한빛사 인터뷰
- 등록2022-12-09
- 조회2,690
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
만능줄기세포(pluripotent stem cell)은 자가 무한 증식(self-renewal)이 가능하고 만능성(pluripotency)로 인해 모든 조직의 세포로 분화할 수 있는 세포를 말합니다. 이는 배아발생연구와 줄기세포를 이용한 재생의학 및 줄기세포 치료연구에 널리 활용되고 있습니다. 이러한 만능줄기세포는 설치류와 인간을 포함한 척추동물로부터 분리가 가능하며 특히, 초기 마우스 발달과정에서의 배아줄기세포는 공간적 및 시간적 요인에 따라 2가지 상태의 고유 특성을 갖게 됩니다. 이는 착상 전 배반포(blastocyts)의 내세포집단(inner cell mass)로부터 분리된 것을 나이브(naive) 상태, 착상 후의 배반엽상층(epiblast)으로부터 분리된 것을 프라임드(primed) 상태라 불립니다. 나이브와 프라임드 상태는 분화능을 포함한 다양한 측면에서 기능적, 분자적 차이를 나타내고 있는데, 특히 프라임드 상태와 비교하여 나이브 상태는 배반포에 키메라(chimera) 마우스를 발생시키는 과정에서 발생 초기에 관여하고, X염색체 불활성화, 분화 유전자 제어를 더 유지한다고 알려져 있습니다. 이는 분화 과정에서 발생하는 후성적인 특성을 완전히 제거한 단계로 가정할 수 있기에 기능적인 측면으로, 나이브 상태는 프라임드 상태에 비해 분화 자극에 대해서 보다 효율적으로 반응할 수 있습니다.
그렇기에 최근 많은 연구자들이 나이브와 프라임드 상태의 상호전환연구, 체세포 기반 리프로그래밍 연구, 그리고 마커 유전자의 발현정도 등을 통한 나이브와 프라임드 상태를 구분하기 위해 노력하고 있습니다. 그러나, 나이브와 프라임드 상태가 잘 구분되었는지 확인하기란 매우 어렵습니다. 무엇보다, PCR이나 면역염색법 등 다양한 분자생물학적 기법을 이용하여 성공적으로 상태를 구분하였다 하더라도, 결국 이러한 기법을 활용하기 위해서는 세포를 고정화 하거나 용해시키는 과정이 반드시 필요하므로, 분석이 끝난 세포는 결국 활용할 수 없다는 단점이 있습니다.
이러한 사실에 기반하여, 세포를 고정화/용해시키지 않고 나이브와 프라임드 상태를 쉽고, 빠르고, 정밀하게 분석 및 탐지할 수 있는 방법이 있으면 매우 좋겠다는 생각을 했습니다.
본 연구에서는 이를 위하여, 나이브 상태는 산화적 인산화 (oxidative phosphorylation), 프라임드 상태는 해당작용(glycolysis)에 의존적이라는 차이에 기반으로 다양한 application 상황 아래에 전기화학적으로 비표지/비파괴 분석 및 탐지 (30초 이내) 할 수 있는 방법에 대해 보고하였습니다. 이러한 연구에서 가장 중요한 점이 바로 나이브 상태와 프라임드 상태가 잘 배양되고 나이브 상태의 세포를 정밀하게 검출해야 하는 것인데, 본 연구에서는 이것을 세포 대사 내 산화·환원 반응 기반을 둔 전기화학 탐지 원리의 칩을 제작하여 적용하였습니다. 이를 바탕으로, 나이브와 프라임드의 혼재된 환경, 상호전환환경, MEF에서 나이브 상태로의 리프로그래밍 등 다양한 application에서의 나이브 배아줄기세포를 성공적으로 탐지하여 보고하였습니다.
