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

세포와 세포의 상호작용은 세포 표면 간의 신호 전달 물질을 통한 직접적인 상호작용을 말하며, 생존에 필수적입니다. 세포 간의 상호작용은 성장과 분화, 조직재생, 암의 발생 및 전이 등 다양한 현상에 큰 영향을 미치기 때문에 이를 조절하게 되면 생체 기능의 유지 및 향상, 복원 등을 가능하게 할 수 있으므로 더 나아가 질병 치료에도 효과적입니다. 따라서, 세포 간의 상호작용에 관한 연구는 재생의공학 분야에서 중요한 기반이 됩니다.

세포 간의 상호작용을 이용한 재생의공학 분야 연구에 생체친화적 나노물질인 세포막 유래 나노파티클을 이용한 연구가 현재 많이 진행되고 있습니다. 세포막 유래 나노파티클은 세포를 점차 크기가 작은 필터에 연속적으로 압출함으로써 엑소좀과 유사한 특징을 갖는 엑소좀 모방체를 말합니다. 세포막 유래 나노파티클은 근원세포의 특징과 구조를 유지하여 세포가 함유한 단백질과 miRNA 등을 그대로 이용하되 치료제로서 줄기세포 또는 자가유래 세포 이용시 면역반응 없이 질병 치료에 효과가 있다는 장점이 있습니다. 하지만, 현재 유전자 조절물질을 이용한 분자생물학적 연구로 분야가 제한되어 있으며, 나노파티클이 본래 가지는 구조적 특징을 이용한 연구가 부족합니다.

따라서 본 연구에서는 세포막 구조를 유지하는 나노파티클의 구조적 특징이 세포 간의 물리적 접촉과 junction 단백질 발현 증가를 통해 세포 간의 상호작용을 증가시키고 시킬 수 있는 새로운 특성 연구에 초점을 맞추어 진행되었습니다. 여기에 연골재생과 혈관신생을 통해 암 성장 및 전이에 관여하는 Notch1 신호를 억제할 수 있는 압타머를 더하여 그 효과를 극대화하고, 이를 암 치료 시 암 성장억제와 동시에 후두 연골 보호를 해야 하는 후두암 모델에 적용하여 그 효과를 확인하고자 하였습니다.

본 연구팀은 세포막 유래 나노 파티클의 분자생물학적 연구에서 벗어나 나노 파티클의 구조적 특성이라는 새로운 관점에서 나노파티클 연구를 진행하였습니다. 생체적합성 나노물질이 가지는 세포막 구조는 세포 간의 상호작용 증가와 저산소 환경 유도를 통해 연골재생과 암의 줄기세포능을 증가시켰습니다. 나노파티클이 가지는 암세포의 줄기세포능 증가라는 단점을 보완하기 위하여, 혈관신생 및 연골생성과 암의 성장 및 전이에 관여하는 Notch1 신호를 억제하는 압타머를 접합하여 양면성을 가진 새로운 나노파티클을 개발하였습니다. 본 연구에서 나노파티클의 구조적 특성과 항혈관신생 기전 연구를 통해 새로이 개발된 나노파티클은 암의 성장으로 후두 내 연골을 손상시키는 후두암 모델에서 확인하여 암이 54% 억제되었고, 후두 내 연골은 대조군(Vehicle)에 비해 collagen type2의 발현이 8배 증가하는 효과를 보이므로 치료제로서의 유효성을 입증하였습니다.

앞으로 세포막유래 나노파티클은 본 연구에서 시사한 바와 같이 압타머 접합과 세포막 유래 나노파티클을 응용한 본 플랫폼은 암 내부의 Notch 1 신호를 이용한 치료법으로, Notch1이 관련된 다양한 암의 진단 및 치료 가능성을 가지고 있습니다. 또한, 세포막 유래 나노파티클의 구조적 특징을 이용하여 신호전달 물질을 통한 세포 간의 상호작용을 조절할 수 있다는 점을 이용하여 현재 단백질과 세포 표면의 수용체 간의 또는 세포 간의 상호작용을 기반으로 하는 난치성 뇌∙신경질환의 치료 및 연구에도 응용할 수 있을 것으로 생각됩니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 연세대학교 의과대학 재생의공학 연구실(regenerative medical engineering lab;RME lab)에서 성학준 교수님 지도하에 수행되었습니다. 성학준 교수님께서는 재생의공학 분야를 바탕으로 혈관 연구를 진행하고 계시며 연구에 남다른 열정을 가지고 계셔서 항상 학생들에게 모범이 되시는 분이십니다. RME lab 에서는 교수님의 지도하에 혈관이라는 테마를 중심으로 Shape Memory Polymer(SMP)와 줄기세포 유래 나노파티클, organ-on-a-chip, 3D printing 등의 다양한 기술을 이용하여 질병 진단과 치료에 기여할 수 있는 의료기기와 체외 진단 분석 기술, 치료제 등을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 또한, RME lab은 다양한 기술을 어우르는 융합학문을 진행하는 만큼 폭 넓은 연구를 도전해 볼 수 있으며, 각 분야의 연구자들끼리 서로의 의견을 제시하고, 공유하여 올바른 연구 방향을 설정하여 보다 심도 있는 연구를 진행 수 있는 최적의 연구 장소입니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

