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

세포외 소포(extracellular vesicles, EVs)는 지질 이중층으로 둘러싸인 나노입자로, 세포 간 신호 전달이나 분자 운반을 통해 면역 반응 조절, 조직 재생, 질병 병태생리 등에 관여하는 다양한 생물학적 기능을 수행합니다. 특히 EV는 체내에서 자연적으로 유래되기 때문에 생체적합성이 높고, 약물이나 단백질 등 치료 물질을 안정적으로 운반할 수 있어 차세대 약물 전달체로 주목받고 있습니다.

다만, 실제 치료제로 활용하기 위해서는 표적 특이성의 부족이나 생물학적 효능의 한계와 같은 기술적 과제를 극복해야 합니다. 이러한 한계를 해결하기 위한 전략으로 최근 EV의 표면에 외부 기능성 분자를 부착하는 표면공학(surface engineering)이 활발히 연구되고 있으며, 특히 EV를 분리한 후 외부 분자를 결합시키는 화학적 개질(post-isolation modification)이 많이 사용되고 있습니다. 하지만 기존 방식은 입체장애, EV 구조 손상, 정량적 제어의 어려움 등의 문제를 안고 있어, 보다 안정적이고 정밀한 기능화 기술이 요구되고 있습니다.

이에 저희는 EV의 구조를 손상시키지 않으면서 다양한 치료 물질을 선택적으로 부착할 수 있는 모듈형 단백질 어댑터 시스템을 설계하였습니다. 이 어댑터는 SNAP-tag를 포함하고 있어 항체, 나노입자, 유기 염료 등 다양한 분자와 특정 위치에서 안정적으로 결합할 수 있으며, 주변 단백질 간섭이나 입체장애를 최소화해 EV 본연의 구조를 유지할 수 있도록 구성했습니다.

이 시스템을 기반으로 다양한 기능성 분자가 결합된 EV를 제작하고, 고해상도 광학 현미경 기반의 단일 EV 분석 기술을 통해 각 EV에 결합된 분자의 수를 정량적으로 측정하였습니다. 기능화 효율뿐 아니라, 분자 크기에 따른 결합 특성까지 체계적으로 분석할 수 있었고, 이러한 결과는 향후 정량 기반의 정밀 약물 전달 플랫폼 개발에 중요한 기반이 될 수 있다고 생각합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

이번 연구는 DGIST 뉴바이올로지 전공의 예경무 교수님, 화학물리학과 서대하 교수님, 경북대학교 의과대학 백문창 교수님 연구팀 간의 공동연구로 수행되었습니다. 저는 서대하 교수님 연구실(https://small.dgist.ac.kr) 소속으로 연구에 참여하였으며, EV의 표면 공학 실험 전반과 함께, 모듈형 단백질 어댑터의 구조 설계 및 기능화 효율의 정량 분석을 중점적으로 수행하였습니다.

저희 연구실은 나노입자 합성과 표면화학, 기능성 유기분자 설계, 초고분해능 광학 이미징, 머신러닝 기반 이미지 분석 등 다양한 기술을 융합하여 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 환경 덕분에 EV의 표면 기능화부터 정밀 영상 분석까지 전 과정을 유기적으로 연결하며 진행할 수 있었습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

EV 연구는 정성적 관찰이나 효과 중심의 분석이 주를 이뤘고, 정량적 평가는 상대적으로 부족했습니다. 저는 EV의 치료 가능성을 실제로 실현하기 위해서는 기능성 분자의 결합과 약물 전달 효율을 수치로 검증하는 정량 분석이 필수적이라 생각해왔습니다. 이번 연구에서 EV에 대한 정량적 정보를 제공했다는 점에서 의미 있는 성과라 생각하며, 제 연구가 향후 치료제 개발에 작게나마 기여할 수 있다는 점에서 큰 보람을 느끼고 있습니다.

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

저는 아직 박사과정 중인 학생으로서 다른 분들께 조언을 드릴 위치는 아니라고 생각합니다. 다만 박사과정을 수행하며 개인적으로 느꼈던 점을 공유드리자면, 다양한 분야의 논문을 폭넓게 읽는 것이 새로운 아이디어를 얻는데 큰 도움이 되었습니다. 또한 문제 해결 과정에서 혼자 고민하기보다, 다양한 사람들과 아이디어를 나누고 토론하는 과정이 연구 과정에서 장애물에 부딪혔을 때 돌파구를 찾는 데 도움이 되었습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

현재는 항체가 기능화된 EV의 종양 특이적 전달 및 항암 효과를 확인하였습니다. 향후에는 다양한 치료용 분자를 결합하여 질병에 최적화된 맞춤형 치료제 플랫폼으로 확장하는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한 기능성 분자의 결합 정도와 약물 전달 효율을 정량적으로 평가할 수 있는 분석 방법 개발하고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

연구의 방향을 제시해주시고 깊이 있는 통찰로 이끌어주신 서대하 교수님께 진심으로 감사드리며, 함께 지도해주신 예경무 교수님께도 깊이 감사드립니다. 또한 본 연구를 함께 이끌며 많은 부분을 고민해준 공동 1저자 지원 언니, 그리고 실험 과정에서 아낌없이 도움을 주신 연구실 동료 여러분께도 감사의 말씀을 전합니다.

마지막으로, 언제나 제 꿈을 믿고 응원해준 가족에게 깊이 감사드립니다. 연구 과정에서 크고 작은 어려움이 있었지만, 가족의 변함없는 지지와 격려가 연구를 이어가는 데 가장 큰 원동력이 되었습니다.