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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2016-08-08
- 조회6,570
Cell Stem Cell, Published: July 28, 2016 | DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.07.005
Midbrain-like Organoids from Human Pluripotent Stem Cells Contain Functional Dopaminergic and Neuromelanin-Producing Neurons
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
Parkinson's disease (PD)는 중뇌 (midbrain)의 흑질 (substantia nigra pars compacta)에 존재하는 도파민 뉴런이 선택적으로 손실되면서 발생하는 신경퇴행성 질환입니다. 현재까지 PD의 발병원인을 이해하기 위한 대부분의 연구는 줄기세포에서 2차원적 배양 분화 기술을 통해서 얻어진 도파민 뉴런을 사용하거나, 혹은 생쥐모델을 통해서 수행되고 있습니다. 그러나 이런 질병모델은 인간의 중뇌 조직과 차이가 있어 실질적인 질병연구에 한계를 가지고 있습니다. 따라서 최근에는 in vivo에 가까운 in vitro 실험을 구현하기 위해 배아줄기세포의 3차원적 분화 배양을 통해서 인공장기에 가까운 조직을 만드는 기술이 개발되었고, 이것이 organoid입니다.
특히 2013년도에 오스트리아 그룹이 여러 뇌 조직을 포함하고 있는 3차원적 구조의 organoid를 만들었다고 Nature에 보고하였습니다 (Lancaster et al., Nature, 2013). 저는 이 논문에 도입된 기술을 착안하여 배아줄기세포를 이용해서 midbrain specific organoid를 만든다면 이것은 유용한 in vivo 유사 PD 모델 시스템이 될 수 있을 거라는 가정하에 연구를 착수하였습니다. 단순히 배아줄기세포로부터 특정 type의 세포로 분화하는것이 아닌, organoid의 정의에 부합되는 유사 조직으로 발생 단계를 거쳐서 만들어야하기 때문에, 이에 충족한 최적화된 배양 시스템을 구축하기 위해 많은 시행착오를 거쳐야했고, 성공적으로 도파민 신경세포를 포함하는 midbrain-like organoid를 만들 수 있었습니다. 이 mini-organ은 신경세포의 문제, 의약품 테스트 등 다양한 연구를 진행할 수 있을것으로 생각하며, 또한 동물실험을 최소화하고 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있는데 의의가 있습니다.
제가 midbrain-like organoid를 개발하였지만 주변에서 도움을 받지 않았다면 성공적으로 논문을 완성할 수 없었을 거라 생각합니다. Duke-NUS의 제현수 교수님은 electrophysiology관련 분석에 도움을 주셨고, NTU의 조남준 교수님은 SEM과 AFM imaging에 도움을 주셨으며, 또한 Johns Hopkins University의 고한석 교수님과 LIBD의 신주헌 박사님과 Weinberger 교수님으로부터 human midbrain tissue를 얻을 수 있어서 organoid 를 characterization하는데 큰 도움을 주셨습니다. 뿐만 아니라 연구실 구성원의 도움이 있었기 때문에 성공적으로 논문을 완성할 수 있었다고 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
제가 근무하는 Genome Institute of Singapore (GIS)는 Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)의 Biomedical Research Council 산하 13개의 연구기관 중의 하나로서, Biopolis안의 Genome 건물에 위치한 연구소입니다. 저는 Executive Director인 Prof. Ng Huck Hui의 랩에 몸담고 있으며, 20명 정도의 박사 후 연구원과 박사과정 학생들이 줄기세포를 이용한 새로운 질병 모델을 구축하고, High Throughput Screening 방법을 기반으로 질병 치료를 위한 가능성을 연구하는데 집중하고 있습니다. GIS가 위치한 Biopolis는 싱가폴의 Biomedical 연구 단지로서, 여러 기관들이 가까운 곳에 공존하기 때문에 공동 연구가 매우 활발히 이뤄지고 있으며, 또한 National University of Singapore (NUS), Nanyang Technological University (NTU), 그리고 Duke-NUS와 같은 대학 연구소와도 긴밀한 공동 연구를 통해 큰 시너지 효과를 이뤄내고 있습니다.
