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

체내 삽입용 의료 소재로서 생체내 반응성이 없는 금속 소재나 이식 후 시간의 경과에 따라 점차적으로 분해되는 생분해성 소재, 약물 코팅 및 다양한 표면처리기술이 접목된 소재 등이 많이 사용되어 왔습니다. 하지만 이들 모두 이식에 따른 염증반응, 혈전형성 및 조직의 섬유화 등과 같은 문제들로부터 자유롭지 못한 한계를 지니고 있습니다. 따라서, 본래의 치료 목적에 따른 장기적 활용이 어려운 상황에서 이를 대체할 수 있는 새로운 유형의 의료소재 개발의 중요성이 부각되어 왔습니다.

이에 부합하여, 저희 연구팀은 앞서 언급된 문제들에 대한 해결 가능성을 높이며 체내에서의 장기간 활용에 적합한 소재의 개발에 초점을 맞추었습니다. 먼저, 본 연구에서는 코발트-크로뮴 합금 소재 표면을 무기/유기 물질 모두와 강한 결합을 형성하는 폴리도파민(polydopamine)으로 코팅함으로써 금속 표면 위에 세포유래 물질을 안정적으로 도입할 수 있는 환경을 만들었습니다. 폴리도파민층 위에는 세포외기질(Extracellular matrix)을 구성하는 당단백질 중 하나인 피브로넥틴(fibronectin)이 코팅되었는데, 이것은 피브로넥틴을 포함한 콜라겐(collagen), 피브린(fibrin), 헤파린(heparin) 등 세포외기질을 이루는 다양한 구성 성분들에 대한 결합자리(binding site)를 가지고 있으며 세포막의 수용체 단백질 중 하나인 인테그린(integrins)에 대한 결합자리 또한 지니고 있어 세포외기질과 세포 양쪽 모두를 안정적으로 표면에 부착시키는 중요한 역할을 합니다. 따라서 코팅된 피브로넥틴층 위에 섬유아세포들(fibroblasts)을 배양함으로써 그들에 의해 형성된 세포외기질이 피브로넥틴층에 단단히 고정될 수 있도록 하였습니다. 마지막으로 탈세포화 과정을 통해 섬유아세포들을 완전히 제거하고 세포외기질만 남긴 표면을 완성하게 됩니다. 세포외기질은 세포로부터 분비된 당단백질(glycoprotein), 프로테오글리칸(proteoglycan), 뮤코다당류(glycosaminoglycan) 등의 물질들로 이루어진 결합조직으로서 세포들을 물리적으로 지지할 뿐만 아니라 세포의 부착, 생존, 성장, 분화 등을 촉진하는 역할도 합니다. 이처럼 소재 표면에 단단히 고정된 세포 친화적인 미세환경(microenvironment)은 치료 부위에 대한 안정적인 세포 전달을 돕고, 이후 세포의 생존과 성장을 뒷받침하는 역할을 함으로써 생체내 소재의 장기적 활용을 가능케 합니다.

실제로, 이 소재 표면처리기술을 관상동맥용 금속 스텐트에 적용하여 동물 실험을 진행한 결과, 세포외기질로 코팅된 스텐트 실험군에서 신생내막(neointima)의 형성이 유의하게 억제되었고, 그에 따라 더 넓은 면적의 혈관 내강이 확보되었으며, 혈관 협착률 역시 유의적으로 감소한 것으로 드러났습니다. 이러한 치료 유효성은 스텐트 이식 후 이식 부위에 대한 재내피화(re-endothelialization)가 증대된 결과에 따른 것으로 나타났으며, 더욱이 세포외기질 코팅된 스텐트에 후기내피전구세포(late endothelial progenitor cells or outgrowth endothelial cells)를 탑재하여 이식하였을 때, 그러한 효과가 더 뚜렷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었습니다.

저희 연구팀은 본 연구를 통해 체내 삽입형 의료 소재에 대한 세포외기질 표면처리기술이 기존의 체내 삽입형 의료 소재의 부작용을 현저하게 낮춤과 동시에 치료 효능을 증대시킬 수 있음을 보여주었습니다. 그리고 이 기술이 비단 스텐트에 국한된 것이 아니라 다양한 체내 이식형 의료기기 및 소재에 적용 가능한 기술적 범용성을 지닐 것으로 내다보고 있습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

