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한빛사 인터뷰
한빛사 인터뷰
- 등록2017-10-10
- 조회4,426
Nat. Commun., 8, Article number: 533 (2017) | doi:10.1038/s41467-017-00583-8
An injectable hydrogel enhances tissue repair after spinal cord injury by promoting extracellular matrix remodeling
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
교통사고나 뇌졸중 등으로 인해 중추신경계가 손상되면 이차적인 신경변성이 일어나 신경조직에 결손이 생기고 낭포성 공동이 발생하는데, 이는 신경회로의 재생을 억제하고 줄기세포의 생착을 방해하는 등 회복의 큰 저해요소가 되고 있습니다. 그를 극복하기 위한 약물들은 빈 공간을 메워주지 못하기에 부작용과 낮은 효율 등의 한계가 존재하였고, 생체재료가 그 대안으로 떠오르고 있습니다. 이를 위해 다양한 생체재료들이 이용되었지만, 고형의 물질들은 불규칙한 형태의 손상부위를 효과적으로 메워주지 못하고, 불규칙한 형태를 메울 수 있는 하이드로젤은 조직 내 강도나 지속성의 한계가 있기에, 이를 보완할 수 있는 물질에 대한 연구가 필요한 실정입니다.
이번 연구에서는 중추신경계 손상 후 척수조직 재생을 유도하기 위해 대식세포를 유도하여 낭포성 공동을 메워주는 온도감응성 주사형 하이드로젤을 개발하였습니다. 저온에서는 액상이지만 체온에서는 젤로 변하는 온도감응성 하이드로젤을 이용하여 불규칙한 구조의 병변부위에 맞춤인 형태의 젤을 형성할 수 있었으며, 대식세포를 잡아줄 수 있는 이미다졸기를 도입함으로써 손상부위의 대식세포들이 하이드로젤 내에 머물면서 방출하는 다양한 인자들로 인해 주위의 세포들을 자극하여 섬유질을 분비하게 유도하여 낭포성 공동을 메워주도록 유도하는 시스템을 개발하였습니다. 실제 사람에서 발생하는 신경손상 형태와 매우 유사한 흰 쥐의 좌상손상 모델에 하이드로젤을 주입해본 결과, 하이드로젤을 이식받은 모든 동물에서 손상 이후의 조직 결손이 거의 완벽하게 사라지고, 조직 결손이 예상되었던 병변의 중앙에 하이드로젤 내에 잡혀있는 대식세포가 분비하는 효소에 의해 세포외기질 단백질이 침착함을 발견하였습니다. 이러한 작용으로 인해 이차손상으로부터 축삭을 효과적으로 보호함으로 쥐의 행동이 크게 개선되는 등의 효과를 관찰할 수 있었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
본 연구는 제가 속해있는 한국과학기술연구원 의공학연구소 생체재료연구단의 송수창 박사 연구팀과 함께 과제를 수행하고 있는 아주대학교 뇌과학과 김병곤 교수 연구팀이 공동으로 연구를 진행하였습니다.
송수창 박사 연구팀은 한국과학기술연구원의 뛰어난 인프라를 바탕으로 주입형 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤이라는 고유의 물질을 개발하였고, 그를 통해 유전자, 단백질, 항암제 등 다양한 약물들을 효과적으로 원하는 곳에 전달하는 전달체를 개발하는 약물전달시스템과 세포의 생존률을 높이고 손상된 조직의 재생을 유도하기 위한 지지체를 개발하는 조직공학에 적용하여 훌륭한 성과들을 내고 있으며, 그 외에도 생체접착제, 온열치료 등 다양한 의학적 적용들을 통해 사람에게 도움이 되는 연구를 하고 있습니다.
홈페이지: http://kist1418.wixsite.com/biopolymer
김병곤 교수팀은 뇌졸중, 척수손상과 같은 중추신경계 손상을 치료하기 위한 새로운 치료방법들을 연구해왔으며, 특히 신경축삭의 재생 및 가소성을 촉진하기 위한 약물, 생체재료 등의 도입 및 기작 연구, 혈관성 치매에 있어서 백색질 퇴화의 기전과 희돌기교세포의 재생을 유도하는 방법들에 대해 연구하였으며, 그에 관련된 훌륭한 연구성과들을 가지고 있으며 다양한 연구팀과 유기적으로 함께 활발히 연구하고 있습니다.
