나노입자 기반, 세포 거동조절을 통한

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 공과대학 화학생물공학부, 2017. 8. 김병수.Myocardial infarction (MI) is one of the leading causes of death worldwide, and accounts for majority of cardiac-associated disorders. MI originates from reduced blood supply to the heart and subsequent cardiac necrosis, hence, tissue engineering approaches are required for successful cardiac repair. Recently, various types of cells and nanoparticles drew significant attention as efficient therapeutics for cardiac repair, and combinatorial treatments between cells and nanoparticles have been introduced. Even so, majority of nanomaterials have been mostly utilized as delivery carriers, and studies regarding how nanoparticles actively modulate cell behaviors and potentiate the therapeutic efficacy of these cells remain unexplored. Current dissertation presents the integration of stem or immune cells with most widely used nanoparticles, such as iron oxide nanoparticles or graphene oxide, for the treatment of MI. More specifically, biological role of these nanoparticles and how innate chemical properties of nanoparticles mediate cell behaviors is elucidated. Major goals of dissertation are summarized as follows1) Elucidation of metal ion-delivering capability of iron oxide nanoparticles, and investigation on the modulation of cell signaling transduction and development of intercellular gap junction crosstalk 2) Elucidation of sp2 chemistry-based intracellular antioxidant chemistry of graphene oxide, and its immune modulatory function for therapeutic polarization of macrophages in MI treatment. First, we showed that iron oxide nanoparticles can modulate intracellular signaling transduction in cardiac cells, and improve intercellular gap junction formation in stem cell co-culture. Co-culture of stem cells with cardiac cells has windowed a platform for cardiac priming of MSCs prior to in vivo transplantation, and active gap junctional crosstalk between stem cells and cardiac cells are crucial in stem cell modification. In this study, we report that iron oxide nanoparticles can augment the expression of gap junction protein connexin 43 in cardiac cells to better form gap junction channels with stem cells. Stem cells co-cultured with nanoparticle-harboring cardiac cells exhibited active biomolecule transfer and showed increased level of electrophysiological cardiac biomarkers and cardiac repair-favorable paracrine secretion. Implanted in rat MI models, cardiac-primed stem cells significantly reduced cardiac fibrosis, promoted cardiac tissue regeneration and function. Secondly, we exhibited that graphene oxide with carbon-based sp2 chemistry can function as reactive oxygen species scavenger within the cells and prevent inflammatory activation of macrophages. Furthermore, we functionalized graphene oxide nanoparticles with plasmid DNA to better polarize inflammatory cells at cardiac infarction area into tissue regenerative macrophages. After the onset of MI, excessive amount of inflammatory macrophages propagates at the peri-infarct to exacerbate tissue necrosis, suggesting that uncontrolled differentiation and activation of inflammatory macrophages greatly hamper proper tissue regeneration. In this study, we demonstrated that graphene oxides can act as an antioxidant to prevent inflammatory activation of macrophages, and further DNA functionalization significantly improved therapeutic polarization of these macrophages. Furthermore, injection of DNA-functionalized graphene oxides in mouse MI models notably reduced immune cell infiltration and mitigated cardiac fibrosis for cardiac performance improvement.Chapter 1. Research backgrounds and objectives 1 1.1. Myocardial infarction (MI) and current therapeutics 2 1.2. Cell