KR102154990B1 - Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel - Google Patents

Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel Download PDF

Info

Publication number
KR102154990B1
KR102154990B1 KR1020190116637A KR20190116637A KR102154990B1 KR 102154990 B1 KR102154990 B1 KR 102154990B1 KR 1020190116637 A KR1020190116637 A KR 1020190116637A KR 20190116637 A KR20190116637 A KR 20190116637A KR 102154990 B1 KR102154990 B1 KR 102154990B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
brain tissue
composition
measuring
living body
brain
Prior art date
Application number
KR1020190116637A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190123247A (en
Inventor
김용호
남지영
서민아
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
기초과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단, 기초과학연구원 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR1020190116637A priority Critical patent/KR102154990B1/en
Publication of KR20190123247A publication Critical patent/KR20190123247A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102154990B1 publication Critical patent/KR102154990B1/en

Links

Images

Classifications

    • A61B5/04
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0002Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K7/00Peptides having 5 to 20 amino acids in a fully defined sequence; Derivatives thereof
    • C07K7/04Linear peptides containing only normal peptide links
    • C07K7/08Linear peptides containing only normal peptide links having 12 to 20 amino acids
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/16Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors
    • A61B2562/164Details of sensor housings or probes; Details of structural supports for sensors the sensor is mounted in or on a conformable substrate or carrier

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)

Abstract

본 발명은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물 및 이의 용도에 대한 것으로, 종래의 금속 기반 전극의 한계로 대두되었던 생체적합성과 기계적 강도 문제점을 해결하고, 비분해성 물질을 제공함으로써 미세한 전기 신호를 고감도로 장기간 측정하고 관찰 제공할 수 있어 우수한 질환의 진단 및 치료 용도를 제공한다.The present invention relates to a composition for measuring a living body signal or a composition for stimulating a living body including a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial, and a use thereof, and biocompatibility that has emerged as a limitation of a conventional metal-based electrode. By solving the problem of hypermechanical strength and providing a non-degradable material, it is possible to measure and observe a minute electric signal with high sensitivity for a long period of time, providing excellent use for diagnosis and treatment of diseases.

Description

생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 및 생체 자극용 조성물{COMPOSITION FOR BIO-SIGNAL MEASUREMENT AND STIMULATION CONTAINING BIOCOMPATIBLE CONDUCTIVE PROTEIN GEL}A composition for measuring and stimulating a biological signal including a biocompatible conductive protein gel {COMPOSITION FOR BIO-SIGNAL MEASUREMENT AND STIMULATION CONTAINING BIOCOMPATIBLE CONDUCTIVE PROTEIN GEL}

본 발명은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물, 이의 용도, 이를 이용한 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템 및 이를 이용한 퇴행성 뇌질환을 진단하기 위한 정보를 제공하는 방법에 대한 것이다.The present invention is a composition for measuring or stimulating a living body comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial, its use, a biosignal measurement and biostimulation system using the same, and a degenerative brain disease using the same It is about how to provide information to diagnose.

뇌 신경 활성 신호, 신경 신호 등을 포함하는 생체 전기 신호는 생리 역학적 활동에 대한 많은 정보를 포함하고 있어 이를 관찰하고 측정하는 것은 생체 내에서 일어나는 현상을 이해하고 나아가 질환을 발견하고 치료하는데 그 역할이 매우 중요하다. 특히 뇌전증과 같은 신경계 질환은 뇌신경 세포의 비정상적인 전기 신호를 일으켜 중추신경계에 만성적 손상을 야기할 수 있으므로 순간적으로 일어나는 뇌신경전류 변화를 측정하는 것뿐만 아니라 장시간 동안 모니터하고 분석하여 병의 진행 여부를 판단하는 것이 필요하다. 하지만 생체 신호는 그 세기가 매우 작아 생체 외부에서 미세한 전류를 높은 감도로 측정하는 것에 한계가 있다. 따라서 삽입형 신경전극을 사용하여 체내에 이식한 뒤 신호를 측정하게 되는데 기존의 전극은 주로 전도성이 뛰어난 금속을 기반으로 제작되었다. 하지만 금속기반 전극은 주변 조직에 비해 상대적으로 기계적 강도가 높아 이식부위에 기계적 부조화에 의한 상처가 발생하기 쉬우며, 체내에 장기간 이식할 경우 이물반응을 일으켜 염증에 의한 신경 신호 검출에 한계를 갖는다. 특히 몸 속 장기 중 가장 기계적 강도가 낮은 뇌 같은 경우 금속 전극으로 인한 상기 문제점이 더 부각되어 나타날 수 있어 금속을 대체할 수 있는 생체적합하고 유연한 재료 개발이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 생체 조직과 비슷한 유연성을 갖는 고분자 폴리머를 이용한 전극 개발과 메시 타입의 전극개발로 미세 전류를 증폭시키는 연구가 진행되었지만, 재료적 측면에서 새로운 전도성 물질을 개발하는 연구는 미흡한 실정이다. Bioelectrical signals, including brain neural activation signals and neural signals, contain a lot of information on physiodynamic activities, so observing and measuring them plays a role in understanding the phenomena occurring in the body and further discovering and treating diseases. very important. In particular, neurological disorders such as epilepsy can cause chronic damage to the central nervous system by causing abnormal electrical signals of cranial nerve cells, so not only measuring changes in cranial nerve currents that occur instantaneously, but also monitoring and analyzing for a long time to determine the progression of the disease It is necessary to do. However, the strength of a living body signal is very small, so there is a limitation in measuring a minute current with high sensitivity outside the living body. Therefore, the signal is measured after implantation in the body using an implantable neural electrode. Existing electrodes are mainly made of metal with excellent conductivity. However, since metal-based electrodes have relatively high mechanical strength compared to surrounding tissues, it is easy to cause wounds due to mechanical disharmony at the implantation site, and when implanted in the body for a long period of time, it causes a foreign body reaction, thus limiting the detection of nerve signals due to inflammation. In particular, in the case of the brain, which has the lowest mechanical strength among organs in the body, the above problems due to metal electrodes may become more prominent, and thus it is necessary to develop a biocompatible and flexible material that can replace metal. In order to solve these problems, research to amplify microcurrents by developing electrodes using polymer polymers and mesh-type electrodes having similar flexibility to biological tissues has been conducted, but research on developing new conductive materials in terms of materials is insufficient. to be.

이러한 문제의 해결책으로 생체적합성 하이드로젤은 생체재료적 측면에서 뛰어난 강점을 갖는데, 고수분함량, 점탄성 조절 등의 장점이 있어 약물전달시스템, 바이오센서, 조직공학 등 다양한 분야에서 연구되고 있다. 특히 하이드로젤은 생체 조직과 같은 유연성을 가지고 있어 삽입형 재료로써 각광을 받고 있다. 생체적합성 하이드로젤은 생체 안전성이 확보된 콜라겐, 엘라스틴과 같은 천연 단백질을 기반으로 많은 연구가 되어왔지만 천연단백질은 단백질 분리, 정제에 어려움이 있고 구조의 복잡성으로 인해 응용을 위한 화학적 처리가 어렵다는 단점이 있다. 최근 단백질 구조와 단백질 자기조립 원리에 대한 지식이 넓어지면서 단백질 설계, 조작을 통한 자기조립 펩타이드가 하이드로젤 구성 물질로서 각광받고 있다. 설계를 통해 만들어진 펩타이드는 정해진 삼차 구조 구축을 통해 물리적 특성을 알기 쉽고, 기존 천연단백질에는 존재하지 않는 기능성을 부여하여 유용한 재료로 사용할 수 있어 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 기존 자기조립 펩타이드를 통해 형성된 생체 재료는 생체 내 펩타이드 분해 효소에 의한 생체 안정성과 지속성이 문제되고 있다. 또한 전기적 성질을 띠지 않아 응용에 한계가 있고, 화학적 프로세스를 통해 전도성을 갖는 물질을 결합시켜야함으로 생체적합성이 보장되지 못하는 문제점이 있다.As a solution to this problem, biocompatible hydrogels have excellent strengths in terms of biomaterials, and have advantages such as high moisture content and viscoelasticity control, so they are being studied in various fields such as drug delivery systems, biosensors, and tissue engineering. In particular, hydrogels are in the spotlight as implantable materials because they have the same flexibility as living tissues. Biocompatible hydrogels have been studied a lot based on natural proteins such as collagen and elastin, which have secured biosafety, but natural proteins have the disadvantage that it is difficult to separate and purify proteins, and chemical treatment for application due to the complexity of the structure is difficult. have. As the knowledge of the protein structure and protein self-assembly principle is expanding in recent years, self-assembly peptides through protein design and manipulation are in the spotlight as hydrogel components. Peptides made through design are easy to understand physical properties through the establishment of a predetermined tertiary structure, and can be used as useful materials by giving functionality that does not exist in existing natural proteins, so research is actively being conducted worldwide. However, biomaterials formed through existing self-assembled peptides have problems in biostability and persistence due to in vivo peptide-degrading enzymes. In addition, since it does not have electrical properties, there is a limitation in application, and biocompatibility cannot be guaranteed because a conductive material must be bonded through a chemical process.

한국공개특허 제10-2012-006138호Korean Patent Publication No. 10-2012-006138

이에, 본 발명자는 생체 내에서 거부 반응이 없으며 분해되지 않는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 생체 신호 측정 및 생체 자극 용도로 사용할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have completed the present invention by discovering that a biocompatible conductive protein gel that does not have a rejection reaction in a living body and is not degraded can be used for measuring a biological signal and stimulating a living body.

따라서, 본 발명의 목적은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물, 이의 용도, 이를 이용한 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템 및 이를 이용한 퇴행성 뇌질환을 진단하기 위한 정보를 제공하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is a composition for measuring or stimulating a bio-signal comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial, its use, a bio-signal measurement and bio-stimulation system using the same, and It is to provide a method of providing information for diagnosing degenerative brain diseases used.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 측면은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a composition for measuring a biological signal or stimulating a living body comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial.

본 발명의 제 2 측면은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물을 포함하는 의료용 이식물을 제공한다.A second aspect of the present invention provides a medical implant comprising the composition for measuring a living body signal or stimulating a living body according to the present invention.

