KR102075671B1 - 탈메틸화 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 대략 1.6THz의 대역을 포함하는 테라헤르츠파를 메틸화된 분자에 조사하고, 상기 메틸화된 분자가 탈메틸화하는 방법에 관한 것이다.

Description

탈메틸화 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DEMETHYLATION}

본 개시는 테라헤르츠 전자기파를 이용한 탈메틸화 장치 및 방법에 관한 것이다.

테라헤르츠 전자기파(terahertz electromagnetic wave, 이하, 테라헤르츠파)는 적외선(infrared radiation)과 극초단파(microwaves) 사이의 파장(wavelength)으로, 대략 0.1~10 THZ의 주파수 대역에 속하는 파장이다. 테라헤르츠파의 에너지는 생체 샘플(biological material)의 이온화(ionization) 레벨보다 낮아 테라헤르츠파는 생체 시스템 검사에 이용되고 있다. 그러면, 검사에 의한 생체 시스템 손상이 최소화될 수 있다.

한편, DNA는 메틸화(methylation)라는 화학적인 변화에 의해 그 기능이 조절될 수 있다. 메틸화 수준이 정상에서 벗어나게 되는 이탈적 메틸화 현상이 일어날 경우 이러한 DNA의 기능이 비정상적으로 작동하게 되어 각종 질병이 일어나는 원인이 될 수 있다.

메틸화된 분자를 탈메틸화 시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

발명의 한 특징에 따른 탈메틸화 방법은, 대략 1.6THz의 대역을 포함하는 테라헤르츠파를 메틸화된 분자에 조사하는 단계, 및 상기 테라헤르츠파에 의해 상기 메틸화된 분자가 탈메틸화하는 단계를 포함한다.

상기 탈메틸화 방법은, 입사된 레이저빔을 이용하여 테라헤르츠파를 방사하는 단계, 및 편광부에 의해 상기 테라헤르츠파가 집적 및 이동되어 상기 메틸화된 분자에 조사되는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 탈메틸화 방법은, 상기 테라헤르츠파를 필터링하여 상기 대략 1.6THz의 대역의 테라헤르츠파를 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

발명의 다른 특징에 따른 탈메틸화 장치는, 대략 1.6THz의 대역을 포함하는 테라헤르츠파를 메틸화된 분자에 조사하고, 상기 메틸화된 분자는 상기 테라헤르츠파에 의해 탈메틸화한다.

상기 탈메틸화 장치는, 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 발생기, 상기 레이저 빔에 의해 여기되어 테라헤르츠파를 방사하는 크리스털, 및 상기 테라헤르츠파를 집적 및 이동하여 메틸화된 분자에 조사하는 편광부를 포함할 수 있다.

상기 탈메틸화 장치는, 상기 테라헤르츠파의 대략 1.6THz의 대역을 통과시키는 필터를 더 포함할 수 있다.

상기 필터는, 상기 편광부와 상기 메틸화된 분자 사이의 광경로에 위치할 수 있다.

상기 탈메틸화 장치는, 상기 레이저빔 발생기로부터의 레이저 빔의 편광방향을 90도 변화시키는 제1 반파장판, 및 상기 반파장판을 통과하여 수평 편광인 레이저 빔의 각도를 기울여 상기 크리스털에 입사시키는 격자부를 더 포함할 수 있다.

상기 탈메틸화 장치는, 상기 격자부와 상기 크리스털 사이의 광경로에 위치하고, 상기 격자부로부터 나온 레이저 빔을 집중시켜 상기 레이저 빔의 크기를 상기 크리스털에 적합하게 만드는 광한부를 더 포함할 수 있다.

상기 탈메틸화 장치는, 상기 광한부와 상기 크리스털 사이의 광경로에 위치하고, 상기 광한부를 거쳐 작아진 레이저 빔의 편광방향을 수직편광으로 바꾸는 제2 반파장판을 더 포함할 수 있다.

실시 예들을 통해, 메틸화된 분자를 탈메틸화 시킬 수 있는 장치 및 방법을제공한다.

