한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
약물 개발의 동물 실험 과정에서 발생하는 연구 윤리와 비용 등의 문제를 해결하고자 인체 조직을 보다 정확하게 모방할 수 있는 실험실 조건(in vitro) 내 새로운 3차원 세포 모델이 연구 개발되고 있습니다. 하지만 3차원 세포 모방 기술은 인위적으로 세포가 3차원으로 배양될 수 있는 환경을 조성하기 위한 특수한 세포외 매트릭스(ECM)나 스캐폴드와 같은 재료와 배양 기술이 필요합니다. 이 연구에서는 기존 3차원 세포 배양에서 필요한 ECM 성분이나 열 반응성 폴리머를 사용하지 않아도 실험실에서 쉽게 수급할 수 있는 재료인 파라핀 왁스 필름을 사용하여 곡률을 조절하는 방식으로 3차원 형태의 세포 시트와 스페로이드를 생성하는 간단하고 효율적인 사용한 방법을 제시했습니다.
파라핀 왁스 필름의 표면 곡률을 조절하여 인간 치주 인대 섬유아세포(HPDLF)로 제작한 세포 시트와 골수 유래 중간엽 줄기세포(hBMSC) 스페로이드를 성공적으로 생성했습니다. 세포 배양시 환경에서 세포 밀도, 필름의 표면 곡률 및 배양 시간과 같은 주요 매개변수를 조절함으로써 세포 구조체의 배양 구조 형성을 최적화하는데 중요한 요소로 확인되었습니다. 또한 세포 추적을 위한 양자점(QD)의 사용으로 복잡한 다층 조직 내에서 장기적인 구조의 시각화와 서로 다른 세포 유형 간의 구별을 진행했습니다. 또한 HPDLF 세포 시트로 hBMSC 스페로이드를 감싸는 것이 치아 뿌리를 둘러싸고 있는 치주 인대의 결합 조직 구조를 부분적으로 복제하였다는 것을 입증했습니다. 이는 보다 정교한 조직 모방 어셈블리를 구축하기 위해서 이 플랫폼의 잠재적 우수성을 보여줍니다.
본 논문에서는 파라핀 왁스 필름의 표면 곡률을 조절하여 세포 기반 3차원 배양을 위한 다재다능하고 실용적인 접근 방식으로 제시하였습니다. 원하는 세포 구조체를 형성하기 위한 최적의 조건을 선정하기 위해서 플랫폼 내 조건을 변경하여 여러 차례의 시행착오를 거쳤으며, 그 결과 세포 시트와 스페로이드의 생성 과정을 단순화하여 보다 복잡한 구조체 형성 및 정확한 세포 간 상호 작용이 필수적인 조직 공학 및 재생 의학 응용을 위한 유망한 플랫폼으로서 사용될 수 있을 것이라 기대됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
성균관대학교 글로벌바이오메디컬공학과 김태형 교수님 연구실 (https://bestlaboratory.wixsite.com/best)은 나노/마이크로 구조체를 기반으로 세포의 배양, 분화 및 분석을 위한 모니터링 기술/플랫폼 개발 연구와 3차원 세포/조직 배양 및 약물 스크리닝 기술 개발 연구를 수행하고 있습니다. 최근에는 다양한 분야의 타 연구 시설 및 의료기관, 대학기관 과의 합동 연구를 통해 새로운 플랫폼 및 원천기술 개발 연구가 활발하게 이뤄지고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
본 연구는 평소 연구활동 과정에서 발생한 문제점을 개선하는 방향으로 진행하였습니다. 기존의 3차원 세포 배양 연구를 고도화하기 위해 다양한 물질 및 기술들을 도입하는 과정에서 오히려 실험 과정을 단순화하고 접근성을 높이는 방향의 연구 필요성을 느꼈습니다. 이를 바탕으로 연구를 진행하여 새로운 아이디어를 구체화하는 데 집중하였습니다. 과학적인 접근을 위한 많은 시간과 노력을 투자하고 원하는 결과를 도출하기까지 많은 도움을 준 동료들과 김태형 교수님께서 많은 지도를 해주심으로서 성공적으로 연구를 진행할 수 있었습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
줄기세포는 다른 세포들과 다른 다분화능이라는 독특한 특성을 지니고 있어 다양한 세포로 분화할 수 있는 매력적인 소재입니다. 줄기세포에게 기존과 다른 주변 환경을 제공함으로써 세포 스스로 환경에 적응하고, 자신이 처한 조건에 따라 다양한 형태의 세포 및 구조체를 형성하는 과정은 연구자에게도 큰 영감을 주기도 합니다. 줄기세포와 같이 자신의 연구 환경을 어떻게 꾸려가며 발전시킬지에 대한 많은 고민과 도전을 통해서 원하는 것과 새로운 것을 찾으며 한 걸음씩 앞으로 나아가셨으면 좋겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번에 연구한 3차원 세포 배양 기술을 기반으로 고도화된 3차원 세포 분화 제어 기술을 연구하고자 합니다. 3차원 세포 배양과 분화에 유리한 다양한 고분자 물질과 나노 입자들을 활용하여 줄기세포의 분화 제어 및 분석이 가능한 플랫폼으로 개발하여, 실험실 환경에서 신체 내 조직과 유사한 3차원 형태의 치아와 뼈 조직의 구조를 모방함으로써 분화 및 약물 평가를 위한 후속 연구를 진행하며, 더 정교한 조직 공학 모델과 재생 의학 응용을 위한 기초 데이터를 마련하고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
항상 앞으로 나아갈 수 있도록 많은 도움을 주신 분들께 감사드립니다. 덕분에 좋은 연구 결과를 얻을 수 있었으며 열정적으로 많은 지도와 도움을 주신 김태형 교수님께 감사의 인사를 드립니다. 또한 언제나 가족처럼 서로의 연구를 토의하고 실험에 많은 도움을 준 모든 BEST 연구실 동료들에게도 감사드리며 앞으로도 모두 좋은 결과가 있기를 바랍니다. 끝으로 늘 전폭적으로 응원해주시는 가족들에게 진심으로 감사의 인사를 드립니다.
#Stem cell differentiation
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