한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
성공적인 치과 임플란트 치료를 위해 가장 중요한 것은 잇몸뼈(치조골)의 상태인데, 뼈가 튼튼하지 않거나, 양이 부족한 경우에는 골 이식을 필요로 하며, 상태가 더욱 안 좋을 경우에는 골 이식을 하더라도 임플란트 식립이 어려운 상황이 발생하기도 합니다. 골 유도 재생술(guided bone regeneration, GBR)은 뼈가 자랄 수 있는 공간을 확보함과 동시에 피부세포와 같은 골 세포 이외의 세포들이 뼈의 결손 부위에 접근하는 것을 차단함으로써, 다른 세포의 방해 없이 뼈를 자라게 할 수 있어 치과 임플란트 영역에서 널리 사용되어 왔습니다. 하지만, 골 결손부의 형태에 따라 차폐막을 통한 세포 차단만으로는 골 재생의 속도를 획기적으로 높일 수 없기 때문에, 골양/골질이 부족한 환자의 확실한 임플란트 성공이나 치료기간 단축을 보장하기에는 아직까지 많은 한계점이 있는 기술이기도 합니다.
이번 연구에서는 티타늄 계열의 비흡수성 차폐막에서 연조직 세포는 차단하는 동시에 줄기세포를 포함한 뼈 전구세포를 끌어당기고, 이후 탑재된 골형성단백질 (BMP-2)을 지속성 있게 방출함으로써 골 재생을 획기적으로 높일 수 있는 임플란트용 차폐막 코팅을 개발하였습니다. 특히, 개발된 코팅을 설치류의 두개골 결손 모델에 도입하여 약 2배 이상 빠른 골 조직 재생을 유도하는 전임상 효능을 성공적으로 확인함으로써, 실질적인 골 유도 재생술 가능성을 보였다는 점에서 의미가 크다고 할 수 있습니다.
< 홍합단백질 기반 골 유도 재생용 차폐막 코팅 개발 모식도 >
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
바다에 서식하는 홍합은 접착단백질을 분비하여 바닷속의 다양한 표면에 부착하여 생활하는데, 이 단백질은 강한 수중 접착력과 생체적합성을 지니므로 의료 분야에서 각광받고 있는 생체 접착 소재입니다. 이번 연구를 포함하여, 제가 박사과정과 박사후연구원 과정 동안 연구를 수행했던 포스텍 분자생명공학연구실 (MAGIC Lab.)은 주로 대장균 발현 시스템을 통해 재조합 홍합단백질과 같은 유용 단백질을 대량생산하여 의료분야에서 유용한 바이오신소재로서 실생활에 직접적으로 활용하기 위한 연구를 이어 나가고 있습니다.
저는 2020년 3월부터 경북대학교 융합학부 의생명융합공학과 지능형생체재료연구실 (Intelligent Biomaterials Lab. IBML)의 연구책임자이자 지도교수로서 10여 명의 대학원생들과 함께 의료용 생체재료 개발 및 줄기세포/조직공학 분야 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 생체 유래의 자극감응성 단백질 생체소재를 기반으로 마이크로/나노입자 혹은 하이드로젤 등으로 제형화하여 항암/항균 나노치료제 및 조직재생을 위한 오가노이드 개발을 주된 목표로, 스마트 헬스케어 및 정밀의료를 현실화하기 위한 학제간 융합연구를 진행 중에 있습니다.
한편, 이번 연구는 보건복지부에서 지원하는 보건의료기술개발사업의 일환인 <치의학 의료기술 연구개발사업>, 농림축산식품부에서 지원하는 <고부가가치 식품기술 개발사업>의 지원을 받아 수행되었습니다.
< 포스텍-경북대-고려대 안암병원 공동연구팀 >
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
인류의 삶, 건강에 직접적으로 영향을 끼칠 수 있는 생명공학, 생체재료공학, 조직공학 분야를 연구하고 있다는 것은 큰 자부심과 뿌듯함을 안겨주면서도 한편으로는 실험 한 번, 디스커션 한 마디를 진지하게 임해야겠다는 책임감도 들게 하는 것 같습니다. 특히 실생활에 적용할 수 있는 연구와 functional한 idea를 중요시하셨던 지도교수님이신 차형준 교수님께 배운 경험들을 기반으로, 앞으로도 화학공학 기반의 의생명공학이라는 큰 틀 안에서 이러한 철학을 잘 이어 나가고 싶습니다. 실제로 임상 환경에서 쓰일 수 있는, 그러면서도 지금까지는 없었던 새로운 연구를 해보자는 저의 비전에 공감해주고 열심히 노력하며 조금씩 성장하는 연구실 학생들을 보면서 연구자로서 자부심과 보람을 느낍니다.
< 경북대학교 지능형생체재료연구실 (http://ibm.knu.ac.kr) >
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제가 연구하고 있는 생체재료 기반의 조직공학/재생의료 및 의생명공학 분야는 앞으로의 미래 사회가 주목하는 바이오 융합공학의 대표적인 예시로 볼 수 있을 만큼 생물공학, 화학공학, 재료공학, 고분자공학 등 굉장히 다양한 분야가 연관되어 있습니다. 물론 한 편의 논문을 완성하는 데 필요한 연구기간이 상대적으로 길고, 여러 분야의 지식을 알아야 하기 때문에 많은 노력도 필요합니다. 하지만 소재 설계, 제형화, 재료 특성 분석, in vitro 실험, in vivo 동물실험 혹은 임상과 관련된 승인 절차나 샘플 획득까지 폭 넓은 과정을 마치고 난 후의 수확은 이루 말할 것 없이 크게 느껴졌던 기억이 있습니다. 가장 중요한 것은 본인 스스로의 동기부여와 끈기라고 생각합니다. 흥미만 충분하다면 무엇보다 연구를 중심으로 넓은 활로를 찾을 수 있는 분야가 될 수 있을 것입니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
본 연구가 홍합단백질을 기반으로 임플란트의 골질이나 골량이 부족한 경우 골재생유도술 과정에서 효율적인 차폐막 코팅을 개발하여 골 재생을 촉진하였다면, 향후에는 <치의학 의료기술 개발사업>의 일환으로 인체 외부 자극에 반응하여 골 재생을 위한 활성인자를 방출하는 나노 약물 전달체 개발 방안을 모색할 것입니다. 원하는 시기에 필요한 활성인자를 전달할 수 있다면 좀 더 정확한 임플란트 치료를 기대할 수 있을 것으로 기대하고 제 연구실 학생과 함께 후속 연구를 진행 중에 있습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
항상 연구의 길에서 롤모델이 되어 주시는 지도교수님이신 차형준 교수님, 이번 연구뿐 아니라 10여 년째 저를 밀고 당겨 주고 계시는 고려대학교 전상호 교수님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 오랜 연애 끝에 드디어 같이 가정을 꾸리게 된 사랑하는 아내와 아빠, 엄마, 장인어른, 장모님께도 감사의 말씀 전합니다. 언제나 저를 믿고 열심히 따라와주는 자랑스럽고 든든한 IBML 연구실 제자들에게도 애정과 고마움을 표합니다.
#생체재료
#조직공학
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