홈페이지: http://ts.ajoumc.or.kr/Main/MainType01.aspx?cp=1&sid=&rc=10&ssc=0022&ssgc=UH&CCP=1
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 유전자 전달체를 개발하는 연구를 주로 진행해왔었고, 본 연구에 사용된 I-5 하이드로젤 역시 처음에는 유전자 전달용으로 합성하였으나, 오히려 면역과 관련된 역할이 있는 정도만 파악하고 유전자 전달효과는 적었기에 어떻게 적용할지 고민하고 있었습니다. 그런데 마침 척수손상 연구의 전문가이신 김병곤 교수님과 함께 공동연구를 하게 되었고, I-5가 감사하게도 척수손상 모델에 적용되기 좋은 강도와 분해성을 가졌으며, 또한 척수손상에 따른 이차변형에 직접 영향을 주는 면역반응의 주요 세포인 대식세포와 I-5가 효과적으로 상호작용을 찾아냄으로써 이와 같은 좋은 연구를 할 수 있었습니다.
이번 연구를 통해 느낀 점은 다음과 같습니다. 저를 포함한 많은 연구자들이 열심히 실험한 결과가 예상과 다를 때에, 지난 시간이 아깝고, 스스로 부족하다 생각하여 스트레스를 받으며, 자존감마저 사라지기도 합니다. 원하는 결과가 나오지 않으면 실패했다고 생각하지만, 연구의 방향성을 따라 공부하고 노력하다 보면 생각지도 못한 때에 생각지 못한 방향으로 그러한 노력과 시간들이 쓰여지는 날이 있다는 것입니다. 이를 통해 모든 실험과 노력과 시간들이 헛되지 않음을 느꼈습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
사람의 조직을 이루는 세포 하나만 보더라도 세포의 형상을 유지하기 위한 물리적 요소, 세포가 살아가기 위해 만드는 단백질을 이루는 유전자와 그를 이루는 화학적 요소들, 많은 영양분을 주고 받을 수 있도록 하는 생물학적 요소 등 다양한 것들이 함께 어우러져야 세포가 생명을 유지할 수 있습니다. 그렇기에 세포, 나아가 장기, 조직 등을 다루는 의공학을 연구하기 위해서는 한 가지 방향으로의 생각으로는 접근하는 데에 한계가 존재합니다. 따라서, 좀 더 다양한 시각으로 문제를 봐야 합니다. 그를 위해서 드리고 싶은 제안은 다음과 같습니다. 첫 번째, 내 전공 외의 다른 논문들도 찾아 읽어보기도 하고 다른 분야의 책들도 읽어보며 새로운 시각을 갖기를 바랍니다. 두 번째, 내 의견이 무조건 맞다는 생각을 버리고 다른 사람들의 의견을 받아들일 수 있는 열린 사람이 되어 다양한 의견들을 듣고 배우기를 바랍니다. 세 번째, 가능한 많은 사람들과 여러분의 가설을 이야기하며 그 문제점을 하나씩 찾아가고 해결해보기를 바랍니다. 위 세 가지 방법을 통해 열린마음으로 연구를 진행하셔서, 사람들에게 도움이 되는 좋은 연구들을 많이 하시길 바랍니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
척수손상을 위한 치료방법을 제시한 본 연구를 바탕으로, 척수손상이 재생되는 메커니즘을 좀 더 자세히 연구해보고 싶고, 면역세포와 상호작용을 증대시키기 위해 관련된 기능기를 가지는 새로운 젤을 연구하여 치료효과를 극대화 시켜보고자 합니다. 또한 저의 주 연구테마였던 약물전달시스템을 본 연구에 도입하여 치료 유전자, 단백질, 세포 등 다양한 인자를 동시에 도입함으로써 척수손상을 극적으로 극복할 수 있는 시스템을 고안해보고자 합니다. 그리고 그를 다양한 질병에 본 시스템을 도입해보고자 합니다.
또한 기회가 된다면 저만의 연구실을 가지고, 같은 꿈을 꾸는 후학을 양성하며, 머릿속에 그리고 있는 많은 주제들을 함께 연구하여 최종적으로 몸이 불편한 사람들에게 희망을 줄 수 있는 그런 일들을 해보고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
자유롭게 연구할 수 있도록 믿어주시고 잘 이끌어주신 송수창 박사님과 옆에서 많은 도움과 격려를 준 랩 식구들, 그리고 함께 많은 이야기를 통해 실험을 디자인하고 진행해주신 김병곤 교수님과 연구원 분들께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 또한 항상 응원해주시고 기도해주시는 소중한 가족과 교회 식구들께도 감사 드리며, 귀한 인터뷰를 허락해주신 한빛사 관계자 분들께도 감사 드리며, 마지막으로 우연을 가장한 귀한 선물을 허락하신 하나님께 영광 돌립니다. 감사합니다.
