Carbon Nanotube Dispersed by alpha-Synuclein And Its Applications on Hydrogel

Abstract

퇴행성 뇌질환 중 하나인 파킨슨 병을 앓고 있는 환자들에게는 루이체(Lewy body)라는 단백질 응집체가 공통적으로 발견된다. 이를 이루는 주 단백질은 알파-시뉴클레인으로, 이는 140개의 잔기를 가지는 단백질이며 주로 뇌에 많이 분포한다. 알파-시뉴클레인은 내재적으로 비정형적인 형태를 가지며, 다양한 표면에 잘 결합하는 성질을 가지고 있다. 알파-시뉴클레인의 이러한 특징을 이용하기 위해, 본 연구는 알파-시뉴클레인을 정제하는 과정에서부터 진행하였다. 그 결과, 높은 수율의 단백질이 얻어졌다. 이후, 정제한 알파-시뉴클레인과 여러 단백질을 이용하여 수용액상에서 탄소나노튜브의 분산 정도를 비교하는 연구를 진행하였다. 탄소나노튜브는 강도와 전기적 특성, 광열 현상 등이 뛰어나 여러 분야에서 쓰이지만 소수성 표면을 가져 기능화하지 않고서는 생체 내에 사용하기 불리하다. 이러한 특징을 가진 탄소나노튜브를 소수성 표면에 잘 결합하는 알파-시뉴클레인이 다른 단백질들보다 용액 내에서 가장 잘 분산시켰다. 더 나아가, 앞서 얻은 알파-시뉴클레인-탄소나노튜브 (αS-CNT)를 생체 친화적인 물질로 알려진 하이드로젤에 첨가하였다. 그 결과 기존의 alginate gel, alginate/ polyacrylamide hydrogel의 신축성 및 전기적 특성을 향상시켰고, alginate/ poly(N-isopropylacrylamide) hydrogel에 광열 효과를 첨가시켰다. 이렇게 제작된 하이드로젤들은 추후 신경줄기세포를 분화하게 할 수 있는 매트릭스로서 바이오 메디컬 분야로 응용하거나, 빛에 반응하여 수축과 팽창을 반복하는 soft robotics 분야로 응용할 수 있다.

Lewy bodies are protein aggregates that are commonly found in patients with Parkinson's disease, one of the degenerative brain diseases. The main protein of the Lewy bodies is known as α-synuclein. α-Synuclein is a protein with 140 residues and is predominantly distributed in the brain. This protein is usually known as intrinsically disordered protein (IDP), so it has random shape. In addition, it has the property that adhere to the various surfaces. To take advantage of these chracteristics of α-synuclein, this study began with purifying α-synuclein. As a result, high yield of the protein was obtained. Next, the degree of dispersion of carbon nanotubes in aqueous solution using proteins was performed. Carbon nanotubes are excellent in strength, electrical properties, and light heat, and are used in many fields. But, carbon nanotubes are disadvantageous to use in vivo without functionalizing them because of hydrophobic surface. α-Synuclein, which adheres well to hydrophobic surfaces, best disperses carbon nanotubes with these characteristics in solution than other proteins. Further, the α-synuclein-carbon nanotube (αS-CNT) was added to hydrogel known as a biocompatible material. As containing the αS-CNT, alginate hydrogel and alginate/ polyacrylamide hydrogel were improved their elasticity and electrical properties. Alginate/ poly(N-isopropylacrylamide) hydrogel was added with photothermal effect because of containing αS-CNT. These hydrogels can be applied to the biomedical field as a matrix to differentiate neural stem cells later, or to the soft robotics that repeatedly shrinks and expands in response to light.