한빛사 인터뷰
- 등록2023-12-12
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1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
근육세포를 이용해 움직임을 발생시키는 바이오 로봇 관련 연구는 활발히 진행되고 있습니다. 특히 바이오 로봇의 구동력을 높이기 위한 많은 연구들이 진행되었지만, 뇌 오가노이드를 이용하여 사람의 운동시스템을 구현하기 위한 연구는 시도된 적이 없습니다. 본 연구에서는 뇌 오가노이드에 의해 생성된 전기생리학적 신호를 운동신경 스페로이드를 통하여 근육세포로 전달하여 근육 움직임의 제어가 가능한 바이오하이브리드 로봇온어칩을 개발하였습니다. 이를 위해 히얄루론산으로 개질된 금-니켈-금 나노입자와 인간 제대 정맥 내피 세포를 운동신경 스페로이드와 혼합하여 뇌 오가노이드와 근육세포 사이의 연결효율을 향상시켰으며, 신경전달물질을 통해 뇌 오가노이드의 전기생리학적 신호 발생을 유도함으로써 근육 세포의 움직임이 정교하게 제어됨을 증명하였습니다. 또한, 신경퇴행성 뇌질환인 파킨슨병 환자 유래 중뇌 오가노이드를 사용하여 신경퇴행성 뇌질환 약물에 의한 움직임 회복을 관찰하였습니다. 이러한 결과는 바이오하이브리드 로봇온어칩이 뇌 오가노이드에서 발생된 전기생리학적 신호에 의해 근육 움직임 제어가 가능하기 때문에 신경퇴행성 뇌질환 약물 평가에 활용될 수 있음을 보여주었습니다. 저는 본 연구를 통해 개발된 바이오하이브리드 로봇온어칩이 신경퇴행성 질환, 근육 질환 등과 같은 다양한 질병에 대한 약물 평가 모델로 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구는 제가 소속된 서강대학교 화공생명공학과 최정우 교수님 연구실에서 진행되었습니다. 저희 연구실에서는 운동신경 스페로이드, 오가노이드, 근육 번들과 같은 3D 생체모델 제작 및 이를 이용한 바이오 로봇 개발 연구를 진행하고 있습니다. 또한 생체모델의 전기생리학적, 전기화학적 신호를 측정하기 위한 나노패턴 기반 전극 개발 연구도 진행하고 있습니다. 궁극적으로 이들 기술을 결합하여 사람과 같은 바이오 하이브리드 로봇을 개발하고 이 분야의 표준 기술을 제시하는 것이 제 연구의 목표입니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
해당 논문이 출판되기까지 예상보다 오랜 시간이 걸렸습니다. 2D 세포와는 다르게 3D 생체 모델은 적절한 기능을 나타내는데 시간이 많이 소요되었으며, 생체 모델 간 신호전달을 분석하는 데에도 많은 어려움이 있었습니다. 하지만, 다양한 종류의 3D 생체모델을 결합하고 신호를 분석하고 이를 결합하여 근육세포의 움직임을 제어하는 것은 기존에 연구실에서 수행하던 실험이 아닌 새로운 방향의 실험이었습니다. 그래도 주변 교수님들과 연구에 참여하는 동료들이 함께 최선을 다해 노력했고, 많은 분들의 도움을 받아 좋은 결과를 얻을 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
현재에도 연구가 활발히 진행되고 있는 오가노이드, 스페로이드를 포함한 3D 생체모델 분야는 학술적으로도, 산업적으로도 아주 유망한 분야라고 생각합니다. 특히 최근에는 신경퇴행성 뇌질환 같은 인간 질병 모델 제작에 직접적으로 사용될 수 있기에 이 분야에서 연구하면 과학자로서 사회에 기여할 수 있다는 자부심도 느낄 수 있습니다. 서로 다른 기술분야의 동료 연구자들과 협업으로 시너지 효과를 내어 더 좋은 결과를 얻기도 수월한 분야이기 때문에 관심이 있는 분들이라면 3D 생체모델 관련 분야에 진학하는 것을 추천드리고 싶습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
저는 본 연구에서 이용한 바이오하이브리드 로봇온어칩에서 나아가 사람과 같이 세포가 직접 외부 빛 자극을 인지하고 근육 움직임을 조절하는 바이오 하이브리드 로봇 개발에 대한 연구를 진행하려고 합니다. 이를 이용하면 빛의 방향과 세기에 따라 근육 움직임을 정교하게 제어가능하기 때문에 더 효율적으로 제어가 가능할 것으로 기대 됩니다. 이를 통해 질병으로 인한 생체조직의 기능 저하 또는 눈, 뇌, 신경, 및 근육 기능의 회복 등과 같이 바이오메디컬 분야에 응용 가능한 연구를 진행할 예정입니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
제 지난 석사, 박사과정부터 현재까지 올바른 가르침과 조언으로 지도해주신 최정우 교수님께 감사 인사를 드립니다. 그리고 본 연구 과정에서 실험 피드백과 격려의 말씀을 해주신 윤진호 교수님, 연구부분에서 활발한 토의와 끊임없는 격려를 해주시는 최진하 교수님, 오랜 시간동안 항상 관심을 가져주시고 좋은 방법론을 제시해주시는 조현열 교수님께도 감사드립니다. 또한 연구를 하고 논문을 완성하는데 있어 많은 도움을 준 연구실 동료들에게도 감사 인사를 드리고 싶습니다. 마지막으로 저를 항상 믿어주고 지원해주신 제 가족에게도 고맙다는 말을 전합니다.
#Nanobiohybrid robot
#Brain organoid
#Neurodegenerative disease
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