한빛사 인터뷰
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
줄기세포는 스스로 분열하고 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있어, 손상된 조직을 재생하고 장기를 복구하는 '줄기세포 치료'에 활용되고 있습니다. 이러한 치료법은 다양한 질병 치료에 잠재력을 지니고 있지만, 줄기세포를 특정 조직으로 분화시키는 과정에서 화학물질로 인한 활성산소 독성이 치료에 있어서 큰 한계였습니다.
이를 해결하기 위해 이번 연구에서는 항산화 효과가 있는 Nrf2 유전자를 발현시키는 mRNA와 골 재생을 촉진하는 덱사메타손(Dex)을 동시에 인간 중간엽 줄기세포(hMSC)에 전달할 수 있는 나노입자를 개발했습니다. 이 나노입자를 활용하여 Nrf2 mRNA가 활성산소로 인한 DNA 손상을 3시간 이내에 줄이고 미토콘드리아를 보호하며, 기존 플라스미드 DNA(pDNA)보다 빠르게 발현되어 재생 과정을 크게 개선할 수 있습니다. 이 시스템은 3D 세포 배양 실험과 쥐 대퇴골 결손 모델에서 효과가 입증되었으며, 줄기세포를 통해 빠르고 효과적으로 뼈를 재생하고 결손 부위를 완전히 치유하는 결과를 보여주었습니다. 이번 연구는 나노입자를 활용한 mRNA 전달 기술이 줄기세포 치료와 뼈 재생에서 중요한 가능성을 제시했으며, 앞으로 다양한 질병 치료에도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대됩니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
저는 가톨릭대학교 성의교정 의과학과 스마트생체재료 연구실 (Smart Biomaterials Lab, https://sites.google.com/view/biomaterialskoo)에서 구희범 교수님 지도 하에 석사과정을 보냈습니다. 저희 연구실은 2022년 노벨 화학상의 주역이었던 click chemistry와 약물 전달(drug delivery), 영상(imaging), 광감각치료(photodynamic therapy), 조직공학(tissue engineering) 등 여러 분야의 연구를 통해 질병을 효과적으로 치료하는 연구를 하고 있습니다. 최근에는 COVID 19 백신의 주요 기술인 mRNA LNP에 대한 연구를 확장시키면서 gene therapy 영역으로 생체재료의 활용 범위를 넓히는 연구를 진행하고 있습니다. 또한 실제 세포 및 동물에서 그 효능을 검증하며 생체재료의 합성과 개발, 분석, 세포실험 및 동물실험에 이르는 전 과정을 수행하여 폭 넓게 실험을 경험할 수 있습니다. 또 다른 장점으로 의과대학에 소속되어 있어서 순환기 내과, 소화기 내과, 류마티스내과, 이비인후과 등의 다양한 임상 분야와의 공동연구도 활발하게 진행되고 있습니다.