GIS website: https://www.a-star.edu.sg/gis/
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
학위를 마치자마자 바로 시작한 낯설은 외국에서의 박사 후 연구원 생활은 어려운 의사소통 및 새로운 환경에서의 적응이 요구 되었고, 특히 GIS내에 한국인은 저 밖에 없었기 때문에 의지할 곳 없이 많은 부분들을 스스로 해결해야만 했습니다. 그러나 연구실 동료들이 많은 부분들을 도와주었고, 연구와 관련된 것들 뿐만 아니라 일상 생활에서도 외국인으로서 해결하기 힘든 부분들을 가족처럼 도와주어서 큰 어려움 없이 생활을 할 수 있었고, 그로인해 예상보다 짧은 시간안에 좋은 연구 결과를 얻을 수 있었습니다. 또한 연구실 구성원들 뿐만 아니라, 좋은 공동 연구자들을 만날 수 있었으며, 지속적인 커뮤니케이션을 통해 빠른 연구 결과를 이끌어낸 점은 최근 치열한 경쟁 속에서 뒤쳐지지 않고 서로 함께 나갈 수 있는 좋은 생산성의 원동력이라고 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
언제나 새로운 것에 도전하는데에는 두려움과 설레임이 공존하기 마련입니다. 두려움을 극복하고 본인이 가지고 있는 가능성을 믿고 열심히 전진하다보면 언젠가 좋은 결과를 얻을 수 있다고 생각합니다. 이 분야에 진학한 후에도 연구 결과에 일희일비하지 않고 본인이 던진 질문에 끈임없이 답을 찾아가는 과정을 거친다면 언젠가 발전하는 자신의 모습을 느낄 수 있을거라 생각합니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 논문에 발표한 midbrain-like organoid를 이용해서 PD를 in vitro 모델링하는 연구를 진행하고 있습니다. human ESC에 PD와 연관된 유전자들의 돌연변이를 통해서, 그동안 도파민 뉴런을 이용해서 모델링하는 시스템을 넘어서 organoid를 이용한 모델링을 통해 새로운 질병관련 정보를 next-generation sequencing, electrophysiological analysis, 및 새로운 imaging technique을 통해 얻어내고, 그로 인해 PD의 메카니즘을 이해하는데 목표를 두고 있습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
새로운 분야를 배우고자 찾아온 싱가폴은 저에게 도전이었고 연구자로서 새로운 출발이었습니다. 싱가폴에서 연구할 수 있는지 기회를 준 Ng Huck Hui 교수님께 감사의 인사를 드립니다. 또한 신경생물학적인 지식을 공유해주시는 제현수 교수님께도 감사드립니다. "청출어람" 하라며 지도 교수님으로서 언제나 조언해주시고, 항상 든든한 버팀목이 되어주시는 이동율 교수님께 진심으로 머리 숙여 감사의 인사를 드립니다. 학부때 저를 처음으로 연구의 길로 인도해주신 계명찬 교수님께도 감사의 인사를 드립니다. 언제나 친구처럼 형제처럼 서로 같은 분야 사람으로서 동고동락하는 최태우 박사, 전한철 박사, 그리고 한국에서 항상 응원을 보내주는 친구들 이태희, 지민식, 성승현에게 고맙다는 말을 전합니다. 막내 아들을 외국으로 보내시고 언제나 기도해 주시는 부모님과 형님들과 형수님, 그리고 아낌없는 응원을 보내주시는 장인어른, 장모님과 처남에게 진심으로 감사의 인사를 드립니다. 마지막으로 항상 옆에서 용기를 주는 사랑하는 아내에게 깊은 감사를 전하고 싶습니다.
Parkinson's disease (PD)는 중뇌 (midbrain)의 흑질 (substantia nigra pars compacta)에 존재하는 도파민 뉴런이 선택적으로 손실되면서 발생하는 신경퇴행성 질환입니다. 현재까지 PD의 발병원인을 이해하기 위한 대부분의 연구는 줄기세포에서 2차원적 배양 분화 기술을 통해서 얻어진 도파민 뉴런을 사용하거나, 혹은 생쥐모델을 통해서 수행되고 있습니다. 그러나 이런 질병모델은 인간의 중뇌 조직과 차이가 있어 실질적인 질병연구에 한계를 가지고 있습니다. 따라서 최근에는 in vivo에 가까운 in vitro 실험을 구현하기 위해 배아줄기세포의 3차원적 분화 배양을 통해서 인공장기에 가까운 조직을 만드는 기술이 개발되었고, 이것이 organoid입니다.
특히 2013년도에 오스트리아 그룹이 여러 뇌 조직을 포함하고 있는 3차원적 구조의 organoid를 만들었다고 Nature에 보고하였습니다 (Lancaster et al., Nature, 2013). 저는 이 논문에 도입된 기술을 착안하여 배아줄기세포를 이용해서 midbrain specific organoid를 만든다면 이것은 유용한 in vivo 유사 PD 모델 시스템이 될 수 있을 거라는 가정하에 연구를 착수하였습니다. 단순히 배아줄기세포로부터 특정 type의 세포로 분화하는것이 아닌, organoid의 정의에 부합되는 유사 조직으로 발생 단계를 거쳐서 만들어야하기 때문에, 이에 충족한 최적화된 배양 시스템을 구축하기 위해 많은 시행착오를 거쳐야했고, 성공적으로 도파민 신경세포를 포함하는 midbrain-like organoid를 만들 수 있었습니다. 이 mini-organ은 신경세포의 문제, 의약품 테스트 등 다양한 연구를 진행할 수 있을것으로 생각하며, 또한 동물실험을 최소화하고 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있는데 의의가 있습니다.
