한빛사 인터뷰
- 등록2023-10-16
- 조회647
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
[논문관련 분야 소개 및 동향]
피부는 몸의 가장 바깥쪽에 위치해 있으며, 화학적, 물리적, 전자기적 자극으로부터 몸을 보호합니다. 그러나 이런 특성은 약물 전달에 있어 큰 장애물로 작용하기도 합니다. 이를 극복하며 저분자 약물들에 대한 경피투과 기술이 발전했고 많은 상용화된 기술들이 등장했지만, 단백질과 같은 큰 분자량의 물질은 피부의 바깥층인 각질층 (stratum corneum)을 통과하기가 어렵습니다.
단백질의 피부 내 국소적 (topical) 및 경피 투과 (transdermal or systemic) 전달에 대한 문제점을 해결하기 위해 다양한 촉진제 (enhancer)와 전달체가 연구되어 왔습니다. 저희 연구실에서는 단백질 치료제의 비침습적 경피전달에 관한 리뷰를 발표하였었기 때문에 더 자세한 내용을 참고하셔도 좋을 것 같습니다 (DOI: 10.1002/adtp.201900116).
본 연구에서는 31 kDa 이 넘는 티로시나아제 (tyrosinase) 효소의 전달체로 단일벽 탄소나노튜브 (SWNT)를 활용하였으며, 이온영동기술 (iontophoresis)을 촉진 시스템으로 이용해 전달 깊이를 조절할 수 있었습니다. 조직 투과도와 생체 내 분포는 SWNT의 고유 G-band 특징을 활용하여 라만 분광법 (Raman spectroscopy)을 통해 확인했습니다. 생체 내에서 전달된 효소는 활성을 유지하며 피부 내의 멜라닌 생성과 콜라겐 가교를 보였고, 이에 대한 조직학적 분석도 수행하였습니다. 이 연구는 단백질 전달의 효율성을 향상시키는 동시에 전달된 복합체의 위치 및 효소 활성의 조직학적 활용 가능성을 제시하고 있습니다.
[전망]
단백질 피부 투과 전달은 기존 구강 투여에서 생기는 손실과 약물 주사에서 생기는 고통을 없앨 수 있다는 점에서 활발한 연구가 되어 오고 있습니다. 단백질은 단백질 치료제 전달을 통한 치료 목적부터, 항원전달을 통한 백시네이션 (vaccination) 목적 등에서 활용 가치가 있습니다. 기존 방법을 경피투과 방법으로 대체했을 때 더욱 편리하게 일반인들이 단백질 적용에 더움이 될 수 있습니다.
[연구과정 에피소드]
저희 연구실에서는 티로시나아제 효소를 활용하여 하이드로겔 형성, 세포 코팅, 조직 코팅 등 다양한 고분자 가교 연구를 진행되어 오고 있었습니다. 지난 이욱재 박사님과 동아대 김수환 교수님과 같이 advanced science에 출판하였던 연구에서 광활성 티로시나아제 (photoactivatable tyrosinase)를 피부 전달을 진행했는데, 효소가 전달된 피부의 TEM 이미지에서 주변 콜라겐 (collagen)들이 엉켜 있는 듯한 부분을 발견하였습니다 (doi.org/10.1002/advs.202103503). 이를 통해 생체 내에서 콜라겐 가교에 참여하기도 하는 리실 옥시데이즈 (lysyl oxidase)의 가교시스템을 티로시나아제가 페놀기 가교를 통해 모방하여 콜라겐 밀도를 높일 수 있겠다는 생각이 들었습니다. 그래서 효소를 직접 세포외 기질 진피층의 세포외 기질 (extracellular matrix, ECM) 사이에 전달하여 조직공학적으로 응용해 볼 수 있겠다는 생각이 들었고, 덕분에 연구가 조금 더 발전되고 재밌게 진행되었던 것 같습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 서울대학교 화학생물공학부 황석연 교수님의 ‘생체모방재료 및 줄기세포공학 연구실’과 서울대학교 바이오시스템소재학부 곽선영 교수님의 ‘기능성 생유기소재 연구실’에서 공동 연구로 진행되었습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구는 예상했던 데로 흘러가지 않고, 예상하지 못한 결과가 주로 도출되는 것 같습니다. 저는 원했던 결과는 아니어도 새로운 것을 발견했을 때, 그리고 이를 통해 새로운 아이디어가 떠올랐을 때 희열을 느끼곤 합니다. 자부심이나 보람을 느끼기엔 스스로 아직 연구 경험이 적다고 생각합니다. 다만, 새로운 것을 발견하거나 기존에 있던 것을 새로운 방식으로 풀어나가는 재미가 저에게는 연구를 하고 있던 큰 동기였고, 이 재미가 앞으로 연구하는 데에 큰 힘을 주고 있는 것 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제 짧은 연구기간에서 나올 말보다 이미 좋은 말씀들이 많더라구요. 짧게 최근에 느낀 점을 공유하자면, 연구는 날이 갈수록 복잡해지고 배워야 할 지식이 많아 연구 진행 중 다채로운 지식을 요구하는 상황을 만나는 것 같습니다. 이번 연구에서도 재료공학적 지식과 조직학적 지식이 동시에 사용됩니다. 다채로운 연구는 기존 연구를 바탕으로 다양한 아이디어와 분야의 지식들을 접목할 수 있는 융합적 사고가 도움이 많이 될 것 같습니다. 이러한 사고를 위해 공부도 많이 해야 했지만, 주변 동료 및 교수님들과 많은 의견을 주고받을수록 연구와 저의 지식이 더욱 발전되고 풍부해짐을 매번 느끼고 있습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
현재 생체재료연구과 조직공학적 적용 연구를 진행해오고 있습니다. 연구해 오면서 재료와 조직간의 상호작용이 중요하다는 것을 느끼고 있습니다. 보다 효과적인 단백질 전달이나 재료의 조직공학적 적용을 연구하기 위해 다양한 생체재료 연구에 초점을 두고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
저의 대학원 과정을 처음부터 지금까지 이끌어 주신 황석연 교수님께 감사드립니다. 티로시나아제 결합된 탄소나노튜브 제작과 라만 분광측정 등 공동 연구를 지도해 주신 곽선영 교수님께 감사드립니다. 곽선영 교수님 연구실에서 같이 디스커션과 실험을 진행해주신 이민정씨와, 이후 실험 마무리까지 진행해주신 정우진씨에게도 진심 어린 감사인사를 드립니다. 실험을 많이 도와준 최수빈, 신은혜, 김현진 친구들에게 감사합니다. 그리고 제 연구실 인턴 생활부터 지금까지 실험에 필요한 지식들을 가르쳐 주시고, 이번 논문 코멘트도 아낌없이 해 주신 안영현 박사님께 감사드립니다. 그리고 효소 정제부터 활용법에 도움을 주고 계시는 이욱재 박사님과 김병기 교수님께 감사인사 드립니다. 추가로 제 연구실 생활을 지금까지 올 수 있게 해주었던 동료 연구실 여러분들 고맙습니다.
마지막으로 대학원 생활과 연구 생활을 항상 응원해주시는 가족에게 감사합니다.
#단백질 전달
# 티로시나아제
# 단일벽 탄소 나노튜브
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