한빛사 인터뷰
- 등록2023-02-09
- 조회2,130
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
세포는 인체의 모든 생리적 기능을 담당하는 복잡한 bio-machine입니다. 그렇기 때문에 생물학적으로 세포의 성장, 분열, 분화와 사멸 등 주요 거동들을 분석하는 것은 다양한 질병과 손상된 조직의 치료를 위해 매우 중요합니다. 현재 많은 연구자들이 세포 내 복잡한 생화학적 현상들을 연구하기 위해 PCR분석, RNA 시퀀싱 그리고 면역염색이나 유세포 분석과 같은 다양한 분자생물학적 기법을 이용하고 있습니다. 최근에는 세포 내/외에서의 다이나믹한 변화를 실시간 비표지/비파괴 분석을 하기 위해 라만분광법 (Raman spectroscopy), 임피던스 기반 세포분석 (Electric cell-substrate impedance sensing)과 전위차 분석 (potentiometric analysis) 등 다양한 분석 기법들이 연구되어져 오고 있습니다. 그 중에서, 10여년 전에 처음으로 소개된 세포 기반 전기화학적 분석법 (cell chip)은 전극 표면 상에 부착된 세포에 대한 산화/환원 상태를 직접적으로 분석이 가능한 기술이기에, living cell의 산화환원 신호는 전기화학적 탐지를 통해 정량적으로 정밀한 측정과 분석이 가능합니다. 그렇기에 최근에는 해당 기술을 기반으로 전기화학적 신호의 강도에 따른 2차원 혹은 3차원의 다양한 종양 모사모델 약물스크리닝 연구가 진행되었습니다. 하지만 그동안 세포로부터 발생되는 신호의 주요 원인이 밝혀지지 않았기에 줄기세포 분화나 세포 내 복잡한 생화학적 현상들을 분석하는 등 이의 응용기술에 대한 한계가 존재했습니다.
이러한 한계를 극복하기 위하여, 본 연구에서는 세포 내 산화/환원 신호의 주요 원인으로 adenosine triphosphate (ATP)를 생성할 때 발생하는 metabolic reaction임을 처음으로 밝혀냈습니다. 더불어, 본 연구에서는 크게 세포 내 에너지 공장이라 불리는 미토콘드리아의 전기화학적 신호 탐지 및 다양한 신호 후보물질들에 대한 분석, 주요 에너지 대사 과정에 관여하는 복합체들의 활성과 전기화학 신호의 상관관계를 성공적으로 확인하였습니다. 이러한 발견에 기반하여, 세포 대사를 증폭시켜 신호의 차이를 극명하게 한 다음, 대사적으로 차이가 나는 현상을 활용할 수 있는 방법으로도 사용하면 매우 좋겠다는 생각을 했습니다. 그래서 세포 활성 전해액 (MAC, Metabolic Activation Cocktail)을 개발하여 이를 활용한 전기화학적 세포 신호 증강 및 다양한 암세포에 대한 대사 항암제 고속 약물스크리닝 및 간엽줄기세포(Mesenchymal stem cell)의 다분화능(multipotency)에 대한 구분과 검증을 성공적으로 진행하였습니다.
본 연구를 통해 처음으로 밝혀진 세포 내 산화/환원 신호의 원인을 기반으로, 분화 기간 동안의 다양한 줄기세포 (유도만능줄기세포, 간엽줄기세포, 배아줄기세포) 대사 분석 등을 포함하여 환자유래조직 및 오가노이드 분화에도 활용될 수 있어 그 범용성과 확장 가능성이 매우 높은 빠르고 쉬운 정밀한 분석 기술로서 자리매김할 것으로 기대됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 중앙대학교 융합공학부 바이오메디컬공학전공 김태형 교수님 지도 하에 진행되었으며, 제가 소속된 바이오-나노공학 및 센싱 기술 연구실 (https://bestlaboratory.wixsite.com/best)은 전기화학 기반 세포 신호 분석 기술/플랫폼 개발 연구와 함께 나노/마이크로 구조체 제작 기술을 이용한 줄기세포 거동 제어 및 분화 모니터링 용 플랫폼 개발 연구, 그리고 3차원 세포/조직 배양 기술 및 약물 스크리닝 기술 개발 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 다양한 분야의 연구 및 의료기관, 대학기관과 협력하여 체내 조직 및 장기 모사 오가노이드 평가용 플랫폼 개발 연구도 함께 활발히 진행되고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이 연구를 기획하고 시작한 것이 2020년이었는데, 출판이 2023년에 되었으니 거의 3년이 넘게 걸린 프로젝트 같습니다. 이 프로젝트를 통해 ‘어려움과 시련이 클수록, 그 후에 얻어질 결실은 크다’라는 것을 배울 수 있었습니다. 사실 첫 8개월 정도는 아무런 결과도 얻지 못하여 정말 포기하고 싶을 만큼의 큰 시련이 있었지만, 프로젝트에 적극적으로 참여해준 동료들과 김태형 교수님께서 진심으로 응원해주시고 지도해주신 덕분에 좋은 결실을 맺을 수 있었다고 생각합니다. 이 프로젝트를 진행하면서, 하나의 결과물은 혼자가 아닌, 함께 하는 동료들의 도움과 응원, 그리고 간절한 마음으로 행하는 것의 결과라고 느낄 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
어떠한 일이든 쉬운 길이 없겠지만, 연구라는 길은 더욱 그러한 것 같습니다. 매번 예상하지 못했던 결과와 좌절을 하게 되면서 슬럼프에 빠지기 쉽기 때문입니다. 하지만 너무 멀리보기 보다는, 현재에 충실하고 ‘내가 할 수 있는 것과 할 수 없는 것을 뚜렷하게 구분하여 할 수 있는 것에 집중하자’는 마음이 가장 중요하다고 생각합니다. 그렇게 한다면, 지난 주 그리고 한 달 전의 나를 돌아봤을 때 발전된 모습을 스스로 발견하여 그러한 슬럼프에 빠지지 않고 열정의 원동력이 될 수 있기 때문입니다. 그렇기에 이 분야로 진학하고자 하는 후배분들과 현재 종사하고 계신 분들도 현재 목표를 세우고 내가 할 수 있는 일부터 하며, 즐겁게 연구하셨으면 좋겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
전기화학탐지 기술 기반으로 다양한 세포로의 분화 및 3차원 장기 모사 오가노이드에 대한 센싱 기술 연구를 이어 나가고자 합니다. 앞으로는 계획하였던 다양한 연구들을 실행해 나가며, 줄기세포공학 분야 발전에 기여할 수 있는 연구자가 되고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
먼저, 함께 늘 동행해주시는 하나님께 감사드립니다. 그리고 프로젝트를 진행하는 동안 끝까지 저를 신뢰하며 지도해주신 중앙대학교 김태형 교수님께 진심으로 감사의 말씀드립니다. 또한, 본 연구에 큰 도움을 준 창대와 끝까지 응원을 해준 랩원들에게도 고맙다는 말 전하고 싶습니다. 끝으로, 제 삶을 응원해주시고 기도해주시는 부모님과 여동생, 그리고 김혜민 양에게도 인터뷰를 통해 감사의 마음을 전하고 싶습니다.
#Biotechnology
#Cell Biology
#Biophysics
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