therapy for MI 5 1.2.1. MSC-mediated therapy for MI 5 1.2.2. Macrophage therapy for MI 9 1.3. Nanomaterial-mediated cell therapy for MI 12 1.3.1. Nanomaterial-mediated stem cell delivery 14 1.3.2. Topographical cues of nanomaterials for stem cell and macrophage behavior modulation 16 1.3.3. Electrical properties of nanomaterials for stem cell behavior modulation 18 1.3.4. Intrinsic properties of nanomaterials for stem cell and macrophage behavior control 20 1.4. Limitations of previous cell or nanomaterial-mediated therapy 21 1.5. Iron oxide nanoparticles (IONPs) and graphene oxide (GO) for cell modulation and tissue engineering 22 1.6. Research objectives 23 Chapter 2. Experimental procedures 24 2.1. Preparation of iron oxide nanoparticle (IONP) 25 2.2. Characterization of IONP 26 2.3. Cell preparation and IONP-based cell culture 27 2.3.1. MSC and H9C2 culture using IONP and nanoparticle toxicity 27 2.3.2. IONP-based MSC co-culture 28 2.3.3. IONP-mediated cell sorting after co-culture 29 2.4. In vitro analysis 30 2.4.1. TEM analysis 30 2.4.2. Fluorescent images 31 2.4.3. Quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (qRT-PCR) 32 2.4.4. Western blot assay 33 2.4.5. Calcein-AM dye transfer assay 34 2.4.6. Immunocytochemistry 35 2.4.7. Paracrine profile analysis 36 2.5. Rat MI model and cMSC treatment 37 2.6. In vivo assessment 38 2.6.1. Histological and immunohistochemical assessment 38 2.6.2. Evaluation of cardiac performance 39 2.7. Preparation of graphene oxide (GO) and GO derivatives 40 2.8. Characterization and DNA conjugation of GO derivatives 42 2.9. Cell preparation and uptake of GO derivatives 43 2.9.1. Culture of mouse bone marrow-derived macrophages 43 2.9.2. Uptake and cellular affinity of GO derivatives 44 2.10. In vitro analysis 45 2.10.1. Metal chelating assay 45 2.10.2. Intracellular reactive oxygen species (ROS) generation 46 2.10.3. qRT-PCR and western blot assay 47 2.10.4. Paracrine secretion analysis 48 2.10.5. Fluorescent imaging 49 2.10.6. Co-culture of macrophages and cardiomyocytes 50 2.11. Mouse MI model and MGC injection 51 2.12. In vivo assessment 52 2.12.1. Histological assessment and evaluation of genes and proteins 52 2.12.2. Evaluation of cardiac performance 54 2.13. Statistical analysis 55 Chapter 3. Iron oxide nanoparticle-mediated development of cellular gap junction crosstalk to improve mesenchymal stem cells therapeutic efficacy for myocardial infarction 56 3.1. Introduction 57 3.2. Results and discussion 61 3.2.1. Internalization of IONP and H9C2 behavior modulation 61 3.2.2. IONP-based magnetic H9C2 sorting post co-culture 66 3.2.3. Cardiac phenotype development in MSCs after co-culture 69 3.2.4. Cardiac repair-favorable paracrine profile in MSCs after co-culture 72 3.2.5. Attenuation of left ventricular remodeling 75 3.2.6. Improved vessel density 77 3.2.7. Enhancement in animal survival and cardiac function 79 Chapter 4. Intracellular antioxidant function development via DNA-functionalized graphene oxide to modulate inflammation and repolarize macrophages for the treatment of myocardial infarction 82 4.1. Introduction 83 4.2. Results and discussion 88 4.2.1. Preparation and characterization of macrophage-targeting/polarizing graphene oxide complex (MGC) 88 4.2.2. Selective cellular uptake and cytotoxicity of MGC 91 4.2.3. Reactive oxygen species scavenging and inflammation modulation by MGC 95 4.2.4. Polarization of M1 macrophages to M2 macrophages 99 4.2.5. Attenuation of inflammation and early shift to reparative M2 phase after MGC/IL-4 pDNA injection in vivo 106 4.2.6. Improved left ventricular remodeling and increased vessel density in vivo 111 4.2.7. Improved recovery of cardiac function 116 Chapter 5. Conclusions 119 References 122 요약 (국문 초록) 156Docto