앞으로 많이 성장해야 하고 성장하고 싶은 새내기 연구자로서 짧은 시간이지만 학위과정과 연구를 수행함에 있어서, 가장 중요한 것은 용감하되 겸손한 자세를 가지는 것이 아닐까 생각합니다. 연구결과를 도출하고 논문을 완성하기 위해서 많은 우여곡절을 겪었고 난관에 부딪히면서 해결과정이 막막하게만 느껴져 좌절하게 되는 경우가 많았습니다. 하지만, 지금에 와서 돌이켜 보면, 어려움 속에서 해쳐 나갈 용기를 잃지 않고 겸손한 자세로 부족함을 돌아보며 새로운 것들을 하나씩 배우면서 얻는 성취감과 보람이 있었기에 비로소 논문이 완성될 수 있지 않았나 생각됩니다. 논문 완성에 있어서 어떠한 과정도 헛되지 않다는 깨달음과 함께 언제나 열정을 가지고 도전하였던 초심자의 자세로 앞으로도 새로운 도전한다면 성숙한 연구자로 성장할 수 있지 않을까 생각합니다.

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

아직 박사 과정을 진행중이며 빼어나게 똑똑하지 않은 저이기에 조언을 건네기에는 한참 부족하다 생각되어 도움이 되는 말씀을 해드릴 수 있을지는 모르겠습니다. 다만, 남들보다 조금은 늦지만 긍정적인 마인드로 제 꿈을 쫓았던 사람으로서 “자신을 좀 더 아껴주세요” 라고 말씀드리고 싶습니다. 물론 모든 일에서 그렇겠지만 연구를 함에 있어서 내가 나를 믿고 응원해주지 않으면 건강한 연구생활을 지속하는데 어려움이 존재한다고 생각합니다. 특히, 연구과정에서 보람을 느끼지 못하면 더 나은방향으로 나아가기가 힘든 경우가 많기 때문에 스스로를 더 아끼고 응원하여 보람을 느끼고 연구를 진행하다 보면 어떠한 어려움도 잘 헤쳐 나갈 수 있지 않을까 생각합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

석·박사과정을 지속하면서 재생 의공학 분야에 연구를 지속해 오고 있습니다. 현재까지 hydrogel과 nanoparticle을 이용한 혈관 신생에 관련한 생물학적 연구를 진행하였다면, 앞으로는 융합 연구를 진행하는 공학도로서 스펙트럼을 넓히고자 합니다. 생물학적 연구에 생분해성과 생체적합성을 갖는 생체재료를 접목한 연구를 지속하여 인간의 삶의 증진에 보다 도움이 되는 연구를 하는 연구자가 되고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

무엇보다 먼저 제가 연구를 지속하고 결과를 냄에 있어 항상 믿고 지지해 주시며 올바른 길로 이끌어 주시는 성학준 교수님께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 또한, 입학 때부터 부족하고 미숙하지만 꾸준히 바른길로 이끌어 주신 강미란 박사님께도 감사의 마음을 전하고 싶습니다. 앞으로 열심히 노력하여 더 좋은 결과로 보답하겠습니다. 연구실 생활을 하면서 서로 응원해주며 많은 도움을 준 연구실 식구들에게도 고마움을 전합니다. 그리고 이 글을 빌어 학위과정동안 묵묵히 응원해주시고 지지해 주시며 제 삶의 등대가 되어 주시는 부모님께 감사 인사드립니다.

아직 많이 부족한 저이지만 많은 분들의 응원과 도움으로 좋은 결과를 낼 수 있었습니다. 저에게 주신 그 마음, 잊지 않고 다른 분들에게 베풀 줄 아는 좋은 연구자가 되도록 하겠습니다.