도 1은 실시 예에 따른 탈메틸화 장치를 나타낸도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 탈메틸화 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 또 다른 실시 예에 따른 테라헤르츠파 측정 장치를 나타낸도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 실시 예를 이용하여 고출력 테라헤르츠파에 의한 DNA 탈메틸화 정도를 보여주는 그래프이다.
도 5는 세 개의 샘플을 생성하여 탈메틸화 효과를 보여주기 위한 실험 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 M-293T를 만드는 방식을 나타낸 도면이다.
도 7은 탈메틸화 결과를 측정 하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 샘플 홀더를 나타낸도면이다.
도 9는 3 개의 샘플에 대한 크로스 체크를 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 1에 따른 실시 예를 이용한 고출력 테라헤르츠파에 의한 탈메틸화 정도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 도 2에 따른 실시 예를 이용한 고출력 테라헤르츠파에 의한 탈메틸화 정도를 나타낸 그래프이다.
도 12은 고출력 테라헤르츠파에 의해 실제 백혈병 세포주에서 탈메틸화가 일어남을 나타낸 그래프이다.
도 13은 고출력 테라헤르츠파에 의해 실제 피부암 및 유방암 세포주에서도 탈메틸화가 일어남을 나타낸 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

실시 예에 따른 테라헤르츠파를 이용한 탈메틸화 장치는 메틸화된 분자 예를 들어, DNA에 고출력 테라헤르츠파 전자기파를 조사하여 메틸화된 DNA를 탈메틸화 한다.

먼저, 도 1을 참조하여 테라헤르츠파를 이용한 탈메틸화 장치에 대해서 설명한다.

도 1은 실시 예에 따른 탈메틸화 장치를 나타낸 도면이다.

탈메틸화 장치(1)에서 Regenerative amplifier에 의해 만들어진 고출력 레이저가 LiNbO₃ 크리스탈에 조사되어, 고출력 테라헤르츠파 전자기파가 생성될 수 있다. 탈메틸화 장치(1)에서, 테라헤르츠파 전자기파는 pyroelectric detector를 통해 그 파워가 측정될 수 있다. 이와 같이, 탈메틸화 장치(1)는 고출력 테라헤르츠파 전자기파를 메틸화된 분자(이하, 샘플)에 조사하여, 탈메틸화 반응을 이끌어낼 수 있다. 특히 특정 대역의 테라헤르츠파 전자기파가 탈메틸화 반응을 이끌어내는데 유리할수 있어, 실시 예는 필터를 이용하여 해당 특정 대역의 테라헤르츠파 전자기파를 생성할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 탈메틸화 장치(1)는 레이저빔 발생기(10), 반파장판(100, 150), 광학단속기(chopper)(200), 격자부(300), 광한부(400), 크리스탈(500), 편광부(600), 및 초전 검출부(700)를 포함한다.

레이저 빔 발생기(10)는 티타늄:사파이어 재생 증폭기(Ti:sapphire regenerative amplifier)를 이용하여 고출력 레이저빔을 생성할 수 있다.

반파장판(100)은 레이저 빔 발생기(10)에서 생성된 고출력 레이저빔의 편광방향을 90도 변화시켜 격자부(300)에 입사되기 전에 수평편광을 가지도록 한다. 반파장판(150)은 크리스탈(500)에 입사되는 레이저빔의 편광방향을 90도 변화시켜 원래의 수직편광을 가지도록 한다.

광학단속기(chopper)(200)는 반파장판(100)을 통과한 레이저 빔을 소정 주기로 통과 또는 차단하는 단속 동작을 수행한다. 그러면, 레이저 빔의 유무가 생기고, 록인 증폭기(lock-in amplifier)(도시하지 않음)가 광학단속기(200)를 통과한 레이저 빔에서 기준 신호와 동일한 위상만을 정류하여 검출 신호를 생성할수 있다.

실시 예에서, 탈메틸화 장치(1)는 펄스파 형태의 테라헤르츠파 또는 연속파 형태의 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 실시 예에서, 탈메틸화 방법은, 임의의 테라헤르츠 발생 장치를 이용하여 검출 장치에서 탈메틸화 유도가 가능함을 검출할 수 있는 방법에 관한 것일 수 있다. 광학단속기(200)를 이용하여 레이저빔을 펄스 형태로 가공하고, 펄스 형태인 고출력 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 그러나 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 탈메틸화 장치(1)는 연속적인 테라헤르츠파를 생성할 수 있다. 이 경우, 연속적인 테라헤르츠파의 에너지는 샘플의 탈메틸화를 유도할 수 있는 레벨일 수 있다.

