1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

본 논문은 마이크로플루이딕 기반 closed microplasma platform(CMP)을 개발하여, 기존 개방형 플라즈마 시스템에서 주변 공기에 의해 불안정하게 생성되는 reactive species(RS)의 조성과 양을 용액 조성과 방전 조건을 통해 정밀 제어하고, 그에 따라 서로 다른 세포사멸 경로와 면역반응을 설계한 연구입니다. CMP는 헬륨 기체를 사용하는 밀폐된 미세유체 환경에서 기-액 계면 플라즈마를 발생시켜, ROS-dominant 조건에서는 H₂O₂ 등이 우세한 환경을 만들어 caspase-3 매개 apoptosis를, RNS-dominant 조건에서는 L-arginine 산화를 통해 •NO, NO₂^-, NO₃^-를 선택적으로 생성하여 RIP3 의존성 necroptosis를 유도하고, 이때 calreticulin(CRT) 노출, ATP 분비 등 대표적인 immunogenic cell death(ICD) 신호를 동반해 항종양 면역을 활성화함을 in vitro 및 in vivo에서 입증했습니다. 특히, RNS-enriched P-Arg⁺ media는 종양 보유 면역정상 마우스 모델에서 종양 성장 억제와 장기 보호 면역을 유도하고, anti-PD-1과 병용 시 치료 효능이 상승하는 것이 증명되어, CMP 기반 RS engineering이 plasma biomedicine을 단순 세포독성에서 벗어나 정밀 면역항암 플랫폼으로 확장할 수 있는 기술적 기반임을 제시하였고, RS flux의 정량화, 스케일업, 실시간 모니터링 및 규제, 안전성 검증이 향후 임상 번역을 위한 주요 과제임을 확인했습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 학부시절부터 박사과정을 거쳐 현재 박사후연구원에 이르기까지 인하대학교 생명공학과 허윤석교수님 연구실에서 지속적으로 연구를 수행해왔습니다. 허윤석교수님 연구실은 오가노이드 및 microfluidic system, 바이오센서와 생체 삽입형 장치, 나노바이오기술과 바이오소재를 중심으로 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 특히, organoid-on-a-chip 기술을 활용한 신약 개발 및 질병 모델링 연구를 통해 실제 인체 환경을 정밀하게 모사하는 차세대 바이오 플랫폼을 구축하고자 하며, 바이오센서 및 생체 삽입형 장치 분야에서는 체액 기반 센서와 생체 삽입형 전지를 개발하여 의료 및 환경 모니터링 기술의 고도화를 추진하고자 합니다. 또한 나노바이오 기술 및 바이오소재 연구를 통해 나노소재를 활용한 약물전달시스템과 고감도 바이오센서를 개발하고, 이를 정밀 의료와 재생의학 분야에 적용하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이와 같이 허윤석교수님 연구실은 생명과학, 공학, 나노기술을 융합하여 정밀 의료 및 바이오 융합 기술을 선도하는 연구 허브로 자리매김하는 것을 지향하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본 연구를 하면서 그동안 미지에 가까웠던 plasma biomedicine 분야에서 단순히 “플라즈마가 세포를 손상시킨다”는 수준을 넘어, 어떤 조건에서 어떤 RS가 얼마나, 어떤 조합으로 만들어지고, 그 RS profile이 세포사멸 경로와 면역반응을 어떻게 공학적으로 설계할 수 있는지 하나씩 밝혀가고 있어 보람을 느낍니다. 특히 RS engineering 관점에서 용액 조성, 가스 조건, 방전 파라미터, 미세유체 구조 등을 정밀하게 조절해 ROS/RNS 비율과 flux를 설계하고, 그에 따라 apoptosis, necroptosis, ICD와 같은 면역 활성형 세포사멸을 선택적으로 유도할 수 있다는 것을 실험으로 쌓아가는 과정이 큰 자부심을 느끼게 합니다. 아직 RS network 전체를 완벽히 이해했다고 말할 수는 없으나, 플라즈마로 생성되는 RS를 단순한 부산물이 아니라, 정밀 의료를 위한 설계 가능한 도구로 재정의하고 있다는 점에서, 본 실험이 앞으로의 plasma biomedicine과 면역항암 연구가 올라설 수 있는 하나의 기초 인프라를 만들어가는 과정이라고 생각합니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