교통사고나 뇌졸중 등으로 인해 중추신경계가 손상되면 이차적인 신경변성이 일어나 신경조직에 결손이 생기고 낭포성 공동이 발생하는데, 이는 신경회로의 재생을 억제하고 줄기세포의 생착을 방해하는 등 회복의 큰 저해요소가 되고 있습니다. 그를 극복하기 위한 약물들은 빈 공간을 메워주지 못하기에 부작용과 낮은 효율 등의 한계가 존재하였고, 생체재료가 그 대안으로 떠오르고 있습니다. 이를 위해 다양한 생체재료들이 이용되었지만, 고형의 물질들은 불규칙한 형태의 손상부위를 효과적으로 메워주지 못하고, 불규칙한 형태를 메울 수 있는 하이드로젤은 조직 내 강도나 지속성의 한계가 있기에, 이를 보완할 수 있는 물질에 대한 연구가 필요한 실정입니다.
이번 연구에서는 중추신경계 손상 후 척수조직 재생을 유도하기 위해 대식세포를 유도하여 낭포성 공동을 메워주는 온도감응성 주사형 하이드로젤을 개발하였습니다. 저온에서는 액상이지만 체온에서는 젤로 변하는 온도감응성 하이드로젤을 이용하여 불규칙한 구조의 병변부위에 맞춤인 형태의 젤을 형성할 수 있었으며, 대식세포를 잡아줄 수 있는 이미다졸기를 도입함으로써 손상부위의 대식세포들이 하이드로젤 내에 머물면서 방출하는 다양한 인자들로 인해 주위의 세포들을 자극하여 섬유질을 분비하게 유도하여 낭포성 공동을 메워주도록 유도하는 시스템을 개발하였습니다. 실제 사람에서 발생하는 신경손상 형태와 매우 유사한 흰 쥐의 좌상손상 모델에 하이드로젤을 주입해본 결과, 하이드로젤을 이식받은 모든 동물에서 손상 이후의 조직 결손이 거의 완벽하게 사라지고, 조직 결손이 예상되었던 병변의 중앙에 하이드로젤 내에 잡혀있는 대식세포가 분비하는 효소에 의해 세포외기질 단백질이 침착함을 발견하였습니다. 이러한 작용으로 인해 이차손상으로부터 축삭을 효과적으로 보호함으로 쥐의 행동이 크게 개선되는 등의 효과를 관찰할 수 있었습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
본 연구는 제가 속해있는 한국과학기술연구원 의공학연구소 생체재료연구단의 송수창 박사 연구팀과 함께 과제를 수행하고 있는 아주대학교 뇌과학과 김병곤 교수 연구팀이 공동으로 연구를 진행하였습니다.
송수창 박사 연구팀은 한국과학기술연구원의 뛰어난 인프라를 바탕으로 주입형 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로젤이라는 고유의 물질을 개발하였고, 그를 통해 유전자, 단백질, 항암제 등 다양한 약물들을 효과적으로 원하는 곳에 전달하는 전달체를 개발하는 약물전달시스템과 세포의 생존률을 높이고 손상된 조직의 재생을 유도하기 위한 지지체를 개발하는 조직공학에 적용하여 훌륭한 성과들을 내고 있으며, 그 외에도 생체접착제, 온열치료 등 다양한 의학적 적용들을 통해 사람에게 도움이 되는 연구를 하고 있습니다.
홈페이지: http://kist1418.wixsite.com/biopolymer
김병곤 교수팀은 뇌졸중, 척수손상과 같은 중추신경계 손상을 치료하기 위한 새로운 치료방법들을 연구해왔으며, 특히 신경축삭의 재생 및 가소성을 촉진하기 위한 약물, 생체재료 등의 도입 및 기작 연구, 혈관성 치매에 있어서 백색질 퇴화의 기전과 희돌기교세포의 재생을 유도하는 방법들에 대해 연구하였으며, 그에 관련된 훌륭한 연구성과들을 가지고 있으며 다양한 연구팀과 유기적으로 함께 활발히 연구하고 있습니다.
