한빛사 인터뷰
- 등록2023-03-31
- 조회1,043
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
제2형 당뇨병 (Type 2 diabetes, T2D) 은 췌장, 간, 지방의 상호 작용으로 인해 발생되고, 특히 내장 지방의 염증 반응과 깊은 연관이 있는 것으로 알려져 있습니다. 또한, 당뇨병은 다양한 합병증이 있으며, 160만명이 매해 당뇨병과 당뇨합병증으로 사망하지만 뚜렷한 완치법이 없어 관련 연구와 치료제 개발이 시급한 상황입니다. 따라서, 당뇨 메커니즘 연구와 약물 개발의 빠른 수행을 위해서는 체외에서 해당 연구를 진행할 수 있는 플랫폼 개발이 필수적이며, 유망한 방법으로 organ on-a-chip 제작이 있습니다. 우리는 당뇨병 연구를 위한 organ on-a-chip인 T2D on-a-chip을 제작하고, 이를 당뇨병과 당뇨합병증에 적용하였습니다. 당뇨병을 체외에서 재현하기 위해서, 우리는 각 장기 특이적 미세환경을 구현한 탈세포화 바이오잉크 (decellularized extracellular matrix (dECM) bioink) 를 각 장기마다 개발하였습니다. 각 bioink들에 각 장기 유래의 세포를 봉입하였고, 이 bioink를 사용해 3D bioprinting 기술로 organ on-a-chip 내에 다중장기 구획화를 진행하였습니다. 이를 통해, 우리는 당뇨 모사에 가장 적합한 장기 배열 순서를 가진 multiple-organ on-a-chip을 제작하는데 성공하였습니다. 특히, 고혈당 환경 노출과 내장 지방 유래 dECM bioink를 사용함으로써, 제작한 organ on-a-chip에 염증 반응과 포도당 대사 장애로 대표되는 당뇨 특이적 병리 환경 구현을 할 수 있었습니다.
여러 연구팀에서 체외 모델에 당뇨 병리 환경을 모사하려는 시도는 종종 있었으나, 현재 제작된 모델 중에서는 우리의 T2D on-a-chip이 가장 정밀하게 모사하고 있으며, 해당 모델은 당뇨합병증에의 적용과 약물 테스트 플랫폼으로써의 기능 수행도 가능합니다. 우리의 T2D on-a-chip은 차세대 당뇨병 치료제의 테스트 플랫폼, 당뇨합병증 연구, 그리고 세포주를 개인의 세포를 사용함으로써 개인 맞춤형 치료에 적용가능 할 것으로 기대됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
이번 연구는 포항공과대학교 기계공학과 조동우 교수님과 가톨릭대학교 성모병원 안과 원재연 교수님의 공동 연구로 수행되었습니다. 저는 포항공과대학교 기계공학과 조동우 교수님의 지능생산시스템 (IMS) 연구실에서 연구를 진행하였습니다.
IMS 연구실은 3D bioprinting 기술과 dECM bioink를 활용하여, 조직/장기 유사체와 organ on-a-chip 개발에 주력하고 있습니다. 이렇게 제작한 조직/장기 유사체는 조직/장기 재생에 이용하거나, 체내에 이식할 수 있는 인공 장기로 응용할 수 있습니다. 또한, organ on-a-chip은 장기 특이적 미세환경이 탑재되어 있어 장기의 기능을 체외에서 구현할 수 있으므로, 각종 질환 메커니즘 연구와 치료 약물을 테스트 할 수 있는 플랫폼으로 응용되고 있습니다. 해당 제작 기술들은 기계공학을 기반으로 재료공학, 생명공학 및 의공학 등 다양한 분야의 기술을 융합한 결과입니다.
