한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
재생 의학 분야의 연구는, 손상된 조직의 기능 복원과 임상 적용에 대한 편리한 사용성을 목표로 합니다. 이를 고려할 때, 점착성 조직 실란트는 외과적 봉합 없이 상처를 치료할 수 있어, 큰 잠재력을 갖는 것으로 나타났습니다. 특히, 안구 실란트는 각막 궤양 등 각막의 외과적 부상을 치료할 수 있는 유망한 접근법이었습니다. 각막 손상과 후속 감염은 각막 흉터 및 각막 질환의 흔한 원인으로, 각막 실명으로 이어지는 심각한 영향을 미칠 수 있으며 매년 150 만 건 이상의 새로운 사례가 보고됩니다. 이상적인 안구 실란트는 다음의 5 가지 특성을 지녀야 합니다: (1) 점착성 형성의 조절이 가능해야 합니다. (2) 각막 조직과 유사한 인장 강도를 지녀야 합니다. (3) 투명하여 시력을 저해하지 않아야 합니다. (4) 괴사를 방지하기 위해 체액과 대사 산물의 투과성을 보장해야 합니다. (5) 염증을 유발하지 않으며 치료 이후 없어져야 합니다. 그러나 현재 이용 가능한 안구 조직 실란트는 이러한 요구 사항을 충족하지 않습니다.
탈세포화된 세포외기질 (dECM)은, 고유 ECM의 복잡성을 모방하여 조직 미세 환경을 재현할 수 있는 주요 성분으로 구성됩니다. dECM 의 조직 특이적 복합 네트워크는 생체 적합하며, 손상된 부위에서 조직 형태 형성 및 기질 리모델링에 대한 세포 행동을 결정합니다. 또한, 탈세포화 과정에서 위험한 염증 인자를 제거하여, 임플란트 거부 반응 또는 면역 반응과 같은 임상 합병증의 위험성이 현저히 적습니다. 각막 유래 dECM 은 항염증성 특성 뿐만 아니라 우수한 조직 재생능을 갖는 것으로 입증된 바 있습니다. 그럼에도 불구하고, 현재 dECM 기반 임플란트는 이식하기 어렵고 봉합사 관련 합병증이 있기 때문에 여전히 임상 사용성이 낮습니다.
본 연구에서는 dECM 을 젤라틴화한 후, 광 개시제인 루테늄/황산나트륨(Ru/SPS)을 혼합하여 가시광선으로 광가교시킴으로서, 새로운 점착성 조직 실란트 (gelCodE)를 개발하였습니다. 광가교 과정에서 dECM 내 tyrosine이 산화된 이후 점착성을 가지는 Dopa로 합성되는데, 이 과정은 수 초내로 개시되어, 조직 실란트를 동물이나 사람에 적용할 때 마취나 봉합 없이 시술할 수 있습니다. 각막 궤양을 가지는 토끼 각막에 적용한 결과, dECM 내의 생체 분자 조합으로 투명한 조직의 리모델링이 가능하여 상처 없는 각막 조직의 재건을 유도할 수 있었습니다. 더욱이, 임상에서 현재 사용되고 있는 조직 실란트는 상피층과 기질층 사이의 단단한 basement membrane을 재건하지 못해 반복적으로 상피가 탈락된 반면, gelCodE는 basement membrane을 재건하여 건강한 각막 조직을 재건할 수 있었습니다.
이번 연구를 통해 개발된 gelCodE는 마취나 봉합 없이 적용할 수 있는 점착성 조직 실란트로, 상처없는 조직 리모델링이 가능하여 재생 의학 분야와 실제 임상에 크게 기여할 것이라 생각합니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
이번 연구는 POSTECH 기계공학과 조동우 교수님, IT융합공학과의 장진아 교수님, 건국대학교 수의과대학 김준영 교수님의 공동연구로 수행되었습니다. 조동우 교수님-장진아 교수님 실험실은 지능생산시스템연구실로, biomedical engineering과 관련한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 저희 실험실은 분야 선도적 연구를 수행하며 좋은 성과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 교수님들의 아낌없는 지원과 가르침을 통해 독립적인 연구자로 성장할 수 있는 점이 최대 장점입니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이번에 수행하였던 조직 유래 점착 실란트 개발 연구는, 건국대학교 수의과대학 김준영 교수님과의 미팅 내용을 바탕으로 시작하였습니다. 3D 프린팅으로 제작한 인공 각막 개발 연구 미팅 중, 봉합이 필요하지 않은 점착 실란트 형태의 치료제로 개발하는 것이 임상에서 보다 쉽게 사용할 수 있어 임상 수요가 높을 것이라는 의견을 들었습니다. 이에, 3D 프린팅 시 사용하던 각막 조직 유래 바이오잉크의 재료적 특성을 바꾸어 각막 조직 유래 점착 실란트로 개발하였습니다. 재료 검증 과정이나 동물 실험 과정에서 김준영 교수님 연구실의 장제환 선생님을 비롯한 공동연구자들과 매일 같이 논의하며 어려운 점을 하나씩 풀어나갈 수 있었고, 이번 논문과 같은 좋은 결실을 맺을 수 있었습니다. 그 과정에서 조직 공학과 같은 융합 학문에서 공동 연구의 필요성과 공동 연구를 통한 시너지를 다시 한 번 느낄 수 있었습니다. 특히, 이번 연구는 임상 수요에서 시작되어 현재 상용화 준비 중으로, 조직공학도로써 보람을 느낄 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
연구의 상용화는 누구나 꿈꾸는 목표일 것입니다. 그러기 위해서는, 실제 산업의 수요를 들을 수 있는 네트워킹이 필수적이라 생각합니다. 실제로 연구를 진척시켜놓고, 다양한 산업계의 사람들과 네트워킹하며 application분야를 찾기도 하고, 연구 시작부터 산업의 수요에 맞는 product를 개발하기도 합니다. 다양한 분야의 사람들과 네트워킹하는 시간을 다채롭고 유익하게 보내는 것을 권장하고 싶습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이제까지 저는 조직공학/재생의학에서 체내 적용을 위한 연구를 주로 수행해왔습니다. 이제는, 오가노이드를 이용하여 질환 연구를 위한 체외 조직 모델을 개발하고자 합니다. 이러한 조직 공학적 연구를 기반으로, 미래에는 실제 환자 및 환축들에게 도움이 되기를 기원합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
조동우 교수님, 장진아 교수님께 진심으로 감사 인사를 전합니다. 교수님 두 분의 지도로 정말 많이 배웠고, 저의 부족한 부분들을 많이 채워 나갈 수 있었습니다. 그리고 함께 공동연구를 진행한 건국대학교 김준영 교수님, 장제환 선생님을 비롯하여 모든 저자분들께도 감사의 말씀드립니다. 마지막으로 학위를 시작할 때부터 지금까지 늘 응원을 아끼지 않는 부모님과 가족들, 친구들에게도 고맙고 사랑한다고 전하고 싶습니다.
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