본 발명의 제 3 측면은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물을 포함하는 의료용 전극을 제공한다.A third aspect of the present invention provides a medical electrode comprising the composition for measuring a living body signal or stimulating a living body according to the present invention.

본 발명의 제 4 측면은 전기 자극 발생기; 상기 전기 자극 발생기와 전기적으로 연결된 전극; 및 상기 전극과 연결된 본 발명에 따른 의료용 이식물을 포함하는 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템을 제공한다.A fourth aspect of the present invention is an electrical stimulation generator; An electrode electrically connected to the electrical stimulation generator; And it provides a biological signal measurement and biological stimulation system comprising a medical implant according to the present invention connected to the electrode.

본 발명의 제 5 측면은 전기 자극 발생기; 및 상기 전기 자극 발생기와 전기적으로 연결된 본 발명에 따른 의료용 전극을 포함하는 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템을 제공한다.A fifth aspect of the present invention is an electrical stimulation generator; And a medical electrode according to the present invention that is electrically connected to the electrical stimulation generator.

본 발명의 제 6 측면은 본 발명에 따른 의료용 이식물 또는 의료용 전극을 뇌 조직 내로 삽입하는 단계; 전기 자극을 주어 뇌 신경 신호를 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링된 뇌 신경 신호를 정상 뇌 신경 신호와 비교하는 단계를 포함하는 퇴행성 뇌질환을 진단하기 위한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.A sixth aspect of the present invention is the step of inserting a medical implant or a medical electrode according to the present invention into brain tissue; Monitoring brain nerve signals by applying electrical stimulation; And it provides a method of providing information for diagnosing degenerative brain disease comprising the step of comparing the monitored brain nerve signal with a normal brain nerve signal.

본 발명의 제 7 측면은 본 발명에 따른 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물을 포함하는 두개골 대용물을 제공한다.A seventh aspect of the present invention provides a skull substitute comprising the composition for measuring or stimulating a living body according to the present invention.

본 발명은 생체적합성 전도성 단백질 젤의 신규한 생체 신호 측정 및 생체 자극 용도에 대한 것으로, 종래의 금속 기반 전극의 한계로 대두되었던 생체적합성과 기계적 강도 문제점을 해결하고, 비분해성 물질을 제공함으로써 미세한 전기 신호를 고감도로 장기간 측정하고 관찰할 수 있도록 한다. 특히, 본 발명의 생체적합성 전도성 단백질 젤은 퇴행성 뇌질환, 신경질환과 같은 질병의 진단을 위해 뇌 또는 신경의 미세한 신호를 측정할 수 있어 질환을 정확하고 빠르게 진단할 수 있다. 또한, 생체적합성 전도성 단백질 젤의 농도와 전도성을 조절하여 다양한 생체 신호의 측정이 가능하여, 여러 질환의 진단에 적용시킬 수 있다.The present invention relates to a novel bio-signal measurement and biostimulation use of a biocompatible conductive protein gel, solving the problems of biocompatibility and mechanical strength, which have emerged as limitations of conventional metal-based electrodes, and providing a non-degradable material It enables long-term measurement and observation of signals with high sensitivity. In particular, the biocompatible conductive protein gel of the present invention can measure minute signals of the brain or nerves for diagnosis of diseases such as degenerative brain diseases and neurological diseases, so that diseases can be accurately and quickly diagnosed. In addition, by controlling the concentration and conductivity of the biocompatible conductive protein gel, it is possible to measure various biological signals, so that it can be applied to diagnosis of various diseases.

또한, 본 발명의 생체적합성 전도성 단백질 젤을 통해 생체 조직에 전기 자극을 줄 수 있어 뇌 심부 자극술과 같은 치료 방법에도 적용시킬 수 있다.In addition, the biocompatible conductive protein gel of the present invention can be applied to treatment methods such as deep brain stimulation because electrical stimulation can be applied to living tissues.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 표지된 β-펩타이드의 말디-토프 데이터를 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 표지된 β-펩타이드의 흡광도(검은색)과 분광도(빨간색) 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 형광 표지된 β-펩타이드를 함유한 전도성 단백질 젤을 마우스의 뇌에 주입한 후 촬영한 전자 현미경 이미지이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 스트레인 모드에서 전도성 단백질 젤의 농도에 따른 저장 탄성(G')과 손실탄성(G")을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 주파수 스윕 모드에서 전도성 단백질 젤의 농도에 따른 저장 탄성(G')과 손실탄성(G")을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체의 농도를 0, 0.004, 0.020, 0.040% 단위 체적 중량으로 늘려가며 제조한 단백질 젤의 사진이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시예에 있어서 주파수 스윕 모드에서 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체의 농도에 따른 저장 탄성(G')을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체 농도에 따른 단백질 젤의 전도성을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체 농도에 따른 단백질 젤의 임피던스를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 라미닌, 단백질 젤 및 전도성 단백질 젤의 생체외 생체적합성 세포 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 라미닌과 단백질 젤 및 전도성 단백질 젤의 시간에 따른 세포의 증식을 나타내는 흡광도 결과를 나타낸 것이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 있어서 전도성 단백질 젤의 생체내 생체적합성 실험 결과를 나타낸 것이다. 녹색 형광: 마이크로글리아, 빨강 형광: 아스트로사이트.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 뇌전증 마우스 모델 실험을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 뇌전증 마우스 모델 실험에서 측정된 EEG 신호 측정 결과를 나타낸 것이다. EEG 1(파란색), EEG 2(빨간색).
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 있어서 전도성 단백질 젤이 포함된 주입용 glass pipet을 나타낸 것이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 있어서 뇌전증 마우스 모델 실험에서 단백질 젤이 주입된 뇌 조직 및 EEG 신호를 측정한 chronic recording 데이터를 나타낸 것이다.
1A shows maldi-tope data of a fluorescently labeled β-peptide according to an embodiment of the present invention.
1B shows the absorbance (black) and spectral (red) spectra of the fluorescently labeled β-peptide according to an embodiment of the present invention.
1C is an electron microscope image taken after injecting a conductive protein gel containing a fluorescently-labeled β-peptide according to an embodiment of the present invention into the brain of a mouse.
Figure 2a shows the results of measuring the storage elasticity (G') and loss elasticity (G") according to the concentration of the conductive protein gel in the strain mode according to an embodiment of the present invention.
2B shows the results of measuring storage elasticity (G') and loss elasticity (G") according to the concentration of the conductive protein gel in a frequency sweep mode according to an embodiment of the present invention.
2C is a photograph of a protein gel prepared by increasing the concentration of the β-peptide/carbon nanotube complex to 0, 0.004, 0.020, and 0.040% unit volume weight according to an embodiment of the present invention.
2D is a graph showing the storage elasticity (G') according to the concentration of the β-peptide/carbon nanotube complex in the frequency sweep mode according to an embodiment of the present invention.
3A shows the result of measuring the conductivity of the protein gel according to the concentration of the β-peptide/carbon nanotube complex in an embodiment of the present invention.
3B shows the results of measuring the impedance of the protein gel according to the concentration of the β-peptide/carbon nanotube complex in an embodiment of the present invention.
4A shows the results of in vitro biocompatible cell experiments of laminin, protein gel, and conductive protein gel according to an embodiment of the present invention.
4B shows absorbance results showing cell proliferation of laminin, protein gels, and conductive protein gels over time in an embodiment of the present invention.
4C shows the results of an in vivo biocompatibility experiment of a conductive protein gel according to an embodiment of the present invention. Green fluorescence: microglia, red fluorescence: Astrosite.
Figure 5a schematically shows the epilepsy mouse model experiment according to an embodiment of the present invention.
Figure 5b shows the EEG signal measurement results measured in the epilepsy mouse model experiment according to an embodiment of the present invention. EEG 1 (blue), EEG 2 (red).
Figure 6a shows a glass pipet for injection containing a conductive protein gel in an embodiment of the present invention.
6B shows chronic recording data obtained by measuring a brain tissue injected with a protein gel and an EEG signal in an epilepsy mouse model experiment according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현 예 및 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention.

그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments and examples described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the specification of the present invention, when a member is said to be located "on" another member, this includes not only the case where a member is in contact with the other member, but also the case where another member exists between the two members.

본 발명의 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명의 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout the specification of the present invention, when a certain part "includes" a certain constituent element, it means that other constituent elements may be further included rather than excluding other constituent elements unless otherwise stated. The terms "about", "substantially", etc. of the degree used throughout the specification of the present invention are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and the present invention To aid in understanding of, accurate or absolute figures are used to prevent unreasonable use of the stated disclosure by unscrupulous infringers. As used throughout the specification of the present invention, the term "step (to)" or "step of" does not mean "step for".

본 발명의 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present invention, the term "combination of these" included in the expression of the Makushi format refers to one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of components described in the expression of the Makushi format, the It means to include one or more selected from the group consisting of components.

