1. 논문관련 분야 및 본 연구에 대한 간략한 소개 그리고 전망최근 들어 재료과학 및 나노공학 분야에서 neuroscience를 접목한 연구결과들이 많이 발표되고, 올해 (2010년) 미국 화학회에서 ACS chemical neuroscience라는 저널을 만들 정도로 최근 neuroscience분야에서 뉴런의 성장과 신경계를 이해하는데 있어 생물학적인 방법 이 외에 화학, 물리 그리고 나노/바이오 공학적인 접근법들이 활용되기 시작했습니다.
본 연구는 나노공학적인 접근으로 뉴런의 성장을 이해하고자 하는 측면에서 시작되어 세포 성장의 물리적인 신호 (physical cue) 중의 하나인 topography, 특히 나노사이즈의 topography가 뉴런의 초기 성장에 어떻게 영향을 미치는지를 보고하였습니다. 다양한 나노사이즈의 topography를 구현하기 위해서 전기화학적인 방법으로 서로 다른 pitch들을 가지는 오목한 (concave) 형태의 양극산화 알루미늄 기판들을 제작하고, 각각의 기판에서 뉴런들이 어떻게 성장하는지를 통계학적으로 분석하였습니다. 기존에 보고된 연구들을 바탕으로 뉴런의 초기 성장 단계를 3단계로 나누고, 제작한 나노 기판들에서 성장한 뉴런들이 culture후 특정시간에서 각각 어떤 단계에 속하는지 구분 짓고, 각 뉴런들의 neurite 길이를 측정함으로써, 특정 pitch를 가지는 기판에서 뉴런의 성장이 촉진될 수 있음을 밝혔습니다. 앞으로 좀 더 많은 연구가 필요하겠지만, neurite이 성장하는 모습을 탐구함으로써 neuron성장에 있어 pitch 효과를 보다 이해할 수 있었습니다. 너무 작은 pitch를 가지는 오목한 기판에서 neurite이 성장할 때는 나노기판 표면과 연속적인 접촉을 하면서 자라서 topography가 없는 기판과 차이가 없지만, 400 nm로 상대적으로 큰 pitch를 가지는 오목한 표면에서는 neurite이 soma에서 뻗어나갈 때 표면 전체와 연속적인 접촉을 하기 보다 표면 상의 각 tip 혹은 peak과 간헐적인 접촉 혹은 tips 사이를 jumping하는 양상을 보입니다. 즉, 상대적으로 긴 pitch를 가지는 기판에서는 growth cone이 표면의 topography와 상호작용 할 때 pitch가 작은 기판에 비해 상대적으로 밀도가 낮은 sensing환경을 갖게 되어 neurite outgrowth을 촉진할 수 있는 것으로 생각됩니다.
이번 논문은 특정 나노사이즈의 topography가 neurite의 성장을 조절할 수 있는 도구가 될 수 있음을 밝힌 연구로 앞으로 neuron 성장을 위한 다른 scaffold 제작 시 활용될 수 있으리라 생각됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.본 연구는 한국과학기술원 (KAIST) 화학과 생체모방화학 연구실 (지도교수: 최인성 교수님,
http://cisgroup.kaist.ac.kr ) 과 바이오 및 뇌공학과의 신경공학 연구실 (지도교수: 남윤기 교수님,
http://neuros.kaist.ac.kr )의 공동연구로 이루어졌습니다. 제 박사 지도교수님이신 최인성 교수님 실험실은 표면유기화학을 통한 계면에서의 물리 및 화학적 성질 조절 및 개질, 그리고 이를 바탕으로 한 다양한 기능성 표면들을 구현하고, 또한 규조류, 연꽃잎, 게코 도마뱀, 홍합 등 자연 상에 존재하는 생명체에서 유용한 화학반응 및 나노구조물을 인공적으로 구현, 다양한 응용가능성을 연구하고 있습니다. 남윤기 교수님의 신경공학 연구실은 "Neuron-on-a-Chip"의 개발을 목표로 hippocampal 회로나 cortical층과 같은 뇌 조직을 닮은 신경 회로를 디자인하고 구축하는 연구를 수행하고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람석사, 박사과정, 그리고 지금 포스닥을 하고 있는 지금 이 순간까지 연구활동을 하면서 제 스스로 가장 중요하다고 느꼈던 것은 자연현상 및 학문에 대한 호기심을 잃지 않고, 왜 라는 의문을 품은 채 끊임없이 탐구하고 정진하는 열정이었습니다. 물론 아직 제 스스로도 갈고 닦아 나가야 할 길이 한참 남았지만 말입니다. 그리고, 과정이 힘들더라도 자신과 동료들을 믿고 하루하루 최선을 다해서 그간의 노력들이 쌓이고 쌓여 1편의 논문이 완성되었을 때, 또한 관련 연구분야에서 다른 연구자들이 제 논문을 인용하여 제 연구가 다른 연구들에 보탬이 되고 있음을 알게 되었을 때 보람을 느낄 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?저는 박사학위로 표면화학을 전공하고, neuroscience 분야로 논문을 발표한 일은 이번이 처음이라서 neuroscience 분야로 진학하려는 분들께 직접적인 도움이 되는 말씀을 드리기는 쉽지가 않습니다. 다만, 최근에는 neuroscience 뿐 아니라, 여러 분야들이 함께 공동의 주제를 연구하는 사례가 많습니다. 즉, 학문적으로 서로 다른 분야의 연구자들이 함께 연구함으로써 보다 다양한 시각에서 공통의 현상을 함께 관찰, 실험하고 결론을 도출해 내는 것인데, 이를 위해서는 우선은 현재 개인이 연구하고 있는 혹은 연구할 분야를 열심히 탐구하며 탄탄한 실력을 기르며, 다른 분야에도 흥미를 갖고, 여러 분야의 사람들과 연구와 관련된 대화를 나누는 것을 권장하고 싶습니다. 그러면 자연스레 본인의 연구가 다른 분야에 어떻게 접목이 될 수 있을지 알게 되는데 많은 도움이 되고, 때로는 새로운 아이디어를 얻을 수 있는 기회도 생깁니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?KAIST에서 표면화학을 전공했던 저는 지금은 MIT로 자리를 옮겨 기존에 배웠던 지식을 발판 삼아 좀 더 biomedical application과 관련된 연구를 수행하고 있고, 곧 조직공학을 연구할 계획입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....뉴런에 대해 기초 지식이라고는 학부 생물학 시간에 배운 게 전부였던 제가 이번 연구를 시작하고 논문으로 정리하기 까지는 참으로 많은 분들의 도움이 있었습니다. 저를 지도해 주셨던 최인성 교수님과 남윤기 교수님께 정말 감사드리고, 프로젝트 기간 내내 실험 및 결과해석에 많은 도움 준 경태, 규민, 민지에게 감사의 인사를 전합니다. 아울러 항상 저를 위해 기도해 주시는 부모님과 가족들에게 고맙다는 말씀 드리고 싶습니다.