제가 midbrain-like organoid를 개발하였지만 주변에서 도움을 받지 않았다면 성공적으로 논문을 완성할 수 없었을 거라 생각합니다. Duke-NUS의 제현수 교수님은 electrophysiology관련 분석에 도움을 주셨고, NTU의 조남준 교수님은 SEM과 AFM imaging에 도움을 주셨으며, 또한 Johns Hopkins University의 고한석 교수님과 LIBD의 신주헌 박사님과 Weinberger 교수님으로부터 human midbrain tissue를 얻을 수 있어서 organoid 를 characterization하는데 큰 도움을 주셨습니다. 뿐만 아니라 연구실 구성원의 도움이 있었기 때문에 성공적으로 논문을 완성할 수 있었다고 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
제가 근무하는 Genome Institute of Singapore (GIS)는 Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)의 Biomedical Research Council 산하 13개의 연구기관 중의 하나로서, Biopolis안의 Genome 건물에 위치한 연구소입니다. 저는 Executive Director인 Prof. Ng Huck Hui의 랩에 몸담고 있으며, 20명 정도의 박사 후 연구원과 박사과정 학생들이 줄기세포를 이용한 새로운 질병 모델을 구축하고, High Throughput Screening 방법을 기반으로 질병 치료를 위한 가능성을 연구하는데 집중하고 있습니다. GIS가 위치한 Biopolis는 싱가폴의 Biomedical 연구 단지로서, 여러 기관들이 가까운 곳에 공존하기 때문에 공동 연구가 매우 활발히 이뤄지고 있으며, 또한 National University of Singapore (NUS), Nanyang Technological University (NTU), 그리고 Duke-NUS와 같은 대학 연구소와도 긴밀한 공동 연구를 통해 큰 시너지 효과를 이뤄내고 있습니다.
GIS website: https://www.a-star.edu.sg/gis/
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
학위를 마치자마자 바로 시작한 낯설은 외국에서의 박사 후 연구원 생활은 어려운 의사소통 및 새로운 환경에서의 적응이 요구 되었고, 특히 GIS내에 한국인은 저 밖에 없었기 때문에 의지할 곳 없이 많은 부분들을 스스로 해결해야만 했습니다. 그러나 연구실 동료들이 많은 부분들을 도와주었고, 연구와 관련된 것들 뿐만 아니라 일상 생활에서도 외국인으로서 해결하기 힘든 부분들을 가족처럼 도와주어서 큰 어려움 없이 생활을 할 수 있었고, 그로인해 예상보다 짧은 시간안에 좋은 연구 결과를 얻을 수 있었습니다. 또한 연구실 구성원들 뿐만 아니라, 좋은 공동 연구자들을 만날 수 있었으며, 지속적인 커뮤니케이션을 통해 빠른 연구 결과를 이끌어낸 점은 최근 치열한 경쟁 속에서 뒤쳐지지 않고 서로 함께 나갈 수 있는 좋은 생산성의 원동력이라고 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
언제나 새로운 것에 도전하는데에는 두려움과 설레임이 공존하기 마련입니다. 두려움을 극복하고 본인이 가지고 있는 가능성을 믿고 열심히 전진하다보면 언젠가 좋은 결과를 얻을 수 있다고 생각합니다. 이 분야에 진학한 후에도 연구 결과에 일희일비하지 않고 본인이 던진 질문에 끈임없이 답을 찾아가는 과정을 거친다면 언젠가 발전하는 자신의 모습을 느낄 수 있을거라 생각합니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 논문에 발표한 midbrain-like organoid를 이용해서 PD를 in vitro 모델링하는 연구를 진행하고 있습니다. human ESC에 PD와 연관된 유전자들의 돌연변이를 통해서, 그동안 도파민 뉴런을 이용해서 모델링하는 시스템을 넘어서 organoid를 이용한 모델링을 통해 새로운 질병관련 정보를 next-generation sequencing, electrophysiological analysis, 및 새로운 imaging technique을 통해 얻어내고, 그로 인해 PD의 메카니즘을 이해하는데 목표를 두고 있습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
새로운 분야를 배우고자 찾아온 싱가폴은 저에게 도전이었고 연구자로서 새로운 출발이었습니다. 싱가폴에서 연구할 수 있는지 기회를 준 Ng Huck Hui 교수님께 감사의 인사를 드립니다. 또한 신경생물학적인 지식을 공유해주시는 제현수 교수님께도 감사드립니다. "청출어람" 하라며 지도 교수님으로서 언제나 조언해주시고, 항상 든든한 버팀목이 되어주시는 이동율 교수님께 진심으로 머리 숙여 감사의 인사를 드립니다. 학부때 저를 처음으로 연구의 길로 인도해주신 계명찬 교수님께도 감사의 인사를 드립니다. 언제나 친구처럼 형제처럼 서로 같은 분야 사람으로서 동고동락하는 최태우 박사, 전한철 박사, 그리고 한국에서 항상 응원을 보내주는 친구들 이태희, 지민식, 성승현에게 고맙다는 말을 전합니다. 막내 아들을 외국으로 보내시고 언제나 기도해 주시는 부모님과 형님들과 형수님, 그리고 아낌없는 응원을 보내주시는 장인어른, 장모님과 처남에게 진심으로 감사의 인사를 드립니다. 마지막으로 항상 옆에서 용기를 주는 사랑하는 아내에게 깊은 감사를 전하고 싶습니다.
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