내 유전자원에의 접근 및 이익배분에 있어 보다 유리한 조건을 부여하는 등의 유인책을 마련할 필요가 있을 것이다. Adopted in 2010, the Nagoya Protocol on Access and Benefit-Sharing was developed from the principles of permanent sovereignty over natural resources and the search for sustainable development. In order to prevent “biopiracy” from former colonizing countries, the Nagoya Protocol establishes a bilateral benefit-sharing system between provider country and user of genetic resources. Furthermore, to contribute to the “conservation of biological diversity and sustainable use of its components,” and economic development, the Nagoya Protocol provides legal and institutional settings to achieve economic and environmental sustainability through the distribution of benefits to stewards of the ecosystem. However, the Nagoya Protocol has faced several challenges in the adoption of the bilateral benefit-sharing system. The effectiveness of the bilateral benefit-sharing system depends highly on national legislative measures to implement the Nagoya Protocol in both the provider and the user countries. This study finds that many national legislative measures on access and benefit-sharing (ABS) in both provider and user countries are often complicated, complex, inadequate and/or ineffective. This leads to inefficiencies in accessing and utilizing genetic resources for users. Inefficient legislative measures reduce potential shared benefit and affects the “conservation of biodiversity and sustainable use of its components” in a negative way. A bilateral approach to benefit-sharing appears to be a fundamental issue to address. The role of biotechnology, and specifically Digital Sequence Information on Genetic Resources (DSI), in the “conservation of biodiversity and sustainable use of its components” is an important factor to consider. Generation of DSI starts from the extraction of particular molecules of organisms and ecosystems that are able to be genetically sequenced, so it can be argued that generating DSI, and use of DSI, fall under the definition of “utilization of genetic resources” in Article 2(c) and “subsequent use and commercialization” in Article 5 of the Nagoya Protocol, respectively. Although DSI can be covered under the Nagoya Protocol, it is difficult to manage ABS on DSI under the bilateral benefit-sharing system of the Nagoya Protocol: considering the usage of DSI in practice, it is difficult, if not impossible, to obtain Prior Informed Consent (PIC) and/or establish Mutually Agreed Terms (MAT). In this regard, this study argues that establishment of the Global Multilateral Benefit-Sharing Mechanism (GMBSM) foreseen in Article 10 of the Nagoya Protocol should be taken into serious consideration. Through examination of examples and cases, this study argues that there are specific situations that justify the establishment of the GMBSM. It also attempts to provide a framework for possible modalities of the GMBSM that would not undermine the bilateral approach upon which the Convention on Biological Diversity and the Nagoya Protocol are founded.

Gene expression mediated by cationic liposomes consisting of a novel cationic lipid, dimyristoyl-glutamyl-lysine : 새로운 양이온 지질인 Dimyristoyl-glutamyl-lysine (DMEK)로 구성된 양이온 리포솜의 유전자 발현

문재호 연세대학교 대학원 2002 국내박사

Cationic lipids, a major component of cationic liposomes, are considered to be capable of binding with DNA by means of electrostatic interaction and carrying DNA into cells through a undefined route. The cationic liposomes have been widely adopted for gene therapy research due to their unique characteristics of low toxicity, lack of immunogenicity and ease of large scale production, even though their in vivo gene-transferring efficiencies are still behind viral vector systems. A novel cationic lipid, DMEK (dimyristoyl -glutamyl-lysine or Lys-Glu-tetradecanol), was synthesized and its gene -transferring activity was investigated. This lipid was synthesized using myristic acid and glutamic acid as a backbone, and lysine as a positive charge provider. All of these are biodegradable. The Gene-transferring activities of various formulations with DMEK liposomes were verified in 293 cells and ICR mouse using pAAVCMV-Luc as a reporter gene. In 293 cells, the transfection activity was maximal at 1:9 ratio (wt/wt) of DNA and DMEK/Cholesterol (7:3, molar ratio) liposomes. Under the optimized condition, the DMEK liposomes showed a 4-fold higher transfection over DOT AP (1,2-dioleoyloxypropyl-3N,N,N-trimethylammonium chloride)-based liposomes. The complex of the cationic liposomes and the luciferase reporter gene, so-called lipoplex, was intravenously administered into mice and expression of the gene in various internal organs was analyzed. While the patterns of gene expression by the DMEK liposomes in the lung, kidney, heart, and spleen were very similar to those by the DOT AP-based liposomes, the hepatic gene expression by DMEK liposomes was superior to the DOT AP liposomes. The in vivo gene expression was maximal at 1:24 ratio (wt/wt) of DNA and the liposomes, and 40㎍ DNA per mouse. The presence of cholesterol in the DMEK liposomes appeared to reduce in vivo toxicity of the liposomes. According to this data, the cationic liposomes consisting of DMEK can be utilized as a gene-transferring system, specially for liver-directed gene transfer. 양이온 리포솜의 주요 구성 물질인 양이온 지질은 전기적 성질에 의해 DNA와 결합하며 아직 밝혀지지 않은 기전을 통하여 세포질 속으로 DNA 유입을 도모한다. 일반적으로 양이온 리포솜은 낮은 독성과 대량생산이 쉽다는 점, 면역체계의 자극이 적다는 이유로 유전자 치료에 널리 사용되고 있다. 그러나 바이러스 벡터를 이용한 경우에 비해 유전자 발현 효율이 낮은 단점을 가지고 있다. 이러한 이유로 해서 Dimyristoyl-glutamyl-lysine(DMEK)라는 새로운 양이온 지질을 합성하였고, 이것으로 구성된 리포솜의 유전자 발현 효율을 분석하였다. 이 지질은 모두 생체분해성의 미리스틱산, 글루타민산, 양이온을 가지고있는 라이신을 이용하여 합성되었다. DMEK를 이용하여 다양한 종류의 양이온 리포솜을 만들고, 이 리포솜을 이용하여 293 세포와 ICR 마우스에 표지 유전자인 루시페라제 유전자를 전달하였다. 293 세포에서는 DNA와 DMEK/ cholesterol (9:1 지질몰랄농도비율) 리포솜을 1:9의 무게비율로 복합체를 만들었을 때 가장 높은 유전자 발현효율을 나타내었고, 같은 조건에서 DOT AP/ cholesterol 리포솜과 비교하여 4배나 높은 발현이 유도되었다. 또한 ICR 마우스에 정맥주사를 통해 루시페라제 유전자와 DMEK 리포솜을 투여한 후 여러 장기에서 유전자 발현을 측정 비교하였다. 폐,신장, 심장, 비장에서는 DOT AP/ cholesterol 리포솜을 이용한 경우와 비슷한 정도의 유전자 발현을 보였다. 그러나 DMEK 리포솜은 다른 리포솜에 비해 간에서 월등한 유전자 발현을 유도 할 수 있었다. 40㎍의 DNA를 1:24의 무게비로 DMEK 리포솜과 복합체를 만들어 정맥투여 하였을 때 가장 높은 유전자 발현을 나타내었다. 한편 콜레스테롤의 첨가는 DMEK 리포솜의 독성을 줄여 주었다. 이러한 결과를 바탕으로 판단할 때, DMEK로 구성된 양이온 리포솜은 생체내외에서의 유전자 전달에 유용하게 이용될 수 있고, 특히 간으로의 유전자 전달에 효용가치가 크다고 할 수 있다.

Development of efficient lipidic gene transferring vectors

김홍성 Graduate School, Yonsei University 2004 국내박사