앞으로 이러한 기술이 더욱 발전하여, 다양한 줄기세포의 활성이나 분화, 사멸 등을 칩 상에서 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 실용화 기술이 개발되어, 줄기세포를 이용한 다양한 질병을 치료하는 시대가 다가왔으면 하는 바람입니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 중앙대학교 융합공학부 바이오메디컬공학 김태형 교수님 연구실 (https://bestlaboratory.wixsite.com/best)과 서울대학교 약학대학 차혁진 교수님 연구실 (https://chahj72.wixsite.com/snucsl)이 함께 공동연구 프로젝트를 진행하여 완성한 연구입니다. 특히, 제가 소속된 중앙대학교 바이오-나노공학 및 센싱 기술 연구실은 전기화학 기반 세포 신호 분석 기술/플랫폼 개발 연구와 함께 나노패턴 및 복합 나노 물질 기반의 3차원 세포 배양 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는, 체내 조직 및 장기 모사 오가노이드 제작 기술 연구도 함께 활발히 진행되고 있습니다. 바이오와 나노공학을 융합하여 원천기술 및 센서 개발에 주력하고 있기에 다양한 분야의 연구기관 및 의료기관, 대학기관의 협력연구가 아주 활발하게 이뤄지고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
소속된 중앙대학교 김태형 교수님 연구실에 합류한지 3년이 채 안 된 연구경력이 짧은 대학원생이지만, 연구만큼 공평한 것은 없다고 느꼈습니다. 땀을 흘린 만큼, 결과를 얻을 수 있다고 생각했기 때문입니다. 또한 연구과정 속에서 실패와 성공이 공존하겠지만, 간절함과 함께 반드시 해결한다는 신념을 가지고서 노력한다면 그에 상응하는 공정한 결과를 얻을 수 있다고 느꼈기 때문입니다.
그 과정 중에서, 저 또한 힘들고 지칠 때도 있었지만 주변의 좋은 친구이자 동료연구원들과 함께 소통하면서 연구적으로 열정을 잃지 않을 수 있었습니다. 그러면서 슬럼프에서 쉽게 극복할 수 있었고, 연구활동에 큰 자부심과 보람을 느낄 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
다양한 생체재료 및 복합 나노 물질 기반의 전기화학 바이오센서 개발, 줄기세포공학 및 세포 대사 연구에 관심이 있는 학생에게 해당 분야로의 진학을 추천 드립니다.
연구를 하며 누구나 슬럼프가 올 수 있지만, 그 슬럼프에서 쉽게 빠져나올 수 있도록 본인만의 방법은 필요하다고 생각합니다. 저는 감사하게도, 앞서 말씀드렸다시피 슬럼프가 온 시기에 같은 연구실 내에 좋은 친구와 연구원분들과 점심 시간이나 티타임을 활용해 이야기 나누면서 쉽게 빠져나왔던 것 같습니다. 그리고 연구를 하기 전마다 항상 마음 속으로 말하고 시작하는 것이 있습니다. ‘할 수 있다고 믿고 계획대로 하자’입니다. 이는 항상 긍정적으로 생각할 수 있었던 원동력이 되었던 저만의 루틴이자 방법이 되었습니다. 그렇기에 이 분야로 진학하고자 하는 후배분들과 현재 종사하고 계신 연구원분들도 자신감을 잃지 않고 즐겁게 연구하셨으면 좋겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
전기화학탐지 기술을 이용하여 세포 대사 기반의 다양한 세포 및 3차원 장기 모사 오가노이드에 대한 센싱 기술에 대한 연구를 이어 나가고자 합니다. 향후에는, 실용적이고 산업과 사회에 도움이 되는 기술을 소개하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
우선, 항상 나아가는 걸음마다 길을 인도해주시는 하나님께 감사드립니다. 그리고 연구자로 성장하는 길에 올바른 방향으로 항상 지도해주시고 가장 존경하는 중앙대학교 김태형 교수님께 감사의 말씀드립니다. 특히 처음 진행하는 공동 연구였기에 많은 부족함이 있었지만 본 연구를 잘 할 수 있게 새로운 분야에 대한 견문을 넓혀 주시고 깊은 도움을 주신 서울대학교 차혁진 교수님께도 감사의 말씀드립니다. 공동 1저자로 적극적으로 소통하고 연구적으로도 응원해주신 서울대학교 고영현 박사님께도 감사의 말씀드립니다.
저의 좋은 친구들이자 연구에 도움을 준 BEST랩 연구실 식구들인, Intan 누나, 철휘 형, 연우, 희중이, 복남이, 준하, 창대, 민지, 정현이, 형주와 윤식이를 비롯한 저를 응원해주는 선·후배, 친구들에게도 고맙다는 말 전하고 싶습니다. 끝으로, 항상 저를 믿고 제 삶을 응원해주시는 부모님과 여동생에게도 인터뷰를 통해 감사의 마음을 전하고 싶습니다.
#Biotechnology
#Cell Biology
#Developmental Biology
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