홈페이지: http://ts.ajoumc.or.kr/Main/MainType01.aspx?cp=1&sid=&rc=10&ssc=0022&ssgc=UH&CCP=1
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
저는 유전자 전달체를 개발하는 연구를 주로 진행해왔었고, 본 연구에 사용된 I-5 하이드로젤 역시 처음에는 유전자 전달용으로 합성하였으나, 오히려 면역과 관련된 역할이 있는 정도만 파악하고 유전자 전달효과는 적었기에 어떻게 적용할지 고민하고 있었습니다. 그런데 마침 척수손상 연구의 전문가이신 김병곤 교수님과 함께 공동연구를 하게 되었고, I-5가 감사하게도 척수손상 모델에 적용되기 좋은 강도와 분해성을 가졌으며, 또한 척수손상에 따른 이차변형에 직접 영향을 주는 면역반응의 주요 세포인 대식세포와 I-5가 효과적으로 상호작용을 찾아냄으로써 이와 같은 좋은 연구를 할 수 있었습니다.
이번 연구를 통해 느낀 점은 다음과 같습니다. 저를 포함한 많은 연구자들이 열심히 실험한 결과가 예상과 다를 때에, 지난 시간이 아깝고, 스스로 부족하다 생각하여 스트레스를 받으며, 자존감마저 사라지기도 합니다. 원하는 결과가 나오지 않으면 실패했다고 생각하지만, 연구의 방향성을 따라 공부하고 노력하다 보면 생각지도 못한 때에 생각지 못한 방향으로 그러한 노력과 시간들이 쓰여지는 날이 있다는 것입니다. 이를 통해 모든 실험과 노력과 시간들이 헛되지 않음을 느꼈습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
사람의 조직을 이루는 세포 하나만 보더라도 세포의 형상을 유지하기 위한 물리적 요소, 세포가 살아가기 위해 만드는 단백질을 이루는 유전자와 그를 이루는 화학적 요소들, 많은 영양분을 주고 받을 수 있도록 하는 생물학적 요소 등 다양한 것들이 함께 어우러져야 세포가 생명을 유지할 수 있습니다. 그렇기에 세포, 나아가 장기, 조직 등을 다루는 의공학을 연구하기 위해서는 한 가지 방향으로의 생각으로는 접근하는 데에 한계가 존재합니다. 따라서, 좀 더 다양한 시각으로 문제를 봐야 합니다. 그를 위해서 드리고 싶은 제안은 다음과 같습니다. 첫 번째, 내 전공 외의 다른 논문들도 찾아 읽어보기도 하고 다른 분야의 책들도 읽어보며 새로운 시각을 갖기를 바랍니다. 두 번째, 내 의견이 무조건 맞다는 생각을 버리고 다른 사람들의 의견을 받아들일 수 있는 열린 사람이 되어 다양한 의견들을 듣고 배우기를 바랍니다. 세 번째, 가능한 많은 사람들과 여러분의 가설을 이야기하며 그 문제점을 하나씩 찾아가고 해결해보기를 바랍니다. 위 세 가지 방법을 통해 열린마음으로 연구를 진행하셔서, 사람들에게 도움이 되는 좋은 연구들을 많이 하시길 바랍니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
척수손상을 위한 치료방법을 제시한 본 연구를 바탕으로, 척수손상이 재생되는 메커니즘을 좀 더 자세히 연구해보고 싶고, 면역세포와 상호작용을 증대시키기 위해 관련된 기능기를 가지는 새로운 젤을 연구하여 치료효과를 극대화 시켜보고자 합니다. 또한 저의 주 연구테마였던 약물전달시스템을 본 연구에 도입하여 치료 유전자, 단백질, 세포 등 다양한 인자를 동시에 도입함으로써 척수손상을 극적으로 극복할 수 있는 시스템을 고안해보고자 합니다. 그리고 그를 다양한 질병에 본 시스템을 도입해보고자 합니다.
또한 기회가 된다면 저만의 연구실을 가지고, 같은 꿈을 꾸는 후학을 양성하며, 머릿속에 그리고 있는 많은 주제들을 함께 연구하여 최종적으로 몸이 불편한 사람들에게 희망을 줄 수 있는 그런 일들을 해보고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
자유롭게 연구할 수 있도록 믿어주시고 잘 이끌어주신 송수창 박사님과 옆에서 많은 도움과 격려를 준 랩 식구들, 그리고 함께 많은 이야기를 통해 실험을 디자인하고 진행해주신 김병곤 교수님과 연구원 분들께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 또한 항상 응원해주시고 기도해주시는 소중한 가족과 교회 식구들께도 감사 드리며, 귀한 인터뷰를 허락해주신 한빛사 관계자 분들께도 감사 드리며, 마지막으로 우연을 가장한 귀한 선물을 허락하신 하나님께 영광 돌립니다. 감사합니다.
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