본 발명은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for measuring a living body signal or stimulating a living body comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체는 생체적합성 전도성 단백질 젤 내에 0.001 내지 10 % w/v의 농도, 예를 들어, 0.001 내지 1 % w/v, 0.001 내지 0.5 % w/v 또는 0.004 내지 0.04 % w/v의 농도로 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the complex of the biocompatible protein and the conductive nanomaterial is in a concentration of 0.001 to 10% w/v in the biocompatible conductive protein gel, for example, 0.001 to 1% w/v, 0.001 to It may be included in a concentration of 0.5% w/v or 0.004 to 0.04% w/v.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생체적합성 단백질은 β-아미노산으로 이루어진 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 상기 생체적합성 단백질은 서열번호 1로 표시되는 아미노산 서열을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기 서열번호 1의 서열의 반복에 의한 (KVKEVFFVKEVFFVKEVY)n (1≤n≤3)의 서열을 포함할 수 있다. 상기 아미노산의 서열의 N-말단 또는 C-말단에 라이신(Lysine, K)가 추가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the biocompatible protein may include an amino acid sequence consisting of β-amino acids. The biocompatible protein may include an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, for example, may include a sequence of (KVKEVFFVKEVFFVKEVY) n (1 ≤ n ≤ 3) by repetition of the sequence of SEQ ID NO: 1. . Lysine (K) may be added to the N-terminus or C-terminus of the amino acid sequence.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생체적합성 단백질은 효소, 예를 들어 단백질 분해효소에 의해 분해되지 않으므로, 상기 생체적합성 전도성 단백질 젤은 생체 내에서 안정하게 유지될 수 있다. 상기 효소는 예를 들어, 트립신(trypsin), 키모트립신(chymotrypsin), 서브틸리신(subtilisin) 등을 포함한다.In one embodiment of the present invention, since the biocompatible protein is not degraded by an enzyme, for example, a proteolytic enzyme, the biocompatible conductive protein gel can be stably maintained in vivo. The enzyme includes, for example, trypsin, chymotrypsin, subtilisin, and the like.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전도성 나노물질은 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 풀러렌(fullerene, C60), 전도성 고분자 나노와이어, 전도성 고분자 나노튜브, 전도성 고분자 나노입자, 메탈 나노와이어, 메탈 나노입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으며, 예를 들어, 탄소나노튜브일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive nanomaterial is a carbon nanotube (CNT), fullerene (C60), a conductive polymer nanowire, a conductive polymer nanotube, a conductive polymer nanoparticle, a metal nanowire, It may be selected from the group consisting of metal nanoparticles and combinations thereof, and may be, for example, carbon nanotubes.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체는 생체적합성 단백질을 완충용액에 용해시켜 단백질 용액을 제조하는 단계; 전도성 나노물질을 글리세롤 수용액에 분산시켜 전도성 나노물질 수용액을 제조하는 단계; 상기 단백질 용액과 상기 전도성 나노물질 수용액을 혼합하여 복합체를 형성하는 단계; 상기 복합체를 농축시키는 단계; 및 상기 농축된 복합체에 섬유화가 진행된 생체적합성 단백질을 첨가한 후 젤화시키는 단계에 의해 제조될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the complex of the biocompatible protein and the conductive nanomaterial is prepared by dissolving the biocompatible protein in a buffer solution to prepare a protein solution; Preparing a conductive nanomaterial aqueous solution by dispersing the conductive nanomaterial in an aqueous glycerol solution; Forming a complex by mixing the protein solution and the conductive nanomaterial aqueous solution; Concentrating the complex; And adding a biocompatible protein subjected to fibrosis to the concentrated complex, followed by gelation.

상기 복합체를 형성하는 단계는 단백질이 나노물질에 자기조립되어 형성되는 것일 수 있다. 상기 복합체의 형성시 상기 단백질 용액과 상기 전도성 나노물질 수용액을 1 : 1 내지 10 :1의 질량비로 혼합할 수 있으며, 단백질은 1mg/mL 이상의 농도일 수 있다. 측정하고자 하는 생체 신호에 따라 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체의 비율을 조절하여 다양한 생체 신호를 측정할 수 있다. The step of forming the complex may be formed by self-assembling proteins in nanomaterials. When the complex is formed, the protein solution and the conductive nanomaterial aqueous solution may be mixed in a mass ratio of 1:1 to 10:1, and the protein may have a concentration of 1 mg/mL or more. Various biological signals can be measured by adjusting the ratio of the complex of the biocompatible protein and the conductive nanomaterial according to the biological signal to be measured.

또한, 본 발명은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 의료용 이식물 및 의료용 전극을 제공한다.In addition, the present invention provides a medical implant and a medical electrode comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 의료용 이식물 및 의료용 전극은 생체 조직 내에 이식될 수 있으며, 예를 들어, 뇌 조직, 대뇌 혈관, 연골, 척수, 근육, 피부 등에 이식될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the medical implant and the medical electrode may be implanted in a living tissue, for example, brain tissue, cerebral blood vessels, cartilage, spinal cord, muscle, skin, and the like.

상기 의료용 이식물은 생체 조직 내에 이식된 후 전극이 연결되어 전기 자극을 받을 수 있어 생체 신호를 측정할 수 있으며 또한 생체에 전기 자극을 줄 수 있다. 이에 따라, 상기 의료용 이식물은 퇴행성 뇌질환, 신경 질환, 통증, 관절염 등의 진단 및 치료 용도로서 사용될 수 있다.The medical implant can be implanted into a living body and then connected to an electrode to receive electrical stimulation, so that a living body signal can be measured and an electrical stimulation can be applied to the living body. Accordingly, the medical implant can be used for diagnosis and treatment of degenerative brain diseases, neurological diseases, pain, arthritis, and the like.

상기 의료용 전극은 본 발명에 따른 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤이 전극의 표면에 고정되어 있을 수 있다. 상기 의료용 전극은 생체 조직 내에 이식된 후 전기 자극을 받을 수 있어 생체 신호를 측정할 수 있으며 또한 생체에 전기 자극을 줄 수 있다. 이에 따라, 상기 의료용 이식물은 퇴행성 뇌질환, 신경 질환, 통증, 관절염 등의 진단 및 치료 용도로서 사용될 수 있다.In the medical electrode, a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial according to the present invention may be fixed on the surface of the electrode. The medical electrode can receive electrical stimulation after being implanted in a living tissue, so that a living body signal can be measured, and an electrical stimulation can be applied to the living body. Accordingly, the medical implant can be used for diagnosis and treatment of degenerative brain diseases, neurological diseases, pain, arthritis, and the like.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 의료용 이식물 또는 의료용 전극을 포함하는 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a bio-signal measurement and bio-stimulation system including a medical implant or medical electrode according to the present invention.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템은 전기 자극 발생기; 상기 전기 자극 발생기와 전기적으로 연결된 전극; 및 상기 전극과 연결된 본 발명에 따른 의료용 이식물을 포함하여 구성되거나, 전기 자극 발생기; 상기 전기 자극 발생기와 전기적으로 연결된 본 발명에 따른 의료용 전극을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템은 측정된 생체 신호를 변환하는 퓨리에 변환기, 변환된 신호를 처리하는 정보 분석기, 처리된 정보를 나타내는 디스플레이기를 추가 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the bio-signal measurement and bio-stimulation system comprises: an electrical stimulation generator; An electrode electrically connected to the electrical stimulation generator; And a medical implant according to the present invention connected to the electrode, or an electrical stimulation generator; It may be configured to include a medical electrode according to the present invention electrically connected to the electrical stimulation generator. The bio-signal measurement and bio-stimulation system may further include a Fourier transducer that converts the measured bio-signal, an information analyzer that processes the converted signal, and a display that displays processed information.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 의료용 이식물 및 의료용 전극은 신경계, 예를 들어 신체 전반에 걸쳐 전기 신호를 생성하는 생체 부위에 이식될 수 있다. 구체적으로, 상기 의료용 이식물 및 의료용 전극은 뇌 조직, 대뇌 혈관, 연골, 척수, 근육, 피부 등과 같은 생체 조직 내에 이식될 수 있으며, 이식 후 전기 자극을 생체 조직으로 전달함으로써 생체 신호를 측정하여 질환의 발병 또는 진행 여부를 확인하고, 생체 조직에 전기 자극을 주어 질환을 치료할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the medical implant and the medical electrode may be implanted in a nervous system, for example, a body part that generates electrical signals throughout the body. Specifically, the medical implants and medical electrodes may be implanted into biological tissues such as brain tissue, cerebral blood vessels, cartilage, spinal cord, muscle, skin, etc., and by measuring a biological signal by transmitting electrical stimulation to the biological tissue after transplantation The onset or progression of the disease can be checked, and the disease can be treated by applying electrical stimulation to the living tissue.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 전기 자극은 미세전압, 예를 들어, 약 1 mV 내지 약 10 V의 전압 및 약 1 내지 약 200 hz의 주파수를 갖는 것일 수 있다. 예를 들어, 마우스에게 가해지는 전기 자극은 약 1 mV 내지 약 5 mV일 수 있으며, 인간에게 가해지는 전기 자극은 약 0.5 V 내지 약 5 V일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In one embodiment of the present invention, the electrical stimulation may have a microvoltage, for example, a voltage of about 1 mV to about 10 V and a frequency of about 1 to about 200 hz. For example, the electrical stimulation applied to the mouse may be about 1 mV to about 5 mV, and the electrical stimulation applied to the human may be about 0.5 V to about 5 V, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 질환은 퇴행성 뇌질환, 신경질환, 통증, 관절염, 척수 질환, 신경세포 질환, 근육 질환 등을 포함할 수 있다. 상기 퇴행성 뇌질환은 예를 들어, 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌졸중, 치매, 헌팅턴병, 피크(Pick)병, 크로이펠츠-야곱(Creutzfeld-Jakob)병 등을 포함할 수 있다. 상기 신경질환은 예를 들어, 뇌전증, 발작, 발작 관련 장애, 급송 뇌 손상, 만성 뇌 손상, 만성 두통, 편두통, 운동 장애 등을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the disease may include degenerative brain disease, neurological disease, pain, arthritis, spinal cord disease, neuronal disease, muscle disease, and the like. The degenerative brain disease may include, for example, Alzheimer's disease, Parkinson's disease, stroke, dementia, Huntington's disease, Pick's disease, and Creutzfeld-Jakob's disease. The neurological diseases may include, for example, epilepsy, seizures, seizure-related disorders, rapid brain injury, chronic brain damage, chronic headache, migraine, movement disorders, and the like.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템은 뇌 심부 자극에 사용될 수 있다. 뇌 심부 자극은 뇌전증, 통증, 파킨슨병 등을 치료하기 위한 전기 치료법으로서, 뇌조율기라는 의료 장치를 뇌 안에 이식하여 뇌의 신호를 측정하고 뇌에 특정 부위에 전기적 자극을 보내 만성 통증, 파킨슨병, 진전, 근긴장이상증 등에 효과적 치료 방법으로 알려져 있다. 본 발명에 따른 의료용 이식물 또는 의료용 전극을 뇌조율기로서 사용하여 뇌 안에 이식하여 뇌 심부 자극을 하여 질환의 치료에 효과적으로 적용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the biological signal measurement and biological stimulation system may be used for deep brain stimulation. Deep brain stimulation is an electrical therapy for treating epilepsy, pain, Parkinson's disease, etc. A medical device called a cerebral coordinator is implanted into the brain to measure signals from the brain and send electrical stimulation to a specific part of the brain to send chronic pain, Parkinson's disease. , Tremors, and dystonia are known as effective treatment methods. The medical implant or the medical electrode according to the present invention may be implanted into the brain using a cerebral regulator to stimulate deep brain, and thus can be effectively applied to the treatment of diseases.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 의료용 이식물 또는 의료용 전극을 뇌 조직 내로 삽입하는 단계; 전기 자극을 주어 뇌 신경 신호를 모니터링하는 단계; 및 상기 모니터링된 뇌 신경 신호를 정상 뇌 신경 신호와 비교하는 단계를 포함하는 퇴행성 뇌질환을 진단하기 위한 정보를 제공하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention includes the steps of inserting a medical implant or medical electrode according to the present invention into brain tissue; Monitoring brain nerve signals by applying electrical stimulation; And it provides a method of providing information for diagnosing degenerative brain disease comprising the step of comparing the monitored brain nerve signal with a normal brain nerve signal.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 퇴행성 뇌질환은 알츠하이머병, 파킨슨병, 뇌졸중, 치매, 헌팅턴병, 피크(Pick)병, 크로이펠츠-야곱(Creutzfeld-Jakob)병 등을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the degenerative brain disease may include Alzheimer's disease, Parkinson's disease, stroke, dementia, Huntington's disease, Pick's disease, Creutzfeld-Jakob's disease, and the like.