격자부(300)는 반파장판(100)을 통과하여 수평편광을 가지고 있는 빔을 특정 각도로 기울인다. 크리스탈(500)을 이용하여 고출력 테라헤르츠파를 생성하기 위해서는 레이저 빔을 특정 각도로 기울여서 크리스탈(500)에 입사시켜야 한다. 예를 들어, 격자부(300)가 레이저 빔의 입사 방향 기준으로 기울어진 정도인 격자 각도 및 격자 간격은 레이저 빔이 크리스털(500) 표면에 대해서 65도 기울어 입사되도록 형성될수 있다.

광한부(400)는 격자부(300)와 크리스털(500) 사이의 광경로에 위치하고, 격자부(300)로부터 나온 레이저빔을 집중시켜 작게 만든다. 격자부(300)를 거친 빔의 크기는 크리스털(500)에 넣기에 크므로, 광한부(400)는 렌즈 및 거울을 이용하여 빔을 집중시켜 작게 만든다.

도 1에 도시된 바와 같이, 광한부(400)는 두 개의 반사경(401, 402), 및 두 개의 렌즈(403, 404)를 포함한다. 격자부(300)로부터 나온 테라헤르츠파가 두 개의 반사경(401, 402)에 의해 반사되어 렌즈(403)를 통과하고, 렌즈(403)를 통해 작아진 빔이 다시 렌즈(404)를 통과하여 작아진다. 도 1에 도시된 도면은 일 예로, 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 빔의 크기를 크리스털(500)에 적합한 정도로 감소시키기 위한 적절한 수의 렌즈가 더 사용될 수 있다.

반파장판(150)은 광한부(400)와 크리스털(500) 사이의 광경로에 위치하고, 광한부(400)를 거쳐 작아진 레이저 빔의 편관방향을 변경한다. 그러면, 반파장판(150)을 통과하여 크리스털(500)에 입사되는 레이저 빔의 편광방향은 수직편광이다.

크리스털(500)은 입사된 레이저빔에 의해 여기되어, 크리스털(500)로부터 테라헤르츠파가 방사된다. 실시 예에서는 테라헤르츠파 발생 장치의 일 예로 크리스털이 이용되었으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 탈메틸화 장치(1)는 고출력 테라헤르츠파를 생성할 수 있는 다양한 발생 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실시 예와 같이 발생 장치는 크리스탈을 이용한 펄스파형 테라헤르츠파를 생성하는 시스템이거나, 크리스털을 이용한 연속파형 테라헤르츠파를 생성하는 시스템이거나, air breakdown 방식의 시스템일 수 있다. 또한, 실시 예에서는 테라헤르츠파를 생성하기 위해 레이저 빔을 이용하였으나 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 탈메틸화를 유도할 수 있는 대역의 테라헤르츠파를 생성할 수 있는 다른 수단이 사용될 수 있다.

편광부(600)는 크리스털(500)로부터 방사된 테라헤르츠파를 집적하고 반사 광학계를 이용하여 특정 방향으로 테라헤르츠파를 이동시킬 수 있다. 특정 방향은샘플(2)에 조사하기 위해 적절히설정될 수 있다.

도 1에서, 편광부(600)는 두 개의 편광판(601, 602), 두 개의 포물면 거울(parabolic mirror)(603, 604), 및 반사경(604)를 포함한다.

크리스털(500)로부터 방사된 테라헤르츠파는 두 개의 편광판(601, 602)을 통해 그 세기가 조절될 수 있다. 편광판(601, 602)을 통과한 테라헤르츠파는 포물면 거울(603), 반사경(604), 및 포물면 거울(605)을 통해 이동 및 집중되어 샘플(2)에 조사된다.

초전 검출부(pyroelectric detector)(700)는 광센서로 샘플(2)을 통과한 테라헤르츠파의 출력을 측정한다. 측정된 테라헤르츠파의 출력에 대한 정보가 레이저 빔 발생기(10)로 피드백 되고, 레이저 빔 발생기(10)는 레이저 빔을 제어할 수 있다.

