한빛사 인터뷰
- 등록2021-09-06
- 조회2,587
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
최근 지속가능한 환경보호와 동물복지에 대한 대중의 인식 향상에 따라 대체육(Meat analogue)에 대한 관심 역시 점점 더 높아지고 있습니다. 현재까지의 대체육은 크게 2가지로 분류될 수 있는데, 식물 단백질을 기반으로 한 대체육과 가축동물의 동물세포를 이용해 제조되는 배양육(Cultured meat)입니다. 식물 기반 대체육은 많은 원가절감과 함께 맛과 식감 증진을 달성하여 현재는 햄버거 패티와 같은 다짐육 형태로 판매되고 있습니다. 하지만 스테이크와 같은 형태의 육류 덩어리는 식물 기반 대체육보다는 배양육에 의해 달성될 것이라고 예상되고 있습니다.
배양육 제조 프로세스는 기본적으로 동물세포 배양을 위한 배지제조, 세포의 대량생산을 위한 세포증식, 근육 및 지방세포와 같은 각 구성세포로의 분화 및 육류형태로의 조직화 등으로 분류할 수 있습니다. 현재로서는 각 프로세스의 기술 수준이 상업화 수준까지 달성되지 않았기 때문에 이에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있으며, 특히 원가에 많은 영향을 미치는 배지제조 및 세포증식 영역에서는 스타트업이나 기 산업체들에서 집중하고 있고 조직화 영역에서는 주로 대학 및 연구소에서 조직공학 연구실들에서 활발히 이루어지고 있습니다. 배양육 조직화를 위한 여러 가지 조직공학적 방법들을 적용할 수 있는데, 식용 소재로 이루어진 스캐폴드에 3차원 배양, 세포 시트(Cell sheet)의 적층, 3D 세포 프린팅 등이 있습니다.
본 연구에서는 각 세포조직화에 있어 공간적 조절이 용이한 3D 세포 프린팅을 이용하여 배양육 조직화를 하고자 했고, 특히 최근에 3D 세포 프린팅의 새로운 방식인 서포팅 배스 기반 3D 세포 프린팅(Supporting bath-assisted 3D cell printing, SBP)을 이용하고자 했습니다 (그림. 1a). 서포팅 배스는 주로 벌크 수화젤 혹은 수화젤 입자로 이루어져 있으며 세포프린팅을 할 때 건조의 발생이나 프린팅 잉크의 형태 유지의 이점으로 인해 최근 조직공학 분야에서 많은 적용연구가 진행되고 있는 방법입니다.
SBP를 토대로 프린팅 배스 내에 힘줄조직을 모사하는 영역을 가지는 Tendon-gel integrated bioprinting (TIP) 방식 (그림. 1b)을 개발하였고 이 방법을 사용하여 근육, 지방, 혈관 섬유조직을 만들고 이를 결합하여 스테이크 형태를 갖춘 조직을 제작하였습니다 (그림. 1c). 아직 대량생산, 식용소재 사용, 조직감 확보 등의 해결해야 될 부분들이 남겨져 있지만, 배양육 조직화를 위한 새로운 접근방법을 제시함으로써 추후 배양육의 상업화를 가속할 것으로 기대됩니다.
그림. 1 (a) 서포팅 배스 기반 3D 세포 프린팅(Supporting bath-assisted 3D cell printing, SBP)을 이용한 스테이크 배양육 제조의 모식도
(b) 힘줄 조직을 모사한 Tendon-gel integrated bioprinting 모식도
(c) 실제 와규 스테이크의 구조를 모사한 근육, 지방 및 혈관 섬유조직으로 이루어진 배양 조직체
배양육 연구를 시작하면서 여러 가지 접근법을 고려하고 시도하는 와중에 많은 실패를 겪었던 것 같습니다. 특히 실험이라는 것이 항상 모든 통제가 가능한 범위에서 가능한 것은 아니었습니다. 세포실험은 근본적으로 무균환경에서 진행되어야 하지만 제한된 자원으로서 기존에 있던 3D printer를 사용해야 했고 이 경우에 공기 중에 노출되는 경우가 많았으며 오염문제가 빈번하게 있었습니다. 한번은 세포를 대량으로 사용하여 많은 조직을 한 번에 세포 프린팅을 하고 배양한 샘플이 오염으로 인해 전부 버려야 했던 상황도 있었습니다. 실패들로 인한 어려움이 있었지만 실패할 때 마다 적어도 하나씩 개선점을 찾고자 했기 때문에 결국에는 소기의 목표를 달성할 수 있었다고 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 일본 오사카대학 공학연구과 응용화학전공의 마츠자키 교수님 연구실에서 진행되었습니다. 