또한, 본 발명은 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 생체 신호 측정 또는 생체 자극용 조성물을 포함하는 두개골 대용물을 제공한다.In addition, the present invention provides a cranial substitute comprising a composition for measuring or stimulating a biological signal comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 두개골 대용물은 두개골에 이식된 후 이를 통해 전기 자극을 줄 수 있어 생체 신호를 측정하여 질환의 발병 또는 진행 여부를 확인하고, 생체 조직에 전기 자극을 주어 질환을 치료할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the skull substitute may be implanted in the skull and then subjected to electrical stimulation through it, so that the onset or progression of a disease is confirmed by measuring a biological signal, and an electrical stimulation is applied to the biological tissue Can cure.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to embodiments described below in detail. Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, these examples are intended to specifically illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

[[ 실시예Example ]]

제조예Manufacturing example 1. 생체적합성 전도성 단백질 젤의 제조 1. Preparation of biocompatible conductive protein gel

생체적합성 β-Biocompatible β- 펩타이드Peptide 제조 Produce

β-펩타이드는 CEM 사의 microwave 합성기(Discover SPS, 200-240V/50/60Hz)로 합성되었다. 고체상 펩타이드 합성방법을 활용하여 HBTU(2-(1H-Benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate)로 활성화된 C-말단 β-아미노산을 비활성 고체상 H-rink amide 레진(PCAS 0.53mmol substitution)에 Fmoc(fluorenylmethyloxycarbonyl carbamate) 방법으로 합성하였다.The β-peptide was synthesized using a microwave synthesizer (Discover SPS, 200-240V/50/60Hz) of CEM. Using the solid-phase peptide synthesis method, the C-terminal β-amino acid activated with HBTU (2-(1H-Benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate) is converted into an inactive solid H-rink amide resin ( PCAS 0.53mmol substitution) was synthesized by Fmoc (fluorenylmethyloxycarbonyl carbamate) method.

먼저 레진을 N,N-다이메틸포름아마드(N,N-dimethylformamide, 이하 DMF)에서 30분간 팽창시킨 후 20% 피퍼리딘(DMF 용액)을 사용해 80℃에서 2분간 3번 디프로텍팅을 시켰다. 그 이후 β-아미노산을 고체상 지지대와 커플링할 때의 비율은 아미노산:HBTU:DIEA(N,N-Diisopropylethylamine):레진이 3:2.5:4:1이었다. β-아미노산, HBTU, DIEA를 잘 섞어 준 후 레진에서의 반응은 70℃에서 2분간 총 3번 진행하였다.First, the resin was expanded in N,N-dimethylformamide (DMF) for 30 minutes and then deprotected 3 times at 80° C. for 2 minutes using 20% piperidine (DMF solution). After that, when the β-amino acid was coupled to the solid support, the ratio of amino acid: HBTU: DIEA (N,N-Diisopropylethylamine): resin was 3:2.5:4:1. After mixing β-amino acid, HBTU, and DIEA well, the reaction in the resin was carried out three times at 70°C for 2 minutes.

각 디프로텍션과 커플링 단계 후에는 DMF와 염화메틸렌(dichloromethane, 이하 DCM)으로 번갈아가며 3번씩 세척 과정을 거쳤다. C-말단부터 6개의 잔기가 합성된 후에는 디프로텍션과 커플링 반응 시간을 4분으로 늘리고 12개의 잔기가 합성된 후에는 8분으로 늘리면서 디프로텍션의 반응 횟수를 5번으로 늘려 실험하였다. 모든 β-아미노산 잔기가 합성된 후에는 N-말단에 있는 아미노산의 Fmoc 보호기를 전 단계와 동일한 디프로텍션 반응으로 제거하였다. 마지막으로 에탄올로 남아있을 수 있는 시료들을 제거한 후 진공 상에서 건조시켰다.After each deprotection and coupling step, it was washed three times, alternately with DMF and methylene chloride (DCM). After 6 residues from the C-terminus were synthesized, the deprotection and coupling reaction time was increased to 4 minutes, and after 12 residues were synthesized, the reaction time of the deprotection was increased to 5 minutes while increasing to 8 minutes. After all β-amino acid residues were synthesized, the Fmoc protecting group of the amino acid at the N-terminus was removed by the same deprotection reaction as in the previous step. Finally, samples that may remain in ethanol were removed and dried under vacuum.

고체상 레진으로부터의 분리는 클리비지 용액 TFA(Trifluoroacetic acid):TIS(Triisopropylsilane):증류수가 95:2.5:2.5에서 합성이 완료된 레진을 2시간 동안 반응을 보낸 후 석면필터로 레진을 걸렀다. 걸러진 용액 안의 클리비지 용액을 질소 기체 하에서 증발시키고 침전물이 생기면 차갑게 보관된 다이에틸 에테르(diethyl ether)로 침전시켰다. 여기서 침전된 물질이 β-펩타이드이다. β-펩타이드 침전물을 진공상태에서 건조시킨 후 증류수와 아세토나이트릴(acetonitrile, 이하 ACN)로 녹여 동결건조하였다.Separation from the solid resin was carried out by reacting the resin synthesized at 95:2.5:2.5 with Clivis solution TFA (Trifluoroacetic acid):TIS (Triisopropylsilane):distilled water for 2 hours, and then the resin was filtered with an asbestos filter. The Clivis solution in the filtered solution was evaporated under nitrogen gas, and when a precipitate was formed, it was precipitated with diethyl ether stored cold. The substance precipitated here is a β-peptide. After drying the β-peptide precipitate in a vacuum state, it was dissolved in distilled water and acetonitrile (ACN) and lyophilized.

상기 동결건조된 β-펩타이드를 말디-토프 질량분석을 통해 본 발명의 생체적합성 단백질 β-VhexS의 질량 2516을 확인하였다.The lyophilized β-peptide was subjected to maldi-tope mass spectrometry to confirm the mass 2516 of the biocompatible protein β-VhexS of the present invention.

고체상 펩타이드 방법으로 합성된 β-펩타이드는 순도를 높이기 위해 고성능 액체 크로마토그래피를 이용한 정제가 필요하므로, Waters prep 150 LC system과 XBridge BEH300 Prep C4 5um 컬럼을 사용하여 정제하였다.The β-peptide synthesized by the solid-phase peptide method requires purification using high-performance liquid chromatography to increase the purity, so it was purified using a Waters prep 150 LC system and an XBridge BEH300 Prep C4 5um column.

생체적합성 β-Biocompatible β- 펩타이드Peptide 젤 제조 Gel manufacturing

β-단백질의 물리적 젤을 제조하기 위해서 동결건조된 β-단백질을 약 30분간 상온에서 보관하여 β-단백질 온도를 상온(15℃ 내지 25℃)에 맞추었다. 상온에 맞춘 단백질을 농도 및 pH 조건에 따라서 완충액 및 초순수에 녹여 약 3시간 정도 보관하여 단백질 젤을 제조하였다. 즉, 각기 다른 물리적 특성을 가지는 단백질 젤을 제조하기 위해서 단백질의 농도에 따른(1.25, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50 mg/mL) 젤을 제조하였고, 또한 각기 다른 화학적 특성을 가지는 단백질 젤을 제조하기 위해서 단백질을 녹이는 용매의 pH에 따른(pH 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5) 단백질 젤을 제조하였다In order to prepare a physical gel of β-protein, the lyophilized β-protein was stored at room temperature for about 30 minutes to adjust the β-protein temperature to room temperature (15°C to 25°C). A protein gel was prepared by dissolving the protein adjusted to room temperature in a buffer solution and ultrapure water according to the concentration and pH conditions and storing for about 3 hours. In other words, in order to prepare a protein gel having different physical properties, gels according to the concentration of the protein (1.25, 2.5, 5, 10, 20, 30, 50 mg/mL) were prepared, and also proteins with different chemical properties. To prepare a gel, a protein gel was prepared according to the pH of the solvent dissolving the protein (pH 4.5, 6.0, 7.5, 9.0, 10.5).

β-β- 펩타이드Peptide // CNTCNT 복합체 제조 Composite manufacturing

[0096] 50mL 팔콘 튜브에 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, 이하 CNT) 20mg을 취한 후 1 wt% 20mL 글리세롤 수용액에 녹였다. SWNT 분산을 위해 tip sonicator(max power 125W)의 끝을 준비된 용액의 1/3 지점에 위치시키고 40%파워로 2초/1초 on/off에서 20분 동안 초음파를 주었다. 이때 용액이 담긴 팔콘 튜브는 얼음에 충분히 잠기도록 하였다. 초음파 결과 SWNT 글리세롤 용액은 고른 검은 빛을 나타내었다. 이 용액 3mL를 15ml 팔콘 튜브에 옮긴 후 7,000 rpm에서 10분간 원심분리하면 CNT는 가라앉게 된다.After taking 20mg of single-walled carbon nanotube (CNT) in a 50mL Falcon tube, it was dissolved in 1 wt% 20mL glycerol aqueous solution. For SWNT dispersion, the tip of the tip sonicator (max power 125W) was placed at 1/3 of the prepared solution, and ultrasonic waves were applied for 20 minutes at 2 seconds/1 second on/off with 40% power. At this time, the Falcon tube containing the solution was sufficiently immersed in ice. As a result of the ultrasound, the SWNT glycerol solution exhibited even black light. Transfer 3 mL of this solution to a 15 mL Falcon tube and centrifuge at 7,000 rpm for 10 minutes to settle the CNTs.