계절별 지상라이다 관측을 통한 도시 조성녹지의 3차원 수관구조 정량화

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 환경대학원 환경조경학과, 2019. 2. 송영근 .캐노피는 대기와 유기체 사이의 동적 인터페이스이다. 지상 LiDAR는 중요한 생리적 과정을 모델링 할 때 필수적인 매개 변수 인 3 차원 캐노피 구조를 정량화하는 강력한 기술로 부상했다. 그러나 광합성 캐노피 구조를 구별하는 것은 여전히 어려운 과제이다. 이 연구는 주로 착엽기와 낙엽기 1 년 이내에 찍은 지상 LiDAR 데이터 세트를 사용하여 광합성 구조를 정량화하는 것을 목표로한다. Voxelisation은 원시 LiDAR 데이터를 분석하기위한 주요 기술로 채택되었다. 플롯 A에 21 그루의 나무와 플롯 B에 8 그루의 나무가있는 총 29 개의 젤 보카 세라 트리 (Zelvoka Serrata) 나무가 연구되었습니다. 잎이 많은 우드 같은 물질은 각 나무의 0.5 미터 캐노피 층에서 정량화되었다. 플롯 B에서 절대 평균 단일 수목의 양은 더 많았지 만 플롯 B에서는 평균 단일 수목의 엽면적 비가 작아서 플롯 환경의 영향을 나타낼 수 있음이 밝혀졌다. LiDAR에서 파생 된 캐노피 구조 변수 인 나무 높이, DBH, 크라운 너비 및 크라운 길이가 대기 오염 완화 효과를 시뮬레이션하는 원동력으로 사용되었다. 캐노피 내부와 외부의 미기후가 지속적으로 관찰되었으며, 가장 중요한 미기후 완화 효과가 여름철에 나타났다.Canopies are dynamic interfaces between atmosphere and organisms. Terrestrial LiDAR has emerged as a powerful technology to quantify three dimensional canopy structures which are essential parameters in modeling important physiological processes. However, to distinguish the photosynthetic canopy structures are still challenging. This study mainly aims to quantify the photosynthetic structures by using bi-temporal terrestrial LiDAR data sets taken in the leaf-off season and leaf-on season within a year. Voxelisation were adopted as a main technique to analyze the raw LiDAR data. Totally 29 Zelvoka Serrata trees with 21 trees in Plot A and 8 trees in Plot B were studied. The leafy and woody materials were quantified at each 0.5-meter canopy layer of each tree. It is found that although the absolute average single-tree leafy quantity was larger at Plot B but the average single-tree leafy-to-total ratio was smaller at Plot B, which might indicate the influence of plot environment. The LiDAR-derived canopy structure variables-tree height, DBH, crown width and crown length were used as driving force to simulate the air pollution mitigation effect. The microclimate inside and outside the canopy was continuously observed and the most significant microclimate mitigation effect was found in the Summer season.Abstract V Chapter 1 Introduction 01 1.1 Research background and objectives 01 1.1.1Canopy science and ecological functions generated by urban forests 01 1.1.2 Methods and theories on quantifying canopy structures 01 1.1.3 LiDAR remote sensing of measuring 3-D canopy structures 03 1.1.4 Study objectives 04 1.2 Study site description 04 1.2.1 Study site 04 1.2.2 Study scope 06 1.3 Literature Review 07 1.3.1 Quantifying canopy structures 08 1.3.2 Simulating air pollutants mitigation effect of urban trees 11 1.3.3 Estimating microclimate mitigation effect of urban trees 13 Chapter 2 Method and materials 15 2.1 Terrestrial LiDAR data collection and pre-process 15 2.1.1 Multi-scan 15 2.1.2 Data registration 16 2.1.3 Single tree segmentation 16 2.2 Quantifying basic canopy structures 16 2.2.1Measurement of tree height, crown length, crown width and DBH from raw data 16 2.2.2 Calculating crown area from a voxel-based model 17 2.3 Quantifying the vertical distribution of leaves 17 2.3.1 Voxelising the leaf-off and leaf-on data 17 2.3.2 Computing the quantity of photosynthetic structure 18 2.4 Simulating air pollution mitigation effect of urban trees using aT-LiDAR-based multi-layered canopy model 21 2.4.1 The aerodynamic model description 21 2.4.2Driving the model using T-LiDAR derived canopy strcture variables 22 2.5 Quantifying the seasonal variations of microclimate mitigation effect of urban trees 23 2.5.1 Continuously observing the microclimate data inside and outside the canopy 23 2.5.2 Analyzing the difference of the two time series 24 Chapter 3 Results 24 3.1 Canopy strucutres 24 3.2 Air pollutants mitigation effect 33 3.3 Microclimate mitigation effect 35 Chapter 4 Discussion 39 4.1 The advantages of using seasonal Terrestrial LiDAR data and voxel-based data analysis technology 39 4.2 The effectiveness of quantifying ecosystem functions generated by urban forest by using LiDAR-derived canopy structrures as the driving force 40 4.3 Suggestions on future urban greening projects 41 4.4 Future perspectives 42 Chapter 5 Conclusion 43 References 45Maste

생쥐 gonadotropin-releasing hormone (GnRH)의 RNA 스플라이싱 메커니즘에 관한 연구

Thesis (doctoral)--서울대학교 대학원 :생명과학부,2001.Docto

The regulation of ATP-sensitive K? channels by signal transduction mechanism in rabbit ventricular myocytes : 토끼 단일 심근세포에서 생체 신호전달기전에 의한 ATP-의존성 칼륨-통로의 조절 :

Thesis (doctoral)--서울대학교 대학원 :의학과 생리학전공,2000.Docto

GT1-1 신경세포주에서 gonadotropin-releasing hormone (GnRH)의 길항제인 buserelin에 의한 GnRH 유전자 발현의 저해

