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

체내 조직 손상을 치료하고 재생시키는 첨단재생의료는 정밀의료 시대의 핵심 분야로 자리잡고 있으며, 줄기세포 기반 조직 재생은 차세대 정밀의료의 핵심 분야로 부상 중입니다. 특히 3D 줄기세포 스페로이드는 실제 생체 내 환경을 모사하여 치료 효율을 높일 수 있는 첨단재생의료 플랫폼으로 인식되고 있습니다. 생체 내의 세포 미세환경은 정렬된 세포 외 기질(ECM) 구조, 세포-세포 및 세포-ECM 상호작용, 기계적·화학적 자극 및 신호전달 등의 복잡한 상호작용으로 구성되어 있으며, 특히 ECM은 생체 내에서 생리적으로 세포의 기능(세포 형태, 이동, 증식 및 분화 등)을 조절하는데 중요한 역할을 담당합니다.
이러한 요인에 착안하여, 세포 미세환경의 핵심 요소인 ECM의 기능을 강화함으로써 세포-세포 및 세포-ECM 간 상호작용을 촉진하고 줄기세포 스페로이드의 기능을 더욱 향상시킬 수 있는 초소형 젤라틴 나노입자(GNP)-줄기세포 스페로이드 융복합 플랫폼을 구축하였습니다. 이러한 플랫폼은 줄기세포가 모여 있는 기존의 단순한 구조를 넘어, 생체 내 실제 환경과 유사한 복잡성과 기능성을 구현할 수 있도록 설계되어 세포의 구조적 안정성과 증식률이 증가하고, 중심부 세포 사멸이 감소하여 전반적인 세포 생존율이 유의미하게 향상되었습니다.
이러한 결과는 GNP가 ECM 단백질과 결합해 세포 간 응집력을 강화하고, 세포 표면 인테그린(integrin) 수용체를 활성화하여 기능적 신호전달을 유도함으로써 세포-세포 및 세포-ECM 상호작용을 촉진한 데 기인합니다. 또한, GNP는 VEGF, FGF 등 혈관형성 인자의 Paracrine 효과를 유도하여 혈관 신생과 주변 조직과의 연계를 강화할 수 있는 것으로 나타났습니다.
이러한 기전에 따라 in vivo 실험에서는, 두개골 및 피부 결손 모델에 GNP-줄기세포 스페로이드를 생체 내 삽입하였을 때 골 조직 및 피부 조직 재생이 기존 모델에 비해 월등히 촉진되는 결과를 확인할 수 있었습니다. 이는 GNP-줄기세포 스페로이드가 다양한 조직 환경에서 높은 적응력과 생체적합성을 나타낸다는 점에서 주목할 만합니다.

본 연구는 초소형 GNP-줄기세포 스페로이드 플랫폼이 세포 기능을 강화하고 조직 재생을 촉진할 수 있다는 차세대 줄기세포 재생 치료제로서의 가능성을 제시하였으며, 바이오소재, 줄기세포, 나노기술의 융복합을 통해 새로운 줄기세포 치료의 패러다임을 제시하였습니다. 본 연구 성과를 확장시켜 나간다면 다양한 재생의학 분야의 치료제 및 의료기기에 적용되어 차세대 조직 재생 치료제 개발에 활용할 수 있을 것이라고 생각됩니다. 또한, 줄기세포의 기능을 향상시키고 분화 효율을 증가시키는 한편 GNP에 약물을 담지하여 적용하거나 이를 지지체와 통합하여 차후 맞춤형 줄기세포 치료제 개발에도 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 현재 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수님이 이끄시는 생물재료공학연구실 (Nanoengineered Biomaterial Systems Laboratory)에서 석사과정 재학 중에 있습니다. 본 연구실은 바이오시스템공학을 기반으로, 생물체에 공학적 접근을 융합하여 마이크로·나노기술 및 생명공학을 응용한 첨단 생체재료의 개발과 적용을 핵심적으로 다루고 있습니다. 이를 통해 생체 내 세포 및 조직의 기능을 정밀하게 조절하고 촉진하는 혁신적인 플랫폼 기술을 연구하고 있으며, 이와 관련된 내용들은 연구실 홈페이지(https://rain2000.wixsite.com/janghokim)에서 자세하게 확인하실 수 있습니다.
저희 연구실은 의생명공학, 농업, 생물학, 기계, 환경, 식품 등 다양한 분야를 아우르는 융복합 연구를 지향하고 있으며, 동물, 식물, 미생물 등 폭넓은 생물체를 대상으로 한 응용연구 경험을 축적하고 있습니다. 또한 김장호 교수님의 열정적이고 세심한 지도와 풍부한 지원 아래, 구성원들은 연구자로서의 전문성 뿐 아니라 인성과 책임감 또한 바람직하게 갖춘 융합형 인재로 성장해 나가기 위해 매일 최선을 다해 연구에 매진하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