상층액을 전부 파스퇴르 피펫으로 제거한 후 가라앉은 SWNT에 3mL의 증류수를 넣어 재분산 시켰다. 이때 분산이 잘 되지 않으면 초음파를 가해주었다. 재분산된 용액을 원심분리한 후 같은 과정을 2번 반복하였다.After removing all the supernatant with a Pasteur pipette, 3 mL of distilled water was added to the settled SWNT and redispersed. At this time, if the dispersion was not good, ultrasonic waves were applied. After centrifuging the redispersed solution, the same process was repeated twice.

β-펩타이드는 5.5mg을 취해 5mL 20mM Tris, 100mM NaCl 완충용액에 녹인 후 글리세롤을 제거한 SWNT가 있는 팔콘 튜브로 펩타이드 용액을 옮겼다. 이 용액이 들어있는 팔콘 튜브를 얼음에 충분히 잠기도록 하고 tip sonicator를 사용해 60%파워, 2초/1초 on/off 조건에서 30분 동안 초음파를 주었다. 그 결과 얻어지는 검은 빛 용액이 β-펩타이드가 CNT를 감싸 분산된 것이다. 이 용액에서 펩타이드의 자기조립에 의해 분산된 CNT만을 선택적으로 얻기 위해 7,000 rpm에서 10분간 원심분리하여 획득한 검은 빛 상층액이 본 발명의 β-펩타이드 /CNT 복합체이다. 5.5 mg of β-peptide was taken and dissolved in 5 mL 20 mM Tris, 100 mM NaCl buffer, and the peptide solution was transferred to a Falcon tube with SWNT from which glycerol was removed. The falcon tube containing this solution was sufficiently immersed in ice, and ultrasonic waves were applied for 30 minutes at 60% power and 2 seconds/1 second on/off conditions using a tip sonicator. As a result, the resulting black solution was dispersed by surrounding the CNT with β-peptide. The dark supernatant obtained by centrifuging for 10 minutes at 7,000 rpm to selectively obtain only CNTs dispersed by self-assembly of the peptides in this solution is the β-peptide/CNT complex of the present invention.

전도성 conductivity 펩타이드Peptide 젤 제조 Gel manufacturing

상기 합성한 β-펩타이드/SWNT를 원심분리 필터 장치(Microcon-30kDa, MRCF0R030)를 사용하여 10배 농축시켰다.The synthesized β-peptide/SWNT was concentrated 10 times using a centrifugal filter device (Microcon-30kDa, MRCF0R030).

본 제조예에서는 각각 1mL의 β-펩타이드/SWNT 용액을 100uL로 농축시켰다. 농축된 β-펩타이드/CNT 용액과 pH 7.4 Tris-HCl 완충용액 상에서 이미 섬유화가 진행되어 점도가 높아진 20mg/mL β-펩타이드 용액 100uL를 섞어 상온에 하루 보관하였다. 최종 농도를 20mg/mL로 맞추기 위해 원심분리 필터 장치를 사용하여 2배 재농축 과정을 거쳐 전도성 펩타이드 젤을 완성하였다.In this preparation example, each 1 mL of β-peptide/SWNT solution was concentrated to 100 μL. Concentrated β-peptide/CNT solution and 100uL of a 20mg/mL β-peptide solution whose viscosity had already increased due to fibrosis in a pH 7.4 Tris-HCl buffer solution were mixed and stored at room temperature for one day. In order to adjust the final concentration to 20 mg/mL, a conductive peptide gel was completed through a 2-fold reconcentration process using a centrifugal filter device.

실시예Example 1. 형광을 띄는 β- 1. Fluorescent β- 펩타이드Peptide -- Cy3Cy3 제조 및 흡광도 분석 Manufacturing and absorbance analysis

제조예 1에서와 같이 합성한 β-펩타이드 젤의 체내 주입시 형광으로 그 위치를 확인하기 위해 β-펩타이드와 Cyanine 3 carboxylic acids (Cy3, Lumiprobe)를 컨주게이션하여 형광을 띄도록 하였다. 효과적인 합성을 위해 CEM사의 microwave 합성기(Discover SPS, 200-240V/50/60Hz)를 사용하였다. 먼저 고체상 레진에 합성된 β-펩타이드의 마지막 β-아미노산 합성 뒤 80% N,N-다이메틸포름아마드(N,N-dimethylformamide, DMF)와 20% 피퍼리딘 용액을 사용해 Fmoc 보호기를 80℃에서 8분간 5번 디프로텍딩을 시켰다. 그 이후 Cy3:HBTU(2-(1H-Benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate):DIEA(N,N-Diisopropylethylamine):레진이 1.5:2.5:4:1 되도록 하여 잘 섞어 준 후 레진에서 반응을 73℃, 11분, 30W 조건으로 진행하였다. 그 뒤 상온에서 1 시간 동안 magnetic stirring 과정을 거쳤다. 합성 과정을 거치면서 레진 색이 노란색에서 붉은빛을 띄는 분홍색으로 변하였다. 그 뒤 DMF와 염화메틸렌(dichloromethane, DCM)으로 번갈아가며 3번씩 세척하였다. When the β-peptide gel synthesized as in Preparation Example 1 was injected into the body, in order to confirm its location by fluorescence, β-peptide and Cyanine 3 carboxylic acids (Cy3, Lumiprobe) were conjugated to show fluorescence. For effective synthesis, a microwave synthesizer of CEM (Discover SPS, 200-240V/50/60Hz) was used. First, after synthesis of the last β-amino acid of β-peptide synthesized in solid resin, the Fmoc protecting group was 8 at 80℃ using 80% N,N-dimethylformamide (DMF) and 20% piperidine solution. It was deprotected 5 times for a minute. After that, Cy3:HBTU(2-(1H-Benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate):DIEA(N,N-Diisopropylethylamine):resin is 1.5:2.5:4:1 After mixing well, the reaction was carried out in a resin at 73° C., 11 minutes, and 30W. After that, magnetic stirring was performed at room temperature for 1 hour. During the synthesis process, the resin color changed from yellow to reddish pink. After that, it was washed three times with DMF and methylene chloride (dichloromethane, DCM) alternately.

고체상 레진으로부터 분리는 클리비지 용액 TFA(Trifluoroacetic acid):TIS (Triisopropylsilane):증류수가 95:2.5:2.5에서 합성이 완료된 레진을 2시간 동안 magnetic stirring을 통해 반응을 보낸 후 석면필터로 레진을 걸러냈다. 걸러진 용액 안의 용액을 질소 기체 하에서 증발시키고 침전물이 생기면 차갑게 보관한 다이에틸 에테르(diethyl ether)로 침전시켰다. 침전된 β-펩타이드/cy3는 진공상태에서 건조시킨 후 증류수로 녹여 동결건조하였다. 상기 동결건조된 β-펩타이드/Cy3를 말디-토프 질량분석을 통해 질량 2956.3을 확인하였다(도 1a).Separation from the solid resin was carried out by reacting the resin synthesized at 95:2.5:2.5 with Clivage solution TFA (Trifluoroacetic acid):TIS (Triisopropylsilane):distilled water through magnetic stirring for 2 hours, and then the resin was filtered with an asbestos filter. The solution in the filtered solution was evaporated under nitrogen gas, and when a precipitate formed, it was precipitated with diethyl ether stored cold. The precipitated β-peptide/cy3 was dried in a vacuum state, dissolved in distilled water, and lyophilized. The lyophilized β-peptide/Cy3 was confirmed to have a mass of 2956.3 through maldi-tope mass spectrometry (FIG. 1A).

합성된 β-펩타이드/Cy3의 광루미네선스 스팩트럼 분석을 통해 흡광도와 분광도 스펙트럼을 얻고 정량화하였다(도 1b).The absorbance and spectral spectra were obtained and quantified through photoluminescence spectrum analysis of the synthesized β-peptide/Cy3 (Fig. 1b).

도 1c는 β-펩타이드/Cy3를 포함하는 단백질 젤을 마우스 대뇌피질에 주입하여 two-photon 전자현미경으로 관찰한 사진으로, β-펩타이드/Cy3의 사용 예를 보여준다. 1C is a photograph of a protein gel containing β-peptide/Cy3 injected into the mouse cerebral cortex and observed with a two-photon electron microscope, and shows an example of the use of β-peptide/Cy3.