Thesis (master`s)--서울대학교 대학원 :분자생물학과,1997.Maste

놀이중심 자기표현 집단상담이 아동의 발표불안 및 자아존중감에 미치는 영향

학위논문(석사)--아주대학교 교육대학원 :상담심리,2010. 2본 연구는 놀이중심 자기표현 집단상담을 실시하여 아동의 발표불안과 자아존중감에 어떻게 영향을 미치는지, 집단상담의 과정은 어떠한지 파악하여 그 효과를 검증하고자 하였다. 연구대상은 ○시에 소재하는 초등학교 2학년 학생 중 고발표불안 점수를 보인 상위 20%에 해당하는 아동 24명을 12명씩 무작위 할당하여 실험집단과 통제집단을 구성하고, 실험집단을 대상으로 자기표현 집단상담을 7주 동안 총 14회에 걸쳐 실시하였다. 실험처치 전후 발표불안과 자아존중감 검사를 실시하고, 집단상담 종결 4주 후 추수검사를 실시하였다. 집단상담의 효과를 측정하기 위해서 발표불안척도와 자아존중감 검사지를 사용하였고, 프로그램은 변창진과 김성희(1980)의 주장훈련 프로그램을 참고로 초등학교 저학년의 발달 단계를 고려하여 놀이중심의 자기표현 집단상담 프로그램을 구성하였다. 놀이중심 자기표현 집단상담의 효과를 검증하기 위해 사전검사를 공변량으로 한 공변량 분석과 실험 집단의 사전-사후-추수 검사 결과를 반복측정 분산분석을 실시하였고, 각 회기별 효율성 분석을 실시하여 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, 놀이중심 자기표현 집단상담에 참여한 실험집단은 사전에 비해 발표불안 점수에 유의미한 감소를 보였고, 통제 집단은 사전에 비해 사후에 유의미한 변화가 없었다. 하위 요인으로 발표 상황에서의 긴장이 감소하고, 발표 상황을 즐김 영역에 유의미한 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한 추수검사 결과 발표불안 감소의 효과가 유지되었다. 둘째, 놀이중심 자기표현 집단상담에 참여한 실험집단은 사전에 비해 자아존중감 점수가 유의미한 증가를 보였고, 통제집단은 사전에 비해 사후에 유의미한 변화가 없었다. 또한 추수 검사 결과 자아존중감 향상의 효과가 유지됨을 확인하였다. 하위 요인으로 총체적, 사회적, 학업적 자아존중감 측면에서 유의미한 향상이 있었지만, 가정적 자아존중감에서는 본 프로그램이 유의미한 효과가 없었다. 셋째, 각 회기평가 결과, 전체적으로 보았을 때, 깊이 점수가 높게 나온 것으로 보아 이 프로그램 과정에 집단원들이 깊이 몰입 할 수 있었던 것으로 보인다. 반면 프로그램 활동의 순조로움은 프로그램의 주제와 내용에 따라 그 정도가 달라졌다. 집단원끼리의 신뢰감을 형성하기 위한 내용이나 자신감을 키우기 위한 게임 중심의 회기에서는 비교적 편안한 마음으로 순조롭게 활동에 참여하였으나, 회기의 주제와 내용이 자기표현의 의미를 알고 비합리적 신념을 파악하고 개선하기 위한 언어적 사고활동이 주를 이룬 회기에서는 어려움을 나타냈다. 이러한 결과는 놀이중심 자기표현 집단상담이 초등학교 저학년 학생의 발표불안 감소 및 자아존중감 향상에 긍정적인 효과가 있음을 입증하는 것으로, 자기표현 능력을 높이기 위한 다양한 학교 상담 프로그램의 개발과 연구가 지속적으로 이루어져야함을 시사하고 있다.Ⅰ. 서론 1 1. 연구의 필요성 및 목적 1 2. 연구 문제 6 Ⅱ. 이론적 배경 7 1. 자기표현 집단상담 7 2. 발표불안 12 3. 자아존중감 21 Ⅲ. 연구 방법 29 1. 연구 대상 29 2. 연구 설계 29 3. 측정 도구 30 4. 연구 절차 33 5. 실험 처치 프로그램 34 6. 자료 처리 및 분석 38 Ⅳ. 연구 결과 39 1. 놀이중심 자기표현 집단상담이 아동의 발표불안에 미치는 영향 39 2. 놀이중심 자기표현 집단상담이 아동의 자아존중감에 미치는 영향 44 3. 회기별 평가 분석 51 Ⅴ. 요약 및 결론 54 1. 요약 및 논의 54 2. 결론 60 참고 문헌 63 부록 70Maste