도 2는 다른 실시 예에 따른 탈메틸화 장치를 나타낸 도면이다.

도 1의 실시 예와 비교해, 다른 실시 예에 따른 탈메틸화 장치(1')는 필터(800)를 더 포함한다. 필터(800)는 편광부(600)와 샘플(3) 사이의 광경로 사이에 위치하고, 편광부(600)로부터 출력되는 테라헤르츠파 중 특정 대역을 주로 통과시킬 수 있다. 특정 대역은 다른 대역에비해 탈메틸화 반응을 더 많이 일으킬 수 있다. 실시 예에서는 대략 1.6THz(1.5~1.7THz)일 수 있다.

도 1 및 2를 참조하여 설명한 실시 예들에 따르면, 메틸화된 샘플(2)에서는 조사되는 고출력 테라헤르츠파에 의해 탈메틸화 반응이 발생한다. 탈메틸화 반응이 일어난 정도를 검출하기 위한 테라헤르츠파 측정 장치를 이하 설명한다.

도 3은 또 다른 실시 예에 따른 테라헤르츠파 측정 장치를 나타낸도면이다.

도 1에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 테라헤르츠파 측정 장치(3)는 레이저 빔 발생기(10), 빔분배기(20), 지연부(30), 반파장판(100, 150), 광학단속기(chopper)(200), 격자부(300), 광한부(400), 크리스탈(500), 편광부(600), 및 펄스 검출부(900)를 포함한다.

도 1을 참조한 앞선 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략한다.

빔분배기(beam splitter)(20)를 통해 레이저빔 발생기(10)로부터 나온 레이저빔 펄스는 두 갈래로 나뉜다. 하나는 펌프(pump) 빔으로서 테라헤르츠파의 광원인 크리스털(500)을 여기시켜 테라헤르츠파를 발생시키고, 다른 하나는 검출(probe) 빔으로써 발생된 테라헤르츠파 펄스를 검출해 내기 위해 펄스 검출부(900)로 들어간다. 발생된 테라헤르츠파 펄스는 샘플에 입사되고, 이때 테라헤르츠파 펄스는 반사되거나 투과하는 과정에서 변형된다. 이 변형된 신호는 펄스 검출부(900)에서 감지된다.

빔분배기(20)에 의해 발생한 펌프 빔은 반사경(21)에 의해 그 경로가 변경되어, 반파장판(100), 광학단속기(200), 격자부(300), 광한부(400), 크리스털(500). 및 편광부(600)를 통과하여 샘플(2)에 입사된다.

지연부(30)는 시간축 상에서 테라헤르츠파 펄스의 형태를 샘플링하기 위한 구성으로, 레이저빔 발생기(10)로부터 출력되는 레이저빔의 경로를 변경 지연시켜 검출 빔을 생성한다. 검출 빔은 샘플(2)에 투사되는 테라헤르츠파 펄스 부분을 스캐닝 및 샘플링하는데 이용될 수 있다.

지연부(30)에 의해 광경로의 길이가 변화되어, 펄스 검출부(900)로 가는 검출빔의 펄스 검출부(900)으로의 도착 시간이 변하게 된다. 이렇게 시간을 변화시켜가면서 펄스 검출부(900)에 입사되는 테라헤르츠파 펄스의 강도를 측정하는 시영역분광법(Time-Domain Spectroscopy, TDS)이 실시 예에 적용될 수 있다.

지연부(30)는 두 개의 반사경(31, 32)를 포함하고, 두 개의 반사경(31, 32)을 제1 축의 양방향(도 3에 도시된화살표 방향)으로 그 위치가 변경될 수 있다. 그러면, 검출 빔의 광경로 길이가 변경되고, 시간의 경과에 따라 광경로 길이가 변동하므로, 시간축상에서 테라헤르츠파 펄스가 샘플(2)을 투과할 때의 변화가 측정될 수 있다.

포물면 거울(901, 902)은 샘플(2)를 통과한 테라헤르츠파 펄스를 집적하여 펄스 검출부(900)에 입사시킨다. 반사경(33)으로부터 입사된 검출빔은 포물면 거울(901)을 통과하고, 포물면 거울(902)에 반사되어 펄스 검출부(900)에 입사된다.