실시예Example 2. β- 2. β- 펩타이드Peptide 젤과 전도성 β- Gel and conductivity β- 펩타이드Peptide 젤의 물리적 특성 분석 Analysis of the physical properties of the gel

농도에 따른 β-펩타이드 젤과 β-펩타이드/CNT 복합체를 포함하는 전도성 단백질 젤의 물리적 특성을 확인하기 위해 동적 Rheometer(MCR 302, Anton Paar)의 25mm 평행 플레이트 사용하여 25℃, 0.2 mm gap의 측정 조건에서 단백질 젤의 점탄성도를 측정하였다. β-펩타이드 젤은 각 30, 50 mg/ml의 농도로 시료를 준비하였다. 먼저, 물리적 특성이 변하지 않는 선형 점탄성 영역을 확인하기 위해 스트레인을 0부터 10%까지 각주파수 1 rad/s의 진폭에서 관찰하였다. 그 결과 농도 50 mg/ml를 갖는 단백질 젤은 선형 한계값이 1%이고 30 mg/ml 단백질 젤은 그보다 큰 값을 갖는 것을 확인하였다(도 2a). 이 결과에서 50 mg/ml 단백질 젤은 시료의 탄성을 나타내는 저장 탄성(G')과 점성 부분의 특성을 나타내는 손실 탄성(G")의 차이가 30 mg/ml 단백질의 G', G"의 차이보다 더 커 높은 농도에서 더 고체적 성질을 띄는 것을 알 수 있었다. 주파수 스윕은 1% 스트레인에서 주파수를 0부터 10 rad/s까지 변형하며 측정하였다. 그 결과 저주파 범위에서 두 시료 모두 G'>G" 가 확인되어 안정적인 고체 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다(도 2b).Measurement of a gap of 0.2 mm at 25°C using a 25 mm parallel plate of a dynamic rheometer (MCR 302, Anton Paar) to check the physical properties of the β-peptide gel and the conductive protein gel containing the β-peptide/CNT complex depending on the concentration The viscoelasticity of the protein gel was measured under conditions. For β-peptide gel, samples were prepared at concentrations of 30 and 50 mg/ml, respectively. First, strain was observed at an amplitude of 1 rad/s at each frequency from 0 to 10% in order to confirm the linear viscoelastic region where the physical properties did not change. As a result, it was confirmed that the protein gel having a concentration of 50 mg/ml had a linear limit of 1% and that the 30 mg/ml protein gel had a higher value (FIG. 2A). In this result, the difference between the storage elasticity (G') representing the elasticity of the sample and the loss elasticity (G") representing the properties of the viscous part of the 50 mg/ml protein gel is the difference between G'and G" of 30 mg/ml protein. It was found that it had a more solid property at a higher concentration than that. The frequency sweep was measured by varying the frequency from 0 to 10 rad/s at 1% strain. As a result, it was confirmed that both samples had a stable solid structure by confirming G'>G" in the low frequency range (FIG. 2b).

또한, 탄소나노튜브의 함량에 따른 물리적 성질 변화를 측정하기 위해 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체의 농도를 0, 0.004, 0.020, 0.040% 단위 체적 중량으로 늘려가며 단백질 젤 시료를 준비하였다(도 2c). 각 시료의 G'를 주파수 스윕 모드에서 측정결과 모든 시료에서 비슷한 G'값을 갖는 것이 확인되었고, 적은양의 탄소나노튜브는 단백질 젤의 물리적 특성을 변화시키지 않는다는 것을 확인하였다(도 2d).In addition, protein gel samples were prepared by increasing the concentration of the β-peptide/carbon nanotube complex to 0, 0.004, 0.020, and 0.040% unit volume weight in order to measure the change in physical properties according to the content of carbon nanotubes (Fig. 2c. ). As a result of measuring G'of each sample in the frequency sweep mode, it was confirmed that all samples had similar G'values, and that a small amount of carbon nanotubes did not change the physical properties of the protein gel (FIG. 2D).

실시예Example 3: 전도성 3: conductivity 펩타이드Peptide 젤의 전기적 특성 조절 및 분석 Control and analysis of gel electrical properties

β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체의 함유량에 따른 펩타이드 젤의 전기적 특성을 분석하기 위해 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체의 농도를 0, 0.004, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04 % 단위 체적 용량으로 시료를 준비하였다. 임피던스와 전도성 분석을 위해 IVIUM-n-Stat을 사용하여 각 시료를 측정하였다. 전도성 측정을 위해 상기 전도성 펩타이드 젤을 비전도성 물질인 지름 380 μm의 폴리에틸렌 마이크로튜브에 주입하였고 튜브의 양 끝단에 같은 지름을 갖는 두 개의 구리전선을 8 mm 떨어지게 위치시켜 측정하였다. 전류의 변화를 -1.0 V에서 1.0 V까지 변화시켜 얻은 값을 식 1을 통해 전도도로 변환하였다. (R=평균 저항, V= 전압 변화, = 전류변화, =전도도, =저항률, L=두 구리전극 사이 거리, A=단면적) In order to analyze the electrical properties of the peptide gel according to the content of the β-peptide/carbon nanotube complex, sample the concentration of the β-peptide/carbon nanotube complex at 0, 0.004, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04% unit volume. Ready. Each sample was measured using IVIUM-n-Stat for impedance and conductivity analysis. For the conductivity measurement, the conductive peptide gel was injected into a polyethylene microtube having a diameter of 380 μm, which is a non-conductive material, and two copper wires having the same diameter were placed at both ends of the tube at a distance of 8 mm. The value obtained by changing the change in current from -1.0 V to 1.0 V was converted into conductivity through Equation 1. (R = average resistance, V = voltage change, = current change, = conductivity, = resistivity, L = distance between two copper electrodes, A = cross-sectional area)

(식 1) (Equation 1)

Figure 112019096853847-pat00001
Figure 112019096853847-pat00001

도 3a는 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체 함유량에 따른 전도성 변화를 보여주는데, 탄소나노튜브를 포함하지 않는 단백질 젤의 경우 전도성이 0 S/m인 반면, 0.004%의 복합체를 함유하는 단백질 젤은 전도성이 48.5 mS/m까지 증가하였다. 탄소나노튜브의 함량이 가장 높은 0.04% 시료의 경우 전도성이 76 mS/m까지 증가하였는데, 전도성 나노물질의 농도 증가에 따른 전도성 증가는 전기가 흐를 수 있는 길의 연결 확률이 증가하여 저항 값의 감소에 의한 결과로 예측된다. 이론적으로 전도성 증가 비율은 탄소나노튜브 농도 증가에 비례해야 하지만 0.004%의 적은 양으로 전기전도도가 급격히 증가하는 percolation threshold가 관찰되었고, 그 후 포화되어가는 곡선 그래프를 얻을 수 있었다. 3A shows the change in conductivity according to the content of the β-peptide/carbon nanotube complex. In the case of a protein gel not containing carbon nanotubes, the conductivity is 0 S/m, whereas the protein gel containing 0.004% of the complex is conductive. This increased to 48.5 mS/m. In the case of the 0.04% sample with the highest carbon nanotube content, the conductivity increased to 76 mS/m, but the increase in conductivity due to the increase in the concentration of the conductive nanomaterial increases the probability of connecting the path through which electricity can flow, and the resistance value decreases. Is predicted as a result of Theoretically, the rate of increase in conductivity should be proportional to the increase in the concentration of carbon nanotubes, but a percolation threshold in which the electrical conductivity rapidly increases with a small amount of 0.004% was observed, and then a saturation curve was obtained.

전도성 단백질 젤의 임피던스 측정을 위해 먼저 각 전극을 137 mM NaCl(Sodium Chloride), 2.7 mM KCl(Potassium Chloride), 11.9 mM 인산염 완충용액에 담가 준비하였고, 기준전극으로 Ag/AgCl을, 상대전극으로 플래티늄을 사용하였다. 측정 범위는 교류 0.1 Hz에서 10 kHz까지 전압 25 mVrms으로 측정하였다. 도 3b는 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합테 함유량에 따른 임피던스 값의 변화를 보여주는데 탄소나노튜브 함량이 증가함에 따라 임피던스가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. β-펩타이드 젤의 임피던스는 전류 주파수에 강하게 영향을 받는데 이것은 용량 특성을 의미한다. 그러나 탄소나노튜브의 존재 하에서 임피던스는 캐패시터보다 저항되는 모습을 보였다. To measure the impedance of the conductive protein gel, each electrode was first prepared by immersing each electrode in 137 mM NaCl (Sodium Chloride), 2.7 mM KCl (Potassium Chloride), 11.9 mM phosphate buffer solution, and Ag/AgCl as a reference electrode and platinum as a counter electrode. Was used. The measurement range was measured with a voltage of 25 mVrms from 0.1 Hz to 10 kHz AC. 3B shows a change in the impedance value according to the content of the β-peptide/carbon nanotube composite frame, and it was confirmed that the impedance decreased as the carbon nanotube content increased. The impedance of the β-peptide gel is strongly influenced by the current frequency, which implies a capacity characteristic. However, in the presence of carbon nanotubes, the impedance was more resistant than the capacitor.

실시예 4. 전도성 단백질의 생체 적합성 생체외/생체내 분석 Example 4. Biocompatibility in vitro/in vivo analysis of conductive protein

생체외 생체적합성 확인을 위해 Cell Counting Kit-8(CCK-8) 분석을 통해 세포 확산을 관찰하였다. β-펩타이드 젤과 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체를 함유한 단백질 젤은 각 10 mg/ml의 농도로 준비하였고, β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체는 0.02% 단위 체적 농도로 섞어주었다. 준비된 단백질 젤과 컨트롤 대비용 라미닌을 세포 배양 96 웰 플레이트에 코팅한 뒤 신경아세포종 세포 (Neuroblastoma cells, SY-SH5Y)를 각 웰 당 2.0 x 104개 시딩(seeding)하였다. 오차범위를 줄이고 평균값을 얻기 위해 각 시료 당 n개수는 5로 지정하였고, 37℃에서 2, 18, 48, 60시간 동안 인큐베이션 뒤 CCK-8 프로토콜에 따라 흡광도를 측정하였다. 도 4a는 각 시간별 세포 증식을 보여주며 도 4b는 세포의 증식 정도를 나타내는 흡광도를 보여준다. 그 결과, 라미닌에서 자란 세포 개수와 비교하여 β-펩타이드 젤과 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체를 포함하는 단백질 젤에서 자란 세포가 더 잘 자는 것을 확인하였으며 이를 통해 전도성 단백질 젤이 세포 독성이 없는 것을 확인할 수 있다. Cell proliferation was observed through Cell Counting Kit-8 (CCK-8) analysis to confirm in vitro biocompatibility. The β-peptide gel and the protein gel containing the β-peptide/carbon nanotube complex were prepared at a concentration of 10 mg/ml each, and the β-peptide/carbon nanotube complex was mixed at a volume concentration of 0.02%. After coating the prepared protein gel and laminin for control contrast on a cell culture 96-well plate, neuroblastoma cells (SY-SH5Y) were seeded at 2.0 x 10 4 per well. In order to reduce the error range and obtain an average value, the number of n per sample was designated as 5, and absorbance was measured according to the CCK-8 protocol after incubation at 37°C for 2, 18, 48, and 60 hours. 4A shows cell proliferation over time, and FIG. 4B shows absorbance showing the degree of cell proliferation. As a result, compared to the number of cells grown on laminin, it was confirmed that cells grown on the β-peptide gel and the protein gel containing the β-peptide/carbon nanotube complex sleep better, and through this, the conductive protein gel was not cytotoxic. I can confirm.