학부연구생으로 2020년 처음 연구실에 소속되었을 때, 교수님과 선배들의 지도 아래 연구에 대해 하나씩 배워가며 제가 직접 이해하고 습득한 지식을 쌓아가는 과정이 무척 흥미로웠습니다. 이번 Advanced Healthcare Materials에 게재된 논문은 학부 시절 기초 실험부터 차근차근 시작해 최종 결과를 도출하기까지 오랜 시간이 걸렸지만, 첫 연구 논문이라는 점에서 더욱 뜻깊은 경험이었습니다. 실험이 잘 풀리지 않던 순간들도 있었고, 때로는 따뜻한 격려를, 때로는 따끔한 조언을 받기도 했지만, 포기하지 않고 끝까지 완주할 수 있었던 가장 큰 이유는 결과가 아닌 배움을 중시하는 연구실의 분위기 덕분이었습니다. 무엇보다 김장호 교수님의 세심하고 탁월한 지도와 지원을 통해 학회 발표, 세미나, 워크숍 등 다양한 기회를 경험할 수 있었고, 좋은 환경에서 연구에 몰입할 수 있다는 것이 얼마나 감사한 일인지 깨달았습니다. 이런 경험들은 연구자로서의 성장뿐만 아니라, 스스로의 위치를 돌아보고 더 나아가기 위한 방향성을 고민하게 만든 중요한 전환점이었습니다. 실험을 배우기 시작한 순간부터 논문을 완성하는 마지막 순간까지, 항상 배우는 자세로 임하고자 노력했고, 그 과정에서 많은 것을 얻었습니다. 아직 갈 길이 멀고 부족한 점이 많지만, 연구를 통해 세상을 배우고 꿈을 키워나갈 수 있는 환경 속에서 하나의 성과를 만드는 첫 발을 떼어냈다는 점에서 작은 자부심과 큰 보람을 느낍니다.

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

본격적으로 연구를 진행해보면서 최종 결과가 도출되고 완전한 논문 한 편이 게재될 때까지 스스로의 끊임없는 노력에 추가로 주변 사람들과 동료들의 많은 도움이 필요하다는 것을 깨달았습니다. 또한 연구를 본격적으로 경험하기 전까지는 스스로를 체계적이고 꼼꼼한 사람으로 평가했는데, 막상 연구를 경험해보니 높은 퀄리티의 연구를 진행하고 발전해나가기 위해서는 모든 과정에 있어 더욱 더 세심하고 민감하게 준비하고 다가가야 함을 배웠습니다. 대학원 과정 중에 맡겨진 여러 일들을 묵묵히 수행하면서도 그 속에서 연구의 흐름을 잃지 않고 계속 생각하고 또 공부하고 알아가는 시간들을 보낼 수 있다면 최고의 결과를 낼 수 있을 것이라 확신합니다. 모든 과정에 있어서 긍정적인 마인드와 굳센 마음으로 포기하지 않고 나아가시기를 진심으로 응원합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 석사과정 3학기 차로, 많은 것들을 배우고 경험해야 하는 초심자의 위치에 자리하고 있기 때문에 다양한 실험들과 지식들을 더욱더 배워가며 관련된 연구를 발전시켜 나가고자 합니다. 특히 GNP의 다양한 특장점을 이용하여 생물학적 시스템 내 적용이 가능한 재생의료 및 나노의약제와 같은 혁신적인 플랫폼을 개발하여 연구분야를 확장하고자 합니다. 이를 위해 김장호 교수님의 지도와 선배들, 동료들과 함께함을 통해 연구에 대한 신바람을 느낄 수 있도록 스스로 먼저 열심히 노력할 계획입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

이번 연구를 진행하면서 많은 도움을 주신 모든 분들께 감사의 말씀을 올리고자 합니다. 무엇보다, 이 모든 과정에서 폭넓은 시야로 연구를 할 수 있도록 지도해 주시고 아낌없이 지원해주신 김장호 교수님께 감사의 인사를 전해드리고 싶습니다. 김장호 교수님은 연구를 하며 그저 결과와 성과를 바라보는 것이 아닌 과정을 보며 배움의 질을 높이는 것이 중요하다는 것을 강조하셨고, 부족한 점은 스스로 배우고 극복할 수 있도록 가르쳐주셨습니다. 이러한 교수님의 지도와 지원 덕분에 많이 발전하고 좋은 경험들과 이번 논문의 결과까지 얻어낼 수 있었던 것 같습니다. 이에 김장호 교수님께 가장 큰 감사를 드리며 모든 영광을 교수님께 돌려드립니다. 또한 가장 많은 시간을 가족처럼 함께 지내고 동고동락하며 많은 도움들을 주고받은 생물재료공학연구실원들 (김우찬 박사님, 신율, 채연, 마파라, 할시타, 세파리, 효진, 김슬아 선생님)께 더없는 감사의 말씀을 전하며, 훗날 각자의 꿈을 이룬 멋있는 사람이 되기를 바라면서 함께하는 동안 끊임없는 노력과 깊은 추억을 함께 쌓아갈 수 있으면 좋겠습니다. 읽어주신 모든 분들께, 감사 인사 드리며 마무리하겠습니다. 감사합니다!