펄스 검출부(900)는 샘플(2)에 투사되는 테라헤르츠파 펄스 형태를 검출한다. 펄스 검출부(900)는 이렇게 시간을 변화시켜가면서 입사된 테라헤르츠파 펄스의 강도를 측정한다. 펄스 검출부(900)는 검출 빔을 이용하여 샘플(2)을 투과한 테라헤르츠파 펄스 부분을 스캐닝 및 샘플링하여 테라헤르츠파 펄스의 변화를 측정하고, 측정된 신호를 푸리에 변환하면 투과 스펙트럼의 진폭과 위상 성분을 구할 수 있다.

펄스 검출부(900)는 전광 샘플링(Electro-Optic Sampling) 방식으로 테라헤르츠파 펄스를 샘플링할 수 있다. 펄스 검출부(900)는 비선형 결정체(nonlinear crystal, 예를 들어, ZnTe)(903) 및 안정 광검출기(Balanced photodetector)(904)를 포함한다.

비선형 결정체(903)에 샘플(2)을 투과한 테라헤리츠파 펄스와 레이저 펄스가 나란히 입사된다. 검출 빔인 레이저펄스와 테라헤르츠파 펄스가 비선형 결정체(903)인 ZnTe에 동시에 입사하게 되면 레이저 펄스의 편광이 테라헤르츠파 펄스의 전기장에 따른 포켈스(Pockels) 효과에 의하여 변하게 되는 원리가 이용될 수 있다.

광검출기(904)는 λ/4 waveplate, beam splitting polarizer, 및 balance photodiode를 이용해 레이저 펄스의 편광의 변화를 감지하여 간접적으로 테라헤르츠파 펄스를 측정할 수 있다.

광검출기(904)는 시간에 따라 변하는 테라헤르츠파 펄스의 강도(intensity) 변화를 시영역 분광법(TDS)에 따라 측정하고, 이 측정 결과를 푸리에 변환하여 각 주파수 성분의 진폭(amplitude)과 위상(phase)을 검출할 수 있다.

도 1 또는 도 2에 도시된 실시 예들을 이용하여 샘플에 고출력 테라헤르츠파를 입사하여 탈메틸화 반응이 유도된다. 탈메틸화 정도는 도 3에 도시된 실시 예의 테라헤르츠파 측정 장치를 통해서 알 수 있다.

메틸화된 분자에 테라헤르츠파를 입사하면, 메틸화 정도에 따라 테라헤르츠파의 주파수 스펙트럼에서 특정 대역에서의 공진 피크가 결정된다. 예를 들어, DNA의 메틸화정도가 클수록 테라헤르츠파의 주파수 스펙트럼에서 대략 1.6 THz(1.5~1.7 THz 사이)에서 공진 피크가 높게 나타난다. 따라서 탈메틸화 장치를 통해 메틸화된 샘플에 탈메틸화 반응이 발생한 정도를 테라헤르츠파 측정 장치를 통해서 알 수 있다.

이하, 실험 예를 통해 탈메틸화 장치의 효과에 대해서 설명한다.

도 4는 도 2에 도시된실시 예를 이용하여 고출력 테라헤르츠파에 의하 DNA 탈메틸화 정도를 보여주는 그래프이다.

도 4의 그래프에서, 가로축은 테라헤르츠파 스펙트럼에서 주파수이고, 세로축은 샘플의 테라헤르츠파 흡수율을 나타내고 있다.

도 5는 세 개의 샘플을 생성하여 탈메틸화 효과를 보여주기 위한 실험 방법을 나타낸 도면이다.

도 5에서와 같이 HEK293T DNA(293T, human kidney cell line)와 인공 메틸화된(artificially methylated) HEK293T DNA(M-293T, methylated 293T)를 준비한다. 이 때, DNA는 세포에서 추출된 유전체 DNA(genomic DNA)이다.

M-293T 샘플은 둘로 나누고, 한쪽 샘플에만 도 2에 도시된 실시 예의 탈메틸화 장치를 이용하여 고출력 테라헤르츠파를 1시간 동안 조사한다. 이 때, 필터는 대략 1.5 THz 대역의 테라헤르츠파를 통과시킬 수 있다.