생체내 생체적합성 분석은 마우스 뇌 조직에서 실험되었다. 먼저 0.02% β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체와 4 μM β-펩타이드/Cy3 를 포함하는 50 mg/ml 단백질 젤을 내부 지름 0.2 mm의 의료용 폴리에틸린 튜브에 주사지로 주입하였다. 상기 튜브를 인공-두개골 뼈를 삽입한 마우스(한국등록특허 제10-1597131호)의 대뇌 피질에 삽입한 뒤 마이크로클리아(Microglia) 세포와 아스트로사이트 (Astrocyte) 세포의 활성을 20일 동안 two-photon 전자현미경(SPX-8, Leica Microsystems)을 통해 관찰하였다(도 4c). 이를 통해 단백질 젤이 드러난 부분의 마이크로글리아 세포와 아스트로사이트 세포의 활성이 의료용 튜브 주변 세포의 활성과 마찬가지고 크게 활성을 띄지 않는 것을 보아 생체적합성을 검증하였다. In vivo biocompatibility assays were tested in mouse brain tissue. First, a 50 mg/ml protein gel containing 0.02% β-peptide/carbon nanotube complex and 4 μM β-peptide/Cy3 was injected into a medical polyethylene tube with an inner diameter of 0.2 mm by injection. After inserting the tube into the cerebral cortex of an artificial-skull bone inserted mouse (Korean Patent No. 10-1597131), the activity of Microglia cells and Astrocyte cells was activated for 20 days. It was observed through a photon electron microscope (SPX-8, Leica Microsystems) (Fig. 4c). Through this, the biocompatibility was verified by seeing that the activity of the microglia cells and astrosite cells in the area where the protein gel was exposed was the same as that of the cells around the medical tube and did not show much activity.

실시예 5. 전도성 젤을 이용한 뇌전증 신호 측정 및 분석 Example 5. Measurement and analysis of epilepsy signals using conductive gel

생체적합성 전도성 젤을 이용한 마우스 모델에서의 생체 신호를 측정하고 분석하기 위해 하기와 같이 준비하였다. 먼저, 전도성 단백질 젤은 0.02%의 β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체를 함유하도록 준비하여 임피던스 값이 3.67 MΩ이 되도록 준비하였다. In order to measure and analyze a biological signal in a mouse model using a biocompatible conductive gel, it was prepared as follows. First, the conductive protein gel was prepared to contain 0.02% of the β-peptide/carbon nanotube complex, and the impedance value was 3.67 MΩ.

실험 동물은 adult male C57BL mice (10-23주, 25-30g)가 사용되었고 모든 개체는 12 시간 주기의 dark/light cycle 에서 사육되었다. 실험동물은 2-2.5% isoflurane induction chamber에서 약 5분관 마취 후 stereotaxic frame 으로 이동하여 머리를 고정하였다. 수술이 진행될 동안 1.2-1.5% isoflurane으로 마취 상태를 유지하였고, DC temprature control system을 이용하여 동물의 체온이 37℃를 유지할 수 있도록 모니터하였다. 그 후, 실험 동물의 두개골 위 피부를 절개하고 지혈을 한 후 왼쪽 olfactory bulb 위 두개골에 baselined으로 쓰일 마이크로스크류를 뇌 표면에 닿을 정도로 삽입하였다. 또한 소뇌 위쪽 두개골에 메탈 프레임의 부착을 강화하기 위해 마이크로스크류를 추가로 삽입하였다. 이후 레진을 이용하여 EEG(eletroencephalogram) 측정 및 약물이 주입될 공간을 제외하고는 두개골 표면을 덮었다. 그 후, dental drill을 이용하여 somatosensory cortex 영역에 해당하는 범위 (bregma 1 to 2 mm, lateral 1 to 3 mm)에서 3개의 burr hole (지름: ~500 μm)을 뚫었다. 3개의 hole은 삼각형을 이루는 모양으로 만들어서 각 hole간 약 1mm로 같은 거리에 위치하도록 만들었다. 이중 2 개의 hole은 EEG를 측정하는 전극을 위해, 나머지 1개의 hole은 seizure model을 만드는 약물을 주입하기 위해 만들어졌다. Adult male C57BL mice (10-23 weeks, 25-30g) were used as experimental animals, and all individuals were reared in a dark/light cycle of 12 hours. The experimental animal was anesthetized in a 2-2.5% isoflurane induction chamber for about 5 minutes, and then moved to the stereotaxic frame to fix the head. During the operation, the anesthesia was maintained with 1.2-1.5% isoflurane, and the animal's body temperature was monitored to maintain 37°C using a DC temprature control system. Thereafter, the skin above the skull of the experimental animal was incised, hemostasis was performed, and a microscrew to be used as a baselined was inserted into the skull above the left olfactory bulb so as to touch the brain surface. In addition, microscrews were additionally inserted to strengthen the attachment of the metal frame to the skull above the cerebellum. Thereafter, the surface of the skull was covered with the exception of the EEG (eletroencephalogram) measurement and the drug injection space using a resin. After that, three burr holes (diameter: ~500 μm) were drilled in the range (bregma 1 to 2 mm, lateral 1 to 3 mm) corresponding to the somatosensory cortex area using a dental drill. The three holes were made to form a triangular shape so that each hole was located at the same distance of about 1mm. Of these, two holes were made for the electrode to measure EEG, and the other one was made to inject drugs to make the seizure model.

마우스 뇌전증 모델을 만들기 위해 4-AP (4-Aminopyridine)약물을 대뇌 피질에 주입하여 급성 뇌전증 모델을 만들었다. EEG recording이 진행될 동안 isoflurane 1-1.2%의 농도로 마취가 유지되었다. EEG 측정 전극은 실버 와이어를 사용했으며 burr hole안으로 넣어 뇌 표면에 닿도록 부착하였다. EEG 데이터는 Plexon Onmiplex recording systems을 사용하여 40,000 Hz에서 측정하였다. To make a mouse epilepsy model, a 4-AP (4-Aminopyridine) drug was injected into the cerebral cortex to create an acute epilepsy model. During EEG recording, anesthesia was maintained at a concentration of 1-1.2% isoflurane. A silver wire was used as the EEG measurement electrode, and it was put into the burr hole and attached to the brain surface. EEG data was measured at 40,000 Hz using Plexon Onmiplex recording systems.

본 실시예에서 EEG 측정은 총 3단계로 진행되었다(도 5a)In this example, the EEG measurement was performed in a total of 3 steps (Fig. 5A).

1) 첫 번째 EEG 전극 (EEG 1)과 두 번째 EEG 전극 (EEG 2)에서 spontaneous EEG signal을 동시에 측정하였다. 1) The spontaneous EEG signal was simultaneously measured at the first EEG electrode (EEG 1) and the second EEG electrode (EEG 2).

2) EEG 1이 측정되는 곳에는 전도성 단백질 젤을, EEG 2가 측정되는 곳에는 CNT 복합체를 포함하지 않는 단백질 젤을 burr hole 내부에 주입하여 전극 주변으로 드러난 조직을 단백질 젤로 덮을 수 있도록 하였다. 이후 두 전극에서 EEG 신호를 동시에 측정하였다. 2) A conductive protein gel was injected into the burr hole where EEG 1 was measured and a protein gel containing no CNT complex was injected into the burr hole to cover the tissue exposed around the electrode with the protein gel. Thereafter, EEG signals were simultaneously measured at both electrodes.

3) 나머지 하나의 hole에 4-AP를 주입하여 유도된 신호를 두 전극에서 동시에 측정하였다. 3) Signals induced by injecting 4-AP into the other hole were simultaneously measured at both electrodes.

측정 결과, β-펩타이드/탄소나노튜브 복합체를 포함하는 단백질 젤을 주입한 전극에서 약물에 의해 유도된 EEG 신호가 증폭되는 것을 확인했다. 이 결과로 전도성 단백질 젤이 생체 신호를 고 감도로 측정 가능하다는 것을 확인할 수 있었다(도 5b).As a result of the measurement, it was confirmed that the EEG signal induced by the drug was amplified by the electrode injected with the protein gel containing the β-peptide/carbon nanotube complex. As a result of this, it was confirmed that the conductive protein gel was capable of measuring vital signs with high sensitivity (FIG. 5B).

또한, 상기 뇌전증 동물의 뇌에 다른 방식으로 전도성 단백질 젤을 주입한 후 EEG 신호를 측정하였다. 도 6a의 글라스 파이펫을 이용하여 전도성 단백질 젤을 뇌의 한 부위에 주입한 후 6일째에 주입 부위와 대조 부위에 전극을 연결하여 EEG 신호를 측정하였다. 도 6b에서 볼 수 있는 바와 같이, 전도성 단백질 젤이 생체 신호를 고 감도로 측정 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, the EEG signal was measured after injecting a conductive protein gel into the brain of the epilepsy animal in a different way. The EEG signal was measured by connecting electrodes to the injection site and the control site on the 6th day after injecting the conductive protein gel into one part of the brain using the glass pipette of FIG. 6A. As can be seen in FIG. 6B, it was confirmed that the conductive protein gel was capable of measuring bio signals with high sensitivity.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at around its preferred embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

<110> Research & Business Foundation SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY INSTITUTE FOR BASIC SCIENCE <120> COMPOSITION FOR BIO-SIGNAL MEASUREMENT AND STIMULATION CONTAINING BIOCOMPATIBLE CONDUCTIVE PROTEIN GEL <130> PN1909-434 <160> 1 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 18 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide <400> 1 Lys Val Lys Glu Val Phe Phe Val Lys Glu Val Phe Phe Val Lys Glu 1 5 10 15 Val Tyr <110> Research & Business Foundation SUNGKYUNKWAN UNIVERSITY INSTITUTE FOR BASIC SCIENCE <120> COMPOSITION FOR BIO-SIGNAL MEASUREMENT AND STIMULATION CONTAINING BIOCOMPATIBLE CONDUCTIVE PROTEIN GEL <130> PN1909-434 <160> 1 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 18 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide <400> 1 Lys Val Lys Glu Val Phe Phe Val Lys Glu Val Phe Phe Val Lys Glu 1 5 10 15 Val Tyr