인플루엔자 바이러스 진단을 위한 신속 항원검사법의 유용성 평가

배경：인플루엔자 바이러스에 의한 감염은 매년 겨울철에 유행을 일으키는 흔한 호흡기 질환의 하나이나 아직도 전 연령에서 치명율과 사망률이 높은 질환이다. 치료 약제의 효과를 극대화하기 위하여는 인플루엔자 증상 발현 48시간이내에 치료를 시작하여야 한다. 이에 인플루엔자 바이러스에 대한 정확하고 신속한 진단이 반드시 필요하다. 이에 저자들은 조기에 인플루엔자 진단을할 수 있는 신속 항원검사법의 유용성을 바이러스 배양과 비교하여 평가하고자 하였다. 방법：2004년 3월 한 달 동안 소아과 의원을 방문한 환아 중 인플루엔자가 의심되는 임상 증상을 보이는 환아 87명을 대상으로 비인두 면봉 채취를 시행하였다. 동 일 환자에서 채취한 검체를 대상으로 신속 항원 검사인 Quick S-Influ A/B 검사와 바이러스 배양을 시행하여 결과를 비교하였다. 결과：바이러스 배양 결과 87예 중 인플루엔자 바이러스 A형이 18예(23.4%)에서 양성이었고, B형이 9예(13.4%)에서 양성을 보였다. Quick S-Influ A/B 검사 결과 인플루엔자 바이러스 A형에 대하여 19예에서 양성을 보였고, 민감도는 94.4%, 특이도는 96.8%, 양성예측도는 89.5%, 음성예측도는 98.4%였다. 인플루엔자 바이러스 B형에 대하여는 8예에서 양성을 보였고, 민감도는 77.8%, 특이도는 98.4%, 양성예측도는 87.5%, 음성예측도는 96.8%였다. 결론：Quick S-Influ A/B 검사법은 시행이 간편하고 민감도 및 특이도가 높아, 증상 발현 48시간이내에 인플루엔자 감염에 대한 신속한 치료를 시작함으로써 치료의 효율을 높일 수 있어 현장검사로 유용할 것으로 사료된다. Background :Influenza virus is a cause of annual outbreaks of acute respiratory disease and is responsible for considerable mortality and morbidity in all age groups. To achieve maximum efficacy antiinfluenza drugs must be started within 48 h of the development of influenza symptoms. Improvements in rapid diagnosis methods are needed to identify influenza infections. The aim of this study was to compare a quick rapid antigen test with viral culture assays. Methods :A total of 87 nasopharyngeal swab specimens were collected from symptomatic paediatric patients during March, 2004. The performance of the Quick S-Influ A/B rapid test for influenza virus detection was compared to that of the viral culture. Results :The overall rate of detection for viral culture was 23.4% for influenza A virus and 13.4% for influenza B virus. The Quick S-Influ A/B assay identified 17 of 18 influenza A viruses (sensitivity, 94.4%; specificity, 96.8%; PPV, 89.5%; NPV, 98.4%), and identified 7 of 9 influenza B viruses (sensitivity, 77.8%; specificity, 98.4%; PPV, 87.5%; NPV, 96.8%). Conclusions :The Quick S-Influ A/B assay was easy to perform and showed comparable sensitivities and specificities. This rapid test kit can be an alternative tool for interventions in disease management

Fucoidan from Fucus vesiculosus protects against alcohol-induced liver damage by modulating inflammatory mediators in mice and HepG2 cells

Fucoidan is an L-fucose-enriched sulfated polysaccharide isolated from brown algae and marine invertebrates. In this study, we investigated the protective effect of fucoidan from Fucus vesiculosus on alcohol-induced murine liver damage. Liver injury was induced by oral administration of 25% alcohol with or without fucoidan for seven days. Alcohol administration increased serum aspartate aminotransferase and alanine aminotransferase levels, but these increases were suppressed by the treatment of fucoidan. Transforming growth factor beta 1, a liver fibrosis-inducing factor, was highly expressed in the alcohol-fed group and human hepatoma HepG2 cell; however, the increase in TGF-beta1 expression was reduced following fucoidan administration. Treatment with fucoidan was also found to significantly reduce the production of inflammation-promoting cyclooxygenase-2 and nitric oxide, while markedly increasing the expression of the hepatoprotective enzyme, hemeoxygenase-1, on murine liver and HepG2 cells. Taken together, the antifibrotic and anti-inflammatory effects of fucoidan on alcohol-induced liver damage may provide valuable insights into developing new therapeutics or intervention