그러면, 도 5에 도시된 바와 같이, 정상 세포인 293T 샘플(293T sample), 고출력 테라헤르츠파 입사에 의한 탈메틸화 실험 대상인 M-293T 샘플(Exposed M-293T sample), 및 비교 대상인 M-293T 샘플(Control M-293T sample)을 얻을 수 있다.

도 6은 M-293T를 만드는 방식을나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, M-293T를 만드는 방식은 DNMT 효소를 사용하여 in-vitro 상에서 293T에 메틸기를 붙인다.

기질로서 Deoxycytidine과S-adenosyl-L-methionine (SAM)를 준비하고, DNMT (DNA methyltransferase; New England Biolab)를 첨가하여, 제조사 매뉴얼 (https://www.neb.com/products/m0230-human-dna-cytosine-5-methyltransferase-dnmt1#Protocols%20&%20Manuals)에 따라서, cytosine의 5 위치에 메틸기가 결합된 5-Methyl-cytidine을 제조하였다. 이와 같은 Deoxycytidine의 메틸화 과정을 도 6에 도시된 반응식으로 나타내었다.

도 7은 탈메틸화 결과를 측정 하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 8은 샘플 홀더를 나타낸도면이다.

테라헤르츠파는 샘플의 수분에 의해 그 강도가 급격하게 감소될 수 있다. 이에, 실험 예에서는 테라헤르츠파 측정 장치와 함께 샘플 홀더가 사용된다. 도 8에서, 스포이드(6)로부터 샘플 홀더(5)에 샘플이 떨어지고, 샘플 홀도(5)에 의해 샘플은 얼려지고, 얼린 샘플이 영하 20도에서 유지될 수 있다.

예를 들어, 샘플 홀더(5)는 석영 윈도우(quartz window)(51), 구리 스페이서(copper sapacer)(52), 열전기 냉각기(thermoelectric cooler)(53), 소수성표면(hydrophobic surface)(54), 및 테플론 윈도우(Teflon window)(55)를 포함한다.

열전기 냉각기(53)가 샘플의 온도를 영하 20도로 유지한다. 냉동된 샘플은 석영 윈도우(51) 위에 부착되고, 소수성 표면(54) 및 테플론 윈도우(55)가 그 위에 부착된다.

도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 300 ㎛ 두께의 3가지 샘플에 대해서 영하 20도 조건에서, 도 3에 도시된 실시 예에 따른 테라헤르츠파 측정 장치를 이용하여, 테라헤르츠 TDS(time-domain spectroscopy) 측정을 통해 도 4에 도시된 스펙트럼 데이터를 얻을 수 있다. 이 때, 테라헤르츠 TDS 측정 시 일정한 온도를 유지하기 위해 도 8과 같은 샘플 홀더를사용할 수 있다.

테라헤르츠 TDS 방식을 사용하여, 도 4에 도시된 바와 같이, DNA의 메틸화(methylation)에 대한 공진 피크(resonance peak)는, DNA의 메틸화(methylation) 정도가 클수록 공진 피크도 높다. 공진 피크의 위치는 대략 1.6 THz(1.5~1.7 THz 사이)에 위치하게 된다. 실험 결과 고출력 테라헤르츠파(1.5 THz 필터 적용)를 조사한 M-293T DNA의 메틸화에 대한 공진 피크는 크게 줄어 293T DNA 결과와 비슷한 수준이 된다.

도 7의 (b)과 같이, 측정된샘플은 녹은 후 회수되어, 도 7의 (c)와 같이, Elisa-like reaction method를 이용한 biological 측정법을 통해 실험 결과를 크로스체크할 수 있다.

도 9는 3 개의 샘플에 대한 크로스 체크를 나타낸 그래프이다.

"THz result" 막대 그래프는 각 샘플의 DNA의 메틸화 정도를 테라헤르츠파 측정 장치를 이용하여 측정한 결과이고, "ELISA-like reaction" 막대 그래프는 각 샘플의 DNA의 메틸화 정도를 Elisa-like reaction method를 이용한 biological 측정법을 이용하여 측정한 결과이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 실험 대상 M-293T 샘플(exposed M-293T sample)의 DNA의 메틸화(methylation) 정도를 측정한 결과는, 테라헤르츠파 측정 장치를 이용한 결과와 Elisa-like reaction method를 이용한 결과가 유사하며, 비교 대상인 M-293T 샘플(controlled M-293T sample)의 DNA의 메틸화 정도에 비해 매우 낮고, 정상 세포인 293T 샘플(293T sample)의 DNA 메틸화 정도와 유사한 것을 알 수 있다.

