한빛사 인터뷰
- 등록2022-10-11
- 조회1,819
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
생체소재 분야는 최근 다양한 질환 모델에 적용할 수 있는 적합한 소재 개발을 위해 많은 연구가 진행되고 있습니다. 이번 연구는 뇌종양 중 가장 악성인 교모세포종을 조직체로 배양할 수 있는 장기칩을 개발하였고 솜사탕 기계의 원리를 적용한 모세혈관 구조체가 담긴 하이드로 겔 칩에 환자 유래 종양 조직을 배양한 연구입니다. 연구를 위해 연세대학교 신경외과 뇌종양이행성연구실 강석구 교수님 연구진과 협업하여 뇌종양 환자 조직을 활용해 칩에 배양하고, 약물 스크리닝을 할 수 있는 교모세포종 미니어처를 개발하였습니다. 더 나아가 환자 암줄기세포 유래 나노소포체를 제작하여 항암제를 탑재해 미니어처 칩 내부에서 모세혈관 구조체를 따라 움직이는 줄기세포를 선택적으로 표적치료 할 수 있는 기술을 개발하였습니다.
그림1. 뇌종양 미니어처 칩 활용 모식도
교모세포종 환자는 외과적 수술 이후 3-4주 이내에 방사선 및 항암 치료를 시작해야 합니다. 환자 맞춤형 치료를 위해 환자 유래 세포배양, 오가노이드 배양 등 다양한 기술이 개발되었지만 항암 테스트를 위해 2개월 이상 소요되며 이는 현실적으로 환자에게 바로 적용하기가 어려운 한계가 있습니다. 또한 조직에서 분리되어 배양되는 세포는 시간이 지나갈수록 유전자 발현이 변화되어 환자의 반응성을 정확히 예측하는데 한계가 있습니다. 하지만 교모세포종 미니어처는 환자 조직 자체를 배양할 수 있음으로 세포 분리가 불필요 하여 조직내 다양한 세포를 보존할 수 있고, 순수한 환자의 세포외 기질을 반영하며, 배양 7일 이내에 약물 스크리닝을 적용할 수 있음으로 환자 맞춤형 치료에 더욱 적합한 기술입니다.
연구팀은 미니어처에서 장기간 배양을 진행하면 종양 줄기세포가 칩 내부의 모세혈관 구조를 따라 이동하는 것을 확인하였습니다. 뇌종양 환자의 생존율이 낮은 이유는 종양 줄기세포의 이동으로 인한 전이 때문입니다. 따라서 환자 유래 종양 줄기세포를 표적 하여 치료할 수 있는 기술을 개발하였고, 항암제와 동시에 처리하였을 때 종양 사멸을 가장 극대화할 수 있었으며, 항암제 내성을 가진 환자에게도 치료효과를 확인할 수 있었습니다.
환자 조직 배양 기술은 교모세포종 뿐만 아니라 외과적 수술이 요구되는 다양한 질환 모델에 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 막대한 시간과 비용이 요구되는 기존의 세포 배양 기술보다 빠르고, 경제적이며 정확한 기술로 환자 맞춤형 치료에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대하고 있습니다. 또한 실험 동물을 대체하여 윤리적인 문제, 비용 절감 등을 해소함으로 잠재적 부가가치를 가질 것으로 판단됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 연세대학교 의과대학 의학공학교실, 신경외과학교실 뇌종양이행성연수실에서 주도적으로 수행하였습니다. 응용 연구와 임상의 협업으로 외과적 수술 후 즉각 실험에 적용할 수 있음으로 임상과 연계된 연구에 가장 적합한 환경입니다. 또한 첨단 분석 장비와 아시아 최대의 동물 실험 시설을 갖춘 에비슨의생명연구센터는 가장 효율적이고 진취적인 연구를 하기에 가장 적합하다고 생각합니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구 생활이 진행될수록 지식의 폭이 좁아지는 경험을 하게 됩니다. 따라서 다른 분야, 새로운 기술을 가진 사람들과 협업하는 것이 매우 중요하다고 생각됩니다. 어떤 문제를 발견하였을 때 이를 해결하기 위해 개인의 전공 지식을 바탕으로 여러 분야의 사람들과 의견을 나누다 보면 새로운 돌파구를 찾을 수 있는 것 같습니다. 또한 나의 실험 결과와 데이터를 믿고 설명하기 위해 노력하는 것이 중요하다 생각되었습니다. 특히 예상과 다른 결과가 도출되었을 때 반복적인 실험과 재현성도 중요하지만 예상치 못한 결과를 통해서 얻을 수 있는 새로운 의미를 발견하는 것도 연구의 큰 매력인 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
생체 재료, 장기 칩 분야에도 정말 다양한 연구 방향, 기술이 적용됩니다. 개인 적으로 환자에게 적용할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발하기 위해 노력하는 연구실에서 정말 많은 것을 배울 수 있다고 생각됩니다. 기초연구부터 차근차근 개발하고, 정립된 기초 연구를 바탕으로 여러 질환 모델과 치료에 적용해보고, 충분한 경험을 쌓을 수 있는 연구를 수행하는 연구가 향후에 많은 도움이 되는 것 같습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
다음은 간암칩을 개발하고자 합니다. 환자 유래 간암 배양이 다른 암종에 비해 어려운 편이고, 마우스 동물 모델도 제작이 어렵습니다. 하지만 간암은 국내 암 환자 사망률 1~2위에 속하는 발병율도 높은 암임으로 극복해야할 과제중 하나입니다. 현재 학과 세부 전공으로 생체재료 뿐만 아니라 유전체정보학을 공부하고 있어 생체재료 분야에 새로운 기술을 도입하여 더 정확한 분석을 수행하고자 노력할 것입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
모두가 계획대로 살 수 있는 삶은 아니지만 지나고 나면 모두 좋은 추억이 되는 것 같습니다. 지나간 4년, 앞으로 n년을 함께할 저의 지도교수 성학준 교수님께 늘 감사드리며 매번 저의 부족한점을 채워주시는 유승은 박사님, 임상과 연구실을 이끌어가시는 강석구 교수님, 훌륭한 임상의로 성장하실 윤선진 선생님, 그리고 이번 연구에 적극적으로 참여해주신 모든 공저자 여러분, 그리고 의학공학교실 식구들에게 감사의 말씀을 올립니다.
마지막으로 멀리서 늘 기도와 응원으로 힘이 되어주는 사랑하는 가족에게 늘 감사합니다.
#Biomedical Engineering
#Biomaterials
#Cancer therapy
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