Claims (16)

생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체를 함유하는 생체적합성 전도성 단백질 젤을 포함하는 뇌전증을 진단하기 위하여 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물로서,
상기 생체적합성 단백질은 서열번호 1로 표시되는 아미노산 서열을 포함하는 것이며,
상기 생체적합성 단백질과 전도성 나노물질의 복합체는 조성물 총 부피 중 0.02(w/v)%로 함유되어, 상기 조성물의 임피던스는 3.67 MΩ인 것이며,
상기 생체적합성 단백질은 효소에 의해 분해되지 않는 것인,
뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물.
A composition for measuring a biological signal of a brain tissue or stimulating a living body in order to diagnose epilepsy comprising a biocompatible conductive protein gel containing a complex of a biocompatible protein and a conductive nanomaterial,
The biocompatible protein contains the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1,
The complex of the biocompatible protein and the conductive nanomaterial is contained in 0.02 (w/v)% of the total volume of the composition, and the impedance of the composition is 3.67 MΩ,
The biocompatible protein is not degraded by enzymes,
A composition for measuring vital signs of brain tissue or stimulating a living body.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 서열번호 1의 서열의 반복에 의한 (KVKEVFFVKEVFFVKEVY)n (1≤n≤3)의 서열을 포함하는 것인 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물.
The method of claim 1,
A composition for measuring a biological signal of a brain tissue or stimulating a living body comprising the sequence of (KVKEVFFVKEVFFVKEVY)n (1≤n≤3) by repetition of the sequence of SEQ ID NO: 1.
제 1 항에 있어서,
상기 생체적합성 단백질은 효소에 의해 분해되지 않는 것인 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물.
The method of claim 1,
The biocompatible protein is not degraded by enzymes, a composition for measuring a biological signal of a brain tissue or stimulating a living body.
제 1 항에 있어서,
상기 전도성 나노물질은 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 풀러렌(fullerene, C60), 전도성 고분자 나노와이어, 전도성 고분자 나노튜브, 전도성 고분자 나노입자, 메탈 나노와이어, 메탈 나노입자 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물.
The method of claim 1,
The conductive nanomaterial is a carbon nanotube (CNT), fullerene (C60), a conductive polymer nanowire, a conductive polymer nanotube, a conductive polymer nanoparticle, a metal nanowire, a metal nanoparticle, and combinations thereof. A composition for measuring a biological signal of a brain tissue or stimulating a living body comprising one selected from the group consisting of.
제 1 항에 따른 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물을 포함하는 의료용 이식물. A medical implant comprising a composition for measuring or stimulating a living body of a brain tissue according to claim 1. 제 6 항에 있어서,
상기 의료용 이식물은 뇌 조직 내에 이식된 후 전극이 연결되어 전기 자극을 받는 것인 의료용 이식물.
The method of claim 6,
The medical implant is a medical implant that receives electrical stimulation by connecting electrodes after implantation in brain tissue.
제 1 항에 따른 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물이 전극의 표면에 고정된 의료용 전극. A medical electrode in which the composition for measuring a biological signal of a brain tissue according to claim 1 or stimulating a living body is fixed to the surface of the electrode. 전기 자극 발생기; 상기 전기 자극 발생기와 전기적으로 연결된 전극; 및 상기 전극과 연결된 제 6 항에 따른 의료용 이식물을 포함하는 뇌전증을 진단하기 위한 뇌 조직의 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템.Electrical stimulation generator; An electrode electrically connected to the electrical stimulation generator; And the medical implant according to claim 6 connected to the electrode. A biological signal measurement and biological stimulation system of a brain tissue for diagnosing epilepsy. 전기 자극 발생기; 및 상기 전기 자극 발생기와 전기적으로 연결된 제 9 항에 따른 의료용 전극을 포함하는 뇌전증을 진단하기 위한 뇌 조직의 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템.Electrical stimulation generator; And a medical electrode according to claim 9 that is electrically connected to the electrical stimulation generator. A biological signal measurement and biological stimulation system of a brain tissue for diagnosing epilepsy. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 의료용 이식물 또는 의료용 전극은 뇌 조직 내로 삽입되는 것인 뇌전증을 진단하기 위한 뇌 조직의 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템.
The method of claim 9 or 10,
The medical implant or medical electrode is inserted into the brain tissue, the biological signal measurement and biological stimulation system of the brain tissue for diagnosing epilepsy.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 시스템은 뇌 심부 자극을 위한 것인 뇌전증을 진단하기 위한 뇌 조직의 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템.
The method of claim 9 or 10,
The system is for deep brain stimulation, a biological signal measurement and biological stimulation system of brain tissue for diagnosing epilepsy.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 전기 자극은 1 mV 내지 10 V의 전압 및 1 내지 200 hz의 주파수를 갖는 것인 뇌전증을 진단하기 위한 뇌 조직의 생체 신호 측정 및 생체 자극 시스템.
The method of claim 9 or 10,
The electrical stimulation is a bio-signal measurement and bio-stimulation system of a brain tissue for diagnosing epilepsy, which has a voltage of 1 mV to 10 V and a frequency of 1 to 200 hz.
제 1 항에 따른 뇌 조직의 생체 신호를 측정하거나 생체를 자극하기 위한 조성물을 포함하는 두개골 대용물.A skull substitute comprising a composition for measuring or stimulating a living body of a brain tissue according to claim 1. 제 14 항에 있어서,
상기 두개골 대용물을 통하여 전기 자극을 줄 수 있는 것인 두개골 대용물.
The method of claim 14,
A skull substitute that can give electrical stimulation through the skull substitute.
제 1항의 조성물을 포함하는 의료용 이식물을 인간을 제외한 개체의 뇌 조직 내로 삽입하는 단계;
전기 자극을 주어 뇌 신경 신호를 모니터링하는 단계; 및
상기 모니터링된 뇌 신경 신호를 정상 뇌 신경 신호와 비교하는 단계를 포함하는 뇌전증을 진단하기 위한 뇌 조직의 생체 신호를 측정하는 방법.
Inserting a medical implant comprising the composition of claim 1 into the brain tissue of an individual other than a human;
Monitoring brain nerve signals by applying electrical stimulation; And
A method of measuring a biological signal of a brain tissue for diagnosing epilepsy, comprising the step of comparing the monitored brain nerve signal with a normal brain nerve signal.
KR1020190116637A 2019-09-23 2019-09-23 Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel KR102154990B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190116637A KR102154990B1 (en) 2019-09-23 2019-09-23 Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190116637A KR102154990B1 (en) 2019-09-23 2019-09-23 Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170059737A Division KR20180125209A (en) 2017-05-15 2017-05-15 Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190123247A KR20190123247A (en) 2019-10-31
KR102154990B1 true KR102154990B1 (en) 2020-09-14

Family

ID=68421126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190116637A KR102154990B1 (en) 2019-09-23 2019-09-23 Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102154990B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101551143B1 (en) * 2014-07-28 2015-09-08 성균관대학교산학협력단 Biocompatible protein, biocompatible protein gel and biocompatible conductive protein gel comprising the protein and preparing method thereof
WO2015195483A2 (en) * 2014-06-17 2015-12-23 Elena Molokanova Graphene and graphene-related materials for manipulation of cell membrane potential

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101149218B1 (en) 2010-07-12 2012-05-25 박성현 Work desk of hinge

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015195483A2 (en) * 2014-06-17 2015-12-23 Elena Molokanova Graphene and graphene-related materials for manipulation of cell membrane potential
KR101551143B1 (en) * 2014-07-28 2015-09-08 성균관대학교산학협력단 Biocompatible protein, biocompatible protein gel and biocompatible conductive protein gel comprising the protein and preparing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190123247A (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rauti et al. Properties and behavior of carbon nanomaterials when interfacing neuronal cells: How far have we come?
Gulino et al. Tissue response to neural implants: the use of model systems toward new design solutions of implantable microelectrodes
Piret et al. 3D-nanostructured boron-doped diamond for microelectrode array neural interfacing
Guo et al. Polymer composite with carbon nanofibers aligned during thermal drawing as a microelectrode for chronic neural interfaces
Salatino et al. Glial responses to implanted electrodes in the brain
Dai et al. Mesh nanoelectronics: seamless integration of electronics with tissues
Hejazi et al. Hybrid diamond/carbon fiber microelectrodes enable multimodal electrical/chemical neural interfacing
Castagnola et al. Biologically compatible neural interface to safely couple nanocoated electrodes to the surface of the brain
Wallace et al. Organic Bionics
Park et al. Materials chemistry of neural interface technologies and recent advances in three-dimensional systems
Hébert et al. Boron doped diamond biotechnology: from sensors to neurointerfaces
JP2010524958A (en) Amphiphilic peptides having improved solubility and methods of use thereof
Alvarez et al. Carbon nanotube fibers for neural recording and stimulation
Ding et al. A mechanically adaptive hydrogel neural interface based on silk fibroin for high-efficiency neural activity recording
Liu et al. From lithographically patternable to genetically patternable electronic materials for miniaturized, scalable, and soft implantable bioelectronics to interface with nervous and cardiac systems
Jalili et al. Implantable electrodes
Huang et al. Multifunctional 3D Patternable Drug‐Embedded Nanocarrier‐Based Interfaces to Enhance Signal Recording and Reduce Neuron Degeneration in Neural Implantation
Panda et al. Biomaterials-based bioengineering strategies for bioelectronic medicine
Kwon et al. Vertical nanowire electrode array for enhanced neurogenesis of human neural stem cells via intracellular electrical stimulation
Sikder et al. Laminin coated diamond electrodes for neural stimulation
Song et al. Recent advances in 1D nanomaterial‐based bioelectronics for healthcare applications
JPWO2020090839A1 (en) Electrode with nanostructure at the tip
KR102154990B1 (en) Composition for bio-signal measurement and stimulation containing biocompatible conductive protein gel
Kim et al. Materials and structural designs for neural interfaces
US9650419B2 (en) Biocompatible protein, biocompatible protein gel and biocompatible conducting protein gel comprising the protein and method for preparing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant