1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

 외상 및 질환으로 인해 발생하는 말초 신경 손상이 회복되지 않고 장기적으로 길어질 경우, 손상된 신경 말단에는 신경종 (neuroma)이 형성됩니다. 이는 정상적인 신경 재생을 방해함으로써 환자로 하여금 근 위축으로 인한 근소실과 운동 기능 저하를 야기합니다. 또한 절단 환자의 6-80%에서 지속적인 신경병증성 통증 및 감각 이상을 느끼게 하는 주요 원인으로 알려져 있습니다. 이에 대한 치료법으로 임상에서는 손상 또는 절단된 신경을 근육에 이식하는 수술이 시행되지만, 자가 근육에의 이식이 필연적이므로 이식 부위의 한계로 인해 적용이 제한적이기 때문에, 조직 공학 기술 기반의 대체 근육 구조체 연구가 필요합니다. 현재까지의 인공 근육 구조체 연구들은 근육의 기능적 재생보다는 근육 부피 재건에 초점을 맞추고 있으며, 특히 환자들이 겪고 있는 극심한 고통인 신경병증성 통증에 대한 중재 및 치료 효과에 관한 연구는 전혀 없기에 실제 임상에 적용하기에는 어려운 실정입니다.

 이에 본 연구에서는 신개념의 신경-근육 재생 구조체 (engineered Regenerative Isolated Peripheral Nerve Interface; eRIPEN)를 개발하여 근육 및 신경 재생 치료에 새로운 방법을 제시하였습니다. 조직공학 기반의 3D cell printing 및 나노 섬유 전기방사 기술을 통해 생체 근육을 모사한 3D 근육 구조체를 제작하고, in vivo 신경이식술 개발로 생체 내 신경의 구조체로의 직접 이식을 통해 신경-근육 재생 구조체를 성공적으로 구현하였습니다.

 그 첫번째로, 본 연구팀이 이전에 개발한 골격근 유래 세포외기질인 MdECM을 활용, 3D cell printing 하여 이식한 세포에게 최적의 분화 환경을 제공하였습니다. 두번째로는, 근막으로 구분되는 골격근의 구조적 특성을 모방하기 위해, 물질 이동에 방해받지 않으면서 근막의 특징을 갖는 두께의 나노 섬유 (GelES)를 활용한 전기방사 기술로 구조체를 감싸 eRIPEN의 개별성을 보장하는 3D 인공근육구조체를 제작하였습니다. 마지막으로, 생체 내 (in vivo) 모델에서 말초 신경을 구조체를 덮는 나노 섬유와 수술적으로 연결함으로써 실질적인 신경-근 재생이 가능하도록 하였습니다. 신경 이식 이후, eRIPEN는 8개월 이상의 장기간 생체 안정성을 보이며, 면역 반응 없이 근섬유 및 자체적인 혈관 형성이 가능함이 확인되었습니다. 또한, 근섬유로의 정상적인 신경 재생을 통해 신경-근 접합부가 형성됨으로써, 신경 흥분에 따른 근 수축 반응을 보였습니다. 더욱이 근육 재생 뿐 아니라, 신경 손상으로 인한 신경병증성 통증 발생을 만성적으로 저해함을 확인하였습니다.

 이러한 결과는 생체 내 신경의 3D 근육 구조체로의 직접 이식이 운동/감각 기능의 동시적 회복 효과가 있음을 시사하며, 심층적 학문을 기반으로 조직 공학적 신기술과 의료 기술과의 융합 플랫폼을 구축하였다는 점에서 우수성이 있다고 생각합니다. 또한, 통증 조절 및 근재생에 대한 통합적 치료 기술로써 이용될 수 있다는 점에서 실제 환자들에게 신체적/정신적으로 건강한 삶을 제공하는 것에 공헌할 수 있으리라 기대합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

 본 연구는 고려대학교 보건과학과 김준선 교수님과, 포항공과대학교 기계공학과의 김동성 교수님, 조동우 교수님의 지도를 받아 수행하였습니다.제가 소속되어 있는 고려대학교 신경손상재활연구실은 신경계 손상 후 발생하는 신경세포의 사멸 및 재생, 이에 따른 통증 발생과 운동 기능 저하와 관련된 소동물 기반의 기전 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 신경 손상 후 약물, 신소재 등의 신규 치료 전략을 적용하여 이의 신경 재생 및 기능 회복 효과에 대한 다양한 기초/융합 연구를 수행하고 있습니다. 연구실 홈페이지 (https://neurorehab.korea.ac.kr)에 방문하시면 더욱 구체적인 연구 내용과 연구실 내 구성원을 확인하실 수 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

 본 연구는 제가 학부 연구생일 때부터 진행하여, 데이터를 위한 실험부터 게재까지 총 5년이 넘는 기나긴 시간을 할애하였습니다. 처음부터의 학위생활이 모두 녹아 들어있는 논문이기에, 데이터 생성부터 게재까지 실험실에서 웃고 울었던 그 모든 일들이 아직 생경하게 남아있습니다. 인공근육구조체 (eRIPEN)을 이식하고 8개월 동안의 소동물 행동 실험을 진행하였을 때, 실제로 유의한 결과가 나올 것인지 조바심에 불안하기도 하였습니다. 또한, 1년이 넘는 기간 동안 리비전을 거쳐 최종 리젝을 받았을 때는 좌절감에 힘든 시간들도 보냈습니다. 하지만, 오랜 기간 이후에 positive data들을 얻고 결과적으로 저널에 cover image로 출판하는 성과를 얻게 되어 보람을 느끼며, 포기하지 않고 끝까지 도전하는 자세가 중요함을 배운 소중한 경험이었다고 생각합니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

 기초 기전을 연구하는 일은 아무도 가지 않은 미지의 영역을 탐구하는 것이기 때문에 자신과의 싸움이 가장 힘들게 느껴질 수도 있습니다. 본인의 가설이 데이터와는 상반되더라도 지치지 않고 꾸준하게 연구하는 자세가 중요하다고 생각합니다. 또한, 기초 연구를 지향하는 데 있어 주요한 점은 ‘학문적 기전 탐구가 실제 우리 생활에 어떠한 영향을 줄 수 있는가’ 라고 생각합니다. 본인의 뚜렷한 기초 연구 분야의 확립도 중요하지만, 다른 학문적 분야로 연구적 시야를 확장하여 현실 구체화가 가능한 실질적인 연구들로 이어질 수 있도록 발전하기를 기대합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

 현재 진행하고 있는, 난치성 만성통증에 대해 신경계 전반에 걸친 정확한 기전을 분석하는 연구를 통해, 통증 시기에 맞는 구체적인 치료 타겟 물질을 설정하고자 합니다. 추후 제가 실험실에서 습득한 기초 데이터가 임상에서 실질적으로 긍정적인 효과를 도출하는 연구적 기반이 되기를 바라며 연구활동을 지속하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

 먼저, 독립적인 연구자로 성장할 수 있도록 아낌없는 조언과 전폭적인 지지로 지도해주시는 김준선 지도교수님께, 그리고 따뜻한 응원과 배려로 지치지 않게 북돋아 주시는 연구실 선배 및 동료분들께 진심을 담아 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 또한, 본 실험과 논문 작성을 함께 하며 게재를 위해 끝까지 노력해주신 두 분의 공동 저자 및 교신 저자인 김동성 교수님과 조동우 교수님께도 진심으로 감사드립니다.

 마지막으로, 제가 연구에만 집중할 수 있도록 언제나 응원해주시고 아낌없이 사랑해주시는 우리 부모님 (권봉근, 정영란)께 감사 인사를 올리며, 저에게 힘과 행복을 주시는 모든 분들께 항상 감사하다는 말을 전합니다.