도 10은 도 1에 따른 실시 예를 이용한 고출력 테라헤르츠파에 의한 탈메틸화 정도를나타낸 그래프이다.

도 11은 도 2에 따른 실시 예를 이용한 고출력 테라헤르츠파에 의한 탈메틸화 정도를나타낸 그래프이다.

도 10과 도 11을 통해 고출력 테라헤르츠파를 이용한 탈메틸화 반응이 공명현상에 의한 것임을 증명하고자 한다. 더구나, 도 2에 따른 다른 실시 예에서, 필터는 다른 대역대의 전자기파를 제외함으로써 다른 대역 대의 고출력테라헤르츠파에 의해 발생할 수 있는 부작용을 미리 차단할 수 있는 장점이 있을 수 있다.

도 10 및 도 11의 그래프를 도출하기 위한 실험 예에서는, DNA 안에 cytidine이 메틸화(methylation)된 5-methylcytidine(5-mC)가 이용되었다. 이는 DNA의 메틸화 과정에서 직접적으로 변하게 되는 부분이다. 해당 실험은 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한 DNA 실험 방식과 동일하고, 5-mC 수용액(30mg/300㎕)을 이용하여 실험 샘플(experimental sample)로 고출력 테라헤르츠파를 제1 시간 동안 조사한 샘플(Time 1), 고출력 테라헤르츠파를 제1 시간과 다른 제2 시간 동안 조사한 샘플(Time 2), 및 조사하지 않은 기준 샘플(Control)을 이용하였다.

도 10의 그래프에 도시된 스펙트럼은, 도 1의 실시 예(필터가 없는 조건)를 이용하여, 5-mC 수용액에 제1 및 제2 시간 각각 동안 고출력 테라헤르츠파를 샘플들에 조사한 결과, 및 고출력 테라헤르츠파를 조사하지 않은 샘플에 대한 결과이다. 공진 피크(resonance peak)는 DNA 수용액의 결과와 동일하게 대략 1.6 THz 근방에 위치하고, 공진 피크의 높이는 원래의 분자구조를 유지하는 5-mC의 농도를 의미한다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 시간 동안 조사한 샘플(Time 1) 및 제2 시간 동안 고출력 테라헤르츠파를 조사한 샘플(Time 2) 모두 유사한 수준으로 탈메틸화 반응이 유도되어, 테라헤르츠파를 조사하지 않은 샘플(Control)에 비해 공진 피크가 감소하였다. 즉, 소정 시간 이상의 고출력 테라헤르츠파 조사는 탈메틸화 반응을 유도할수 있음을 알 수 있다.

도 11의 그래프에서 도시된스텍트럼은, 도 2의 다른 실시 예(필터가 있는 조건)를 이용하여, 5-mC 수용액에 제1 및 제2 시간 각각 동안 고출력 테라헤르츠파를 샘플들에 조사한 결과, 및 고출력 테라헤르츠파를 조사하지 않은 샘플에 대한 결과이다. 공진 피크(resonance peak)는 DNA 수용액의 결과와 동일하게 대략 1.6 THz 근방에 위치하고, 도 11에서도, 공진 피크의 높이는 원래의 분자구조를 유지하는 5-mC의 농도를 의미한다.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 도 10과 유사하게 제1 시간 동안 조사한 샘플(Time 1) 및 제2 시간 동안 고출력 테라헤르츠파를 조사한 샘플(Time 2)은 유사한 수준으로 탈메틸화 반응이 유도되어, 테라헤르츠파를 조사하지 않은 샘플(Control)에 비해 공진 피크가 감소하였다. 즉, 소정 시간 이상의 고출력 테라헤르츠파 조사는 탈메틸화 반응을 유도할 수 있음을 알 수 있다.

