한빛사 인터뷰
- 등록2023-02-09
- 조회1,994
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
힘줄 또는 인대는 수분 함량이 60-80%인 연질 콜라겐으로 구성되어 있으나 선형의 콜라겐 섬유가 다발성으로 배열된 고유한 구조로 인해 높은 기계적 물성과 우수한 피로 저항을 나타냅니다. 또한 힘줄과 뼈와의 계면은 세포와 조직의 복잡한 구성에 기인한 특유의 높은 접착력을 가집니다. 힘줄의 높은 뼈 접착성과 높은 기계적 물성을 동시에 모사하는 생체 소재를 구현하는 것은 그동안 매우 어렵다고 알려져 왔습니다. 본 논문의 주요 재료인 하이드로겔은 대표적인 생체 적합성 소재로 높은 수분 함량으로 인해 바이오 분야에 많이 이용되고 있는 물질입니다. 그러나 기존의 하이드로겔은 쉽게 파괴되는 매우 낮은 물성을 가지고 있어서 힘줄을 모사하기에는 기계적 물성의 한계가 있었습니다. 또한 하이드로겔을 이용하여 뼈-힘줄 간 계면의 강한 접착력을 모방한 전례가 없었습니다.
이번 논문에서 저는 인장력이 우수한 하이드로겔에 접착력이 있는 고분자를 도입하고 추가적인 기술을 적용하여 최종적으로 힘줄의 선형 구조, 우수한 기계적 물성, 높은 뼈 접착력을 동시에 가지는 힘줄 모방 고강도 하이드로겔을 개발하였습니다. 향후 후속 연구를 통해 하이드로겔 물성이 생체 내에서 장기간 안정적으로 유지되는지를 검증하여 힘줄, 인대 치료 분야 및 근골격계 인공조직의 새로운 대안이 되기를 기대합니다.
본 연구 과정에서 생긴 에피소드라고 하면 실험 과정 내내 가장 저를 힘들게 했던 “뼈 손질하기”가 아닐까 싶습니다. 개발한 하이드로겔의 뼈 접착성을 알아보고 다양한 조건을 실험하기 위해서는 매우 많은 수의 뼈가 필요했고 유기물의 특성상 미리 손질해 놓을 수 없기 때문에 매번 실험에 필요한 양만큼 손질해야 했습니다. 뼈에 붙어 있는 부산물을 제거하고 세척한 뒤 전기톱을 사용해 원하는 사이즈로 뼈를 절단하였습니다. 여자의 힘으로 단단한 뼈를 자르기가 여간 힘든 일이 아니었기 때문에 뼈를 손질하고 나면 늘 근육통에 시달리기 일쑤였습니다. 연구를 하며 전기톱으로 뼈를 직접 절단하게 될 거라고 입학 전의 저는 알았을까요? 웃픈 에피소드이지만 힘든 과정이 있었으나 좋은 결실을 맺을 수 있어 뿌듯합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
제가 소속되어 있는 성균관대학교 화학공학과 김재윤 교수님 산하의 나노생체재료 연구실은 나노입자, 다공성 소재, 하이드로겔의 합성과 항암백신, 면역치료, 약물전달, 생체모사 등 바이오 메디컬 연구를 진행하고 있습니다.
구체적으로 항암백신 및 면역치료 파트에서는 암, 자가면역질환 및 전염병 치료를 위한 시스템을 개발하기 위해 약물 전달 개념을 기반으로 면역반응을 촉진하고 조절하는 다공성 나노입자, 금속 산화물 나노입자, 하이드로겔, 3D 스캐폴드를 포함한 다양한 물질 개발 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 물질들의 물리화학적 특성을 제어함으로써 면역 활성화, 항염증 및 숙주 세포 조절과 같은 역할을 제공해 줍니다.
약물 및 세포 전달 파트에서는 나노 생체 물질의 본질적인 촉매 및 물리적 특성을 기반으로 다기능 나노 입자를 합성하고 효소 모방, on-demand 전달, 분자 이미징에 대한 생체 의학 응용을 위해 연구합니다. 또한 생체 물질을 통해 암의 세포 미세 환경과 면역 체계를 제어하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.
생체 모방 재료 파트에서는 기능성 나노입자와 다양한 폴리머 네트워크를 결합하여 조직 공학, 약물 전달 및 생체 작동에 적용할 수 있는 뛰어난 강도, 인성, 및 신축성을 가진 자연에서 영감을 얻은 하이브리드 소재를 설계 및 개발하는 연구를 진행하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구를 하면서 가장 크게 느낀 점은 “연구자는 올라운더가 되어야 한다” 입니다. 연구를 하면서 연구 활동에 관련된 부분뿐만 아니라 각종 사무업무, 협업을 위한 커뮤니케이션 스킬, 심지어 포토샵, 3D blender, 동영상 편집 등 다양한 분야의 실력을 향상해야 했습니다. 처음에는 벅차고 힘들었지만, 점점 다재다능 해져가는 저 자신을 보며 고생한 보람을 느꼈고 스스로에 대한 자부심이 커졌습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
생체 재료 분야는 질병 치료뿐만 아니라 인간의 삶의 질을 향상하는데 기여할 수 있는 매력적인 연구 분야입니다. 현재 학계에서도 매우 각광받고 있으며 저희 연구실에서도 생체 재료 관련 논문들이 저명한 학술지에 지속해서 게재되고 있습니다. 생체 재료는 다양한 분야로 적용이 가능하여 향후 산업체에서도 전망이 좋을 것으로 기대됩니다.
당장 눈앞을 보기보다 먼 미래의 가치를 바라보며 연구에 임하시면 좋은 연구성과와 더불어 훌륭한 연구자가 되실 수 있을 것입니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
남은 기간 동안 본 논문의 후속 연구를 통해 하이드로겔의 물성을 보다 증대시키고 물성이 생체 내에서 장기간 안정적으로 유지되는지 검증하여 실제 응용 가능성을 확인할 예정입니다. 더 나아가 그동안의 연구를 기반으로 연구소나 산업체에서 폭넓은 연구를 진행하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
10년이라는 긴 기간 동안 제가 바른 연구자로 성장할 수 있게 물심양면으로 지도해주신 김재윤 교수님께 감사드립니다. 박사과정 때 시작하여 우여곡절 끝에 포닥 3년 차에 좋은 결과로 마무리 지을 수 있었던 건 모두 교수님 덕분입니다. 그리고 언제나 곁에서 힘이 되어주는 현, 전 모든 연구실 식구들에게도 감사의 말을 전합니다. 앞으로도 꾸준히 그리고 열심히 연구에 정진하여 모두에게 귀감이 되는 훌륭한 연구자가 될 수 있도록 노력하겠습니다.
#Adhesive hydrogel
#Artificial tendon
#biomaterials
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