오랜 기간동안 본 연구를 진행하면서 강조해드리고 싶은 말은, 세상에 쓸모없는 실험은 단 하나도 없다는 점입니다. 처음에는 기대했던 결과가 나오지 않거나, 가설과 정반대의 데이터가 쌓일 때 좌절감이 들 수 있지만, 돌아보면 그런 결과들이야말로 우리가 어떤 조건에서 무엇이 되지 않는지, 어떤 변수에 시스템이 민감한지를 알려주면서 실험 설계와 해석의 깊이를 키워 준다는 것을 깨닫게 됩니다. Plasma biomedicine이나 RS engineering처럼 아직 미지의 영역이 많은 분야에서는, 하나의 실패한 실험도 다음 실험의 파라미터 범위를 정리해 주고, 숨겨진 메커니즘에 대한 새로운 질문을 던져주는 귀중한 데이터가 됩니다. 혹여나 위 분야로 진학하고자 하면, 눈앞의 결과, 주변의 이런 실험 왜 진행하냐의 발언 등에 매몰되기보다 매 실험을 내가 다루는 시스템을 조금 더 입체적으로 이해하는 과정이라고 받아들이고, 데이터가 가설을 부정하더라도 그 부정 자체에서 새로운 의미를 찾아내는 태도를 가지라고 말해드리고 싶습니다. 그런 시각을 가질 시, 논문 한 편, 프로젝트 하나를 넘어서, 길게는 자신의 연구 인생 전체를 지탱해 주는 탄탄한 기반이 되어 줄 것입니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

CMP를 기반으로 형재 중심적으로 다루고 있는 ROS, RNS를 넘어, RSS, RClS, RPS, RCS 등 아직 특성이 충분히 규명되지 않은 다양한 형태의 RS를 선택적으로 생성하고, 정량/정성적으로 구분해내는 RS profiling을 최종적으로 구축하고자 합니다. 이를 위해 용액 조성, 가스 조합, 방전 조건, 미세유체 구조를 체계적으로 스크리닝하면서 각 조건에서 어떤 RS 패널이 형성되는지, 그리고 그 조합이 세포사멸 양상과 면역반응, 조직 수준의 반응과 어떻게 연결되는지를 단계적으로 mapping하는 것을 목표로 하고 있습니다. 장기적으로는 CMP에서 도출한 RS profiling 데이터를 바탕으로, 특정 질환/종양 유형에 맞는 최적의 RS 조합을 설계하고, 이를 정밀 면역치료 및 재생의학 응용으로까지 확장하는 RS design platform을 구축하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

본 논문의 방향성을 잡고, 중간의 긴 암흑기를 건너 논문으로 나오는데 무려 5년의 시간이 필요했습니다. 이와 같은 긴 시간동안, 데이터가 엉망으로 나와도 매번 이해해주면서 실험을 적극적으로 지지해주신 허윤석 지도교수님이 계셔서 결과적으로 좋은 논문이 나왔습니다. 매번 아낌없는 지도에 깊은 감사를 표합니다. RS profiling과 RS engineering과 관련하여 밤늦게 문의를 드려도 항상 친절하게 답변해주시고, 항상 해결책을 찾아나가도록 노력해주신 강성민교수님께 감사드립니다. 이 논문을 면역항암치료로 이끌어나가도록 지도해주시고, in vitro, in vivo 생물학 실험 능력이 많이 부족함에도 항상 칭찬과 조언을 아낌없이 나누어주시고 성공적으로 본 논문을 이끌어주신 차종호교수님께 진심을 다해 감사드립니다. 그리고, 이 논문을 같이 이끌어나가면서, 가끔씩은 깊은 고민에 빠지기도 하고, 가끔씩은 샘플이 이상해 서로 토론도 했지만, 결과적으로 좋은 논문으로 마무리지을 수 있게 도움주신 신지수박사님께 감사드립니다. 실험을 진행하는 데 있어 저와 신지수박사님 밑에서 고생 많이 한 이다은학생과 김병수학생에게도 이 자리를 빌어 큰 감사를 표합니다. 본 플라즈마 플랫폼이 과연 closed platform인지 증명하기 위해 도움주신 한국기계연구원 김형우박사님, 이희수박사님 진심으로 감사드립니다. 그리고, 앞으로 같이 실험을 하게 될 플라즈마팀 후배들(상훈, 태연, 지혜, 준우, 재헌, 수지나), 매일같이 내가 잔소리도 많이 하고 힘들게 많이 하는데도 잘 쫓아와주고 포기하지 않고 같이 연구해줘서 너무 고맙습니다. 마지막으로 본 논문에 도움주신 김지훈교수님, 손세진교수님께 감사를 표합니다.