오사카 대학은 오사카부 내의 도요나카, 미노, 스이타 지역에 캠퍼스를 가지고 있으며, 공학연구과는 스이타 캠퍼스에 위치하고 있습니다. 보통의 응용화학과에서 다루는 물리화학, 유기합성, 고분자 합성 등등의 연구와는 달리 마츠자키 교수님 연구실에서는 조직공학, 약물 개발을 위한 체외 세포모델 제작, 배양육, 항암치료를 위한 약물전달 기술 개발의 주제로 많은 박사후연구원 및 학생들이 연구에 매진하고 있습니다. 또한 다케다제약, TOPPAN, 기린, 시마즈 제작소와 같은 유수의 기업들과도 협업하여 재생의학의 실용화를 위해 연구하고 있습니다. 보다 구체적인 연구결과들은 연구실 홈페이지 (http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~matsusaki-lab/) 확인할 수 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
대학원을 입학하고 박사 후 연구원까지 연구를 할 수 있었던 것은 본인의 의지도 있었겠지만, 기본적으로 사회의 많은 지원이 있었다고 생각하며 그렇기 때문에 연구를 할 수 있다는 것 자체가 남들과 다르게 사회로부터 혜택을 받는 것이라고 생각합니다. 또한 인류의 지식체계에 새로운 지식을 추가한다는 점은 또 다른 특별한 자부심이 될 수 있다고 생각합니다. 물론 앞선 저의 연구가 자연과학 측면에서 특별한 과학적인 발견을 하는 것은 아니었고, 단순한 공학적 발명연구에 대해 부정적인 시각을 가졌을 때도 있었던 것 같습니다. 하지만 본 연구를 진행하는 와중에 산업계의 연구원 분들과 협업을 하면서 느끼는 점은 산업계에서는 하지 않을 도전적인 발명연구를 학교나 연구소에서 시도하고 그것들이 성공했을 때 산업적으로 새로운 길을 보여줄 수 있다는 점을 느낄 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제가 연구하는 분야는 넓은 범위에서 말하자면 줄기세포를 포함하는 포유류세포를 사용하여 의학 쪽에 적용하는 재생의학이라고 할 수 있습니다. 이러한 재생의학에는 생물학적 지식뿐만 아니라 기계, 전자, 화학, 재료와 같은 공학적 지식도 폭넓게 필요할 수 있습니다. 따라서 본인의 연구분야에 대한 깊은 지식과 함께 타분야에 대한 관심과 기초지식을 공부하는 것이 필요합니다. 따라서 항상 새로운 분야에 대한 관심을 유지하는 것이 중요하다고 생각합니다.
다른 하나로 이야기해주고 싶은 것은 협업 그리고 네트워크에 대한 부분입니다. 저를 비롯한 한국의 학생들은 주로 혼자 공부하는 것에 익숙하고 혼자 연구하는 것에 익숙하다고 생각합니다. 하지만 실제 연구에 있어서 보다 더 사회에 기여할 수 있는 결과를 내기 위해서는 여러 분야의 전문가들과 협업하는 것이 필수적이고 이를 위한 네트워크를 형성하는 것이 또한 추후 진로에 있어서 매우 중요하다고 생각합니다. 이를 가장 잘 실현할 수 있는 방식은 바로 세미나 혹은 학회에서 많은 질문을 하는 것입니다. 어리석은 질문이라도 하지 않는 것보다 낫고 그러한 질문들에 대한 답들이 보다 더 기억에 남는 지식이 되고 한편으로는 네트워크 형성에 시발점이 될 수 있을 것입니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
앞선 연구결과까지는 학계에서 주로 연구를 했지만, 현재는 기업에서 연구실에서 직접 연구를 하는 것이 아니라 연구기획 분야에서 오픈이노베이션과 같은 업무를 하려고 하고 있습니다. 지속가능한 미래를 만드는데 필요한 배양육과 같은 연구들을 가속하는데 협업이 굉장히 주요하고 이러한 협업을 중계하여 연구 가속화에 기여하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
앞서 언급한 것과 같이 연구를 하는 것 자체가 많은 사람들의 도움을 받는 것이고 그 안에서 나름의 결과가 나왔다는 것 또한 주변 사람 혹은 동료들로부터 많은 도움을 받았다는 의미일 것입니다. 저 또한 마찬가지라고 생각하며 사랑하는 우리 가족과 제가 연구활동을 하면서 도움을 주셨던 선후배, 동료, 지도교수님들에게 감사의 말씀 전하고 싶습니다.
#배양육
#3D 프린팅
#세포배양
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