현재 박사님 3명, 박사과정 3명, 석사과정 2명, 연구원 2명으로 구성되어 좋은 환경에서 연구에 대한 재미와 열정으로 임하고 있습니다. 이러한 활발한 연구 진행을 통해 100편 이상의 논문을 게재하는 등 (브릭 한빛사 17회 등재) 빛나는 연구 성과를 내고 있습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
줄기세포와 나노기술을 접목한 연구를 하면서, 제가 느끼는 가장 큰 보람은 새로운 치료 가능성을 열어줄 수 있다는 점입니다. 특히, 기존 치료법으로는 극복하기 어려웠던 문제를 기술적으로 해결할 때 큰 자부심을 느낍니다. 예를 들어, 이번 연구에서는 활성산소로 인한 DNA 손상과 같은 근본적인 한계를 극복하고, 빠르고 효과적인 재생 과정을 설계할 수 있었습니다. 이처럼 연구가 단순히 실험실에 머무는 것이 아니라, 실제 환자나 임상 환경에서 적용 가능성을 가지게 될 때 큰 보람을 느낍니다. 이번 연구의 경우, 실험 결과가 뼈 재생과 같은 명확한 치료 효과로 이어진 것을 확인하며, 제 연구가 실질적인 변화를 만들어낼 수 있음을 실감했습니다. 물론 예상치 못한 결과나 실패를 마주할 때도 많아서 연구 과정이 늘 쉽지만은 않았지만, 협업을 통해 새로운 해결책을 찾아가고, 그 과정에서 배우는 것이 참 많았습니다. 연구자로서, 함께 일하는 동료로서 성장할 수 있는 기회였습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
대학원 과정은 단순한 공부를 넘어서, 연구자로서의 성장하는 첫 단계이기 때문에 자신의 관심사와 목표를 명확히 하는 것이 가장 중요하다고 생각합니다. 예를 들어, 줄기세포에 관심이 있다면 그 안에서도 기초 생물학적 이해에 더 초점을 맞출 것인지, 아니면 이를 활용한 응용 기술 개발에 관심이 있는지를 사전에 공부를 통해서 파악할 수 있다면 학위 과정에서 재미를 찾기 쉬워지는 것 같습니다.
그리고 끈기와 건강 관리가 중요하다고 생각합니다. 연구는 결과가 바로 나오지 않거나, 실패하는 경우가 많기 때문에 이런 상황에서도 포기하지 않고 문제를 해결하려는 자세가 필요합니다. 또한 운동과 적절한 쉼을 통해 몸과 마음을 잘 관리중요한 것이 가장 가장 중요합니다!
마지막으로 배움에 있어서 항상 겸손하고 감사한 마음으로 임해야 합니다. 끊임없이 배우고 성장하는 자세를 유지하며 아낌없이 가르쳐 주시는 선배님들의 값진 시간과 에너지에 대한 감사한 마음을 갖고, 후배님들에게 흘려주는 역할을 잘 수행하는 것이 참 중요한 것 같습니다.
쉬운 과정은 아니었지만 많이 배우고 성장했고, 누군가에게 도움이 되는 연구자, 실험을 할 수 있음에 보람을 느낄 수 있었습니다. 이 길을 도전하시는 모두가 재밌게 연구하면서 큰 배움이 있기를 응원하겠습니다!
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 연구를 통해서 mRNA의 빠르고 효율적인 이점들을 발견하여 줄기세포 치료의 한계를 극복할 수 있었습니다. 이러한 결과를 바탕으로 다음 연구에서는 지질나노입자 (lipid nanoparticles, LNP)를 활용해 다양한 적용을 시도할 계획입니다. LNP는 mRNA 안정성과 전달 효율을 높여서 코로나 시기에 mRNA 백신 기술에서 성공적으로 활용된 플랫폼입니다. 이를 줄기세포 치료에 접목시켜 특정 조직이나 세포 환경에 적합한 유전자를 보다 정확하게 전달하여 기존 치료법으로 해결하기 어려웠던 문제들을 해결할 것을 기대하고 있습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
사랑으로 최선의 것들로 이끌어 주신 하나님께 영광 돌립니다. 함께하는 동안 성장할 수 있도록 기다려 주시고 지도해주신 구희범 교수님, 최선의 방법으로 아낌없이 가르쳐 주시고 열심히 달릴 수 있도록 해주신 박지선 박사님 감사드립니다. 그리고 함께해준 연구실 식구들 정말 감사드립니다. 덕분에 많이 배웠고, 연구자로서 성장할 수 있었습니다. 그저 힘들게 흘러간 시간이 아니라 재밌게 이겨낼 수 있었습니다.
마지막으로 늘 사랑으로 지지해주신 부모님께 온 마음을 다해 감사의 말씀드리고 싶습니다. 그리고 곁에서 응원해준 진영오빠, 친구들 감사합니다.
#mRNA
# Mesenchymal stem cell
# Nanoparticle
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