당시 저는 한국과학기술연구원 생체재료연구단의 지능바이오소재 연구실 소속으로 한동근 교수님과 정윤기 교수님 지도 아래 UST 석사과정 학생 연구원으로서 연구를 수행했습니다. 그 당시 저희 연구실은 주로 관상동맥 스텐트의 삽입에 따른 혈전형성, 염증반응, 재협착 등의 부작용을 해결하기 위한 다양한 코팅기술 및 표면처리기술 등을 개발하는 연구를 진행하였습니다. 예를 들어, 그러한 부작용을 억제할 수 있는 약물들 중 적합한 약물을 찾아 스텐트에 코팅하여 그것의 효능이 일정기간 지속될 수 있도록 코팅된 약물의 방출을 조절하는 연구, 스텐트 이식 부위의 재내피화를 촉진시키기 위해 혈관내피전구세포의 포획 및 함유가 가능한 스텐트 표면처리기술 개발 등이 있습니다. 스텐트 관련 연구 외에도, 스캐폴드(scaffold)를 활용한 신장재생 관련 연구도 수행했습니다.

한편, 한국과학기술연구원의 연구 인프라에 대해 짧게 언급하자면, 본원은 고성능의 다양한 분석장비들을 두루 갖추고 있어 연구에 필요한 분석을 의뢰하기 용이하며, 장비 사용에 대한 교육 또한 주기적으로 이루어져 연구자들이 필요로 하는 장비를 직접 사용할 수 있도록 적극 지원하고 있습니다. 이러한 연구 환경은 연구자들의 연구역량을 향상시키는데 많은 도움이 됩니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

높은 수준의 연구 인프라를 갖춘 정부출연 연구소에서 지도 교수님을 포함한 많은 박사님들의 지도 아래 주도적인 연구를 수행할 수 있었던 것이 저에겐 매우 값진 경험이 되었습니다. 그와 더불어 제가 해왔던 연구가 결실을 맺게 되어 더 뿌듯하고 보람을 느낍니다. 그리고 연구활동 동안 좋은 동료들과 함께 연구할 수 있어서 즐거웠고 다른 많은 연구팀들과의 교류를 통해 서로 도움을 주고받으면서 연구자로서 시야를 넓힐 수 있는 계기가 되어 좋았습니다.

공동 1저자이신 박광숙 박사님 또한, “각기 다른 전공을 가진 사람들이 모여 각자 의견을 자유롭게 나누고 도출된 내용을 바로 연구에 반영할 수 있었던 환경 덕택에 본 연구에서 도출된 성과가 가지는 의미를 다양한 방면으로 찾을 수 있게 되었습니다. 특히, 지도 교수님들의 네트워크 덕분에 전남대 병원에서 돼지동물 실험을 진행하였고 이후 서로 실험 과정 및 결과에 대한 의견을 주고받았던 것도 본 연구의 의미를 되새기는데 많은 도움이 되었습니다.”라고 소감을 전했습니다.

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

개인적으로 Biomedical Engineering & Science 분야의 연구는 굉장히 흥미롭다고 생각합니다. 특히, 엔지니어링 분야의 연구는 목표로 하는 기술이나 소재의 개발을 위해 최적화된 조건을 확립해 나가며 최종적으로 그들의 feasibility를 검증하고 효능을 평가하는 단계를 거치게 됩니다. 그 과정에서 수많은 시행착오들을 겪게 되며 문제 해결을 위해 다양한 아이디어들을 생각해내고 적용해보는 일을 반복하게 됩니다. 그리고 적용된 아이디어가 더 나은 결과를 가져올 때 느끼는 그 뿌듯함과 성취감은 연구를 이어 나가는데 원동력이 됩니다. 따라서, 이러한 과정을 즐길 수 있다면 결국엔 유종의 미를 거둘 수 있을 것입니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재 저는 홍콩과기대학 생명과학부 소속 박사과정생으로서 신경과학 관련 연구과제를 수행하고 있습니다. 앞서 소개한 연구와 완전히 다른 분야에서 연구 경력을 이어가고 있지만, 졸업 후에는 두 분야들을 함께 아우를 수 있는 융합 연구에 도전해 보고 싶습니다. 예를 들면, 세포외기질을 이용한 신경 재생에 관련된 연구처럼 제가 가지고 있는 전공 지식과 연구 경험들을 최대한 활용할 수 있는 연구주제로 연구활동을 이어 나갈 생각입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
우선 논문이 잘 마무리될 수 있도록 힘써 주신 박광숙 박사님(공동 1저자), 정윤기 교수님, 한동근 교수님께 정말 감사드립니다. 그리고 동물실험을 주관해 주신 전남대학교 병원의 홍영준 교수님을 비롯한 임경섭 박사님, 배인호 박사님, 김한별 연구원님께 감사한 마음을 전하고 싶습니다. 마지막으로, 제 후임으로 과제에 참여하여 연구를 마무리할 수 있게 도와준 미진이를 포함한 다른 공저자분께도 고마움을 전합니다.