이와 같이, 고출력 테라헤르츠파는 탈메틸화 작용을 유도하고, 필터를 적용한 경우에서도 공진 피크가 감소한 점에 비추어, 특히 특정 대역(대략1.6 THz 근방)의 고출력 테라헤르츠파가 탈메틸화 작용 유도에 깊게 관여하는 점을 알 수 있다.

참고로, 도 11에 도시된필터를 적용한 탈메틸화 정도가 도 10에 도시된 필터를 적용하지 않은 탈메틸화 정도보다 적은 것은, 필터를 적용할 경우 1.6 THz 파워가 약 25% 감소하기 때문이다.

도 12은 고출력 테라헤르츠파에 의해 다양한 실제 백혈병 세포주에서 탈메틸화가 일어남을 나타낸 그래프이다.

도 13은 고출력 테라헤르츠파에 의해 실제 피부암및 유방암 세포주 에서도 탈메틸화가 일어남을 나타낸 그래프이다.

도 13에서 A431은 피부암 세포주의 일 예이고, MCF7은 유방암세포주의 일 예이다.

도 12 및 도 13에 도시된바와 같이, 고출력 테라헤르츠파가 조사된 세포주 샘플(Exposed sample)의 메틸화 정도가 테라헤르츠파를 조사하지 않은 세포주 샘플(Control) 보다 낮다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1, 1': 탈메틸화 장치
3: 테라헤르츠 측정 장치
10: 레이저 빔 발생기
20: 빔분배기
30: 지연부
100, 150: 반파장판
200: 광학단속기(chopper)
300: 격자부
400: 광한부
500: 크리스탈
600: 편광부
700: 초전 검출부
800: 필터
900: 펄스 검출부

Claims (10)

1.6THz의 대역을 포함하는 테라헤르츠파를 메틸화된 분자에 조사하는 단계; 및
상기 테라헤르츠파에 의해 상기 메틸화된 분자가 탈메틸화하는 단계를 포함하는 탈메틸화 방법.

제1 항에 있어서,
입사된 레이저 빔을 이용하여 테라헤르츠파를 방사하는 단계; 및
편광부에 의해 상기 테라헤르츠파가 집적 및 이동되어 상기 메틸화된 분자에 조사되는 단계를 더 포함하는 탈메틸화 방법.

제2항에 있어서,
상기 테라헤르츠파를 필터링하여 상기 1.6THz의 대역의 테라헤르츠파를 통과시키는 단계를 더 포함하는 탈메틸화 방법.

1.6THz의 대역을 포함하는 테라헤르츠파를 메틸화된 분자에 조사하는 장치로서,
상기 메틸화된 분자는 상기 테라헤르츠파에 의해 탈메틸화하는 탈메틸화 장치.

제4항에 있어서,
레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 발생기;
상기 레이저 빔에 의해 여기되어 테라헤르츠파를 방사하는 크리스털; 및
상기 테라헤르츠파를 집적 및 이동하여 메틸화된 분자에 조사하는 편광부를 포함하는 탈메틸화 장치.

제5항에 있어서,
상기 테라헤르츠파의 1.6THz의 대역을 통과시키는 필터를 더 포함하는 탈메틸화 장치.

제6항에 있어서,
상기 필터는,
상기 편광부와 상기 메틸화된 분자 사이의 광경로에 위치하는 탈메틸화 장치.

제5항에 있어서,
상기 레이저 빔 발생기로부터의 레이저빔의 편광방향을 90도 변화시키는 제1 반파장판; 및
상기 반파장판을 통과하여 수평편광인 레이저빔의 각도를 기울여 상기 크리스털에 입사시키는 격자부를 더 포함하는 탈메틸화 장치.

제8항에 있어서,
상기 격자부와 상기 크리스털 사이의 광경로에 위치하고, 상기 격자부로부터 나온 레이저 빔을 집중시켜 상기 레이저 빔의 크기를 상기 크리스털에 적합하게 만드는 광한부를 더 포함하는 탈메틸화 장치.

제9항에 있어서,
상기 광한부와 상기 크리스털 사이의 광경로에 위치하고, 상기 광한부를 거쳐 작아진 레이저빔의 편광방향을 수직편광으로 바꾸는 제2 반파장판을 더 포함하는 탈메틸화 장치.

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