IMS 연구실에서는 조직공학 및 재생의학 분야에서 선도적 연구를 수행하며, 좋은 성과를 내고 있으며, 지도교수님의 아낌없는 지원과 연구의 자율성 보장으로, 구성원 모두가 독립적인 연구자로 성장할 수 있는 기회를 제공하고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이번 인터뷰를 통해 소개해드리는 T2D on-a-chip 연구는 가톨릭대학교 은평성모병원 안과 원재연 교수님과의 공동 연구와 협의를 거쳐 진행되었습니다. 당뇨병성망막병증에 대한 수 많은 임상적 케이스를 확보하시면서 당뇨병에 대한 방대한 지식을 축적하신 원재연 교수님과의 협업을 진행하면서 당뇨병에 대한 연구 관점을 넓힐 수 있었고, 이러한 과정을 통해 의학적인 개념을 기계공학적 기술로 풀어보자는 새로운 접근 방식을 시도해 보았습니다. 이러한 접근을 통해 개발한 결과물이 3D bioprinting을 이용해서 체외에서 당뇨 환경을 정밀하게 모사가능한 T2D on-a-chip입니다.
즉, 다학제적 연구를 진행하기 위해서는 좋은 임상의들과의 협업이 필수적이므로, 다양한 분야의 의사 분들과 많은 협업을 진행하고 있는 IMS 연구실에서 연구를 하게 된 것은 정말 큰 행운이었다고 생각합니다. 한 분야의 연구만으로는 결과를 도출하기 힘들었을 이번 연구의 기획에서부터 결과물 창출까지 모든 과정을 주도적으로 진행하고, 실제 제작한 T2D on-a-chip에서 당뇨 특징이 명확하게 나타나는 결과를 직접 확인하였을 때 가장 큰 보람을 느꼈습니다. 또한, 다른 분야의 융합을 통해 새로운 개념의 결과물을 창출하고, 완전히 정복하지 못한 당뇨병과 당뇨 합병증 치료에 새로운 패러다임을 제공하였다는 점에서 큰 자부심을 느꼈습니다. 앞으로도 더 다양한 장기에 대한 organ on-a-chip과 disease on-a-chip 제작을 통해 조직공학 분야 발전에 이바지 하고자 합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
3D bioprinting과 dECM bioink를 이용한 organ on-a-chip 제작 및 조직/장기 재생, 더 나아가 인공장기 개발 관련 연구는 전도 유망한 주제이지만, 아직 초기 연구 단계에 있으며, 관련 산업체나 상용화 된 제품도 거의 없는 상황입니다. 따라서, 연구를 진행하면서 예상치 못한 상황도 많이 생기고, 매 순간순간을 힘겹게 헤쳐 나가야 할 부분들이 많습니다. 하지만 그 만큼 큰 성취감과 보람을 느낄 수 있고, 발전 가능성이 무궁무진한 분야이므로, 사명감을 가지고 해당 분야를 열심히 연구한다면 의약품 개발 및 인공 장기 시장에서 엄청난 영향력을 행사할 수 있을 것이라고 생각됩니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
앞으로 다양한 장기에 대한 dECM bioinks를 사용하여 사람의 장기 특이적 미세 환경을 구현한 organ on-a-chip을 개발하고자 합니다. 이를 바탕으로 다양한 당뇨 합병증을 정밀하게 구현할 수 있는 disease on-a-chip을 개발하여, 당뇨병과 그 합병증의 근본적인 치료법과 그 치료제 개발에 도움을 주는 연구를 진행함으로써, 조직공학과 의공학 발전에 기여하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
오랜 기간동안 연구를 진행하는데 세심하게 지도해주시고, 아낌없이 격려해주신 포항공과대학교 조동우 교수님과 가톨릭대학교 은평성모병원 원재연 교수님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 또한, 본 연구의 첫 삽을 뜨게 해 주신 박주영 박사님과, 많은 조언을 해 주신 포항공과대학교 장진아 교수님과 배미현 선생님께도 깊은 감사의 말씀 드립니다. 그리고 함께 고생하고 많은 힘이 되어 주는 IMS 실험실 구성원 모두에게도 감사드리며, 저의 대학원 생활을 항상 묵묵히 응원해주는 저의 정신적 버팀목인 가족들께 진심으로 감사의 말씀을 전합니다.
#3D bioprinting
# organ on-a-chip
# dECM bioink
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