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

연골조직은 세포 밀도가 낮고 혈관이 없어 손상 시 자연 회복이 매우 어렵기 때문에, 이를 치료하기 위한 조직공학 및 세포치료 기술의 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 그중에서도 줄기세포 혹은 연골세포를 기반으로 한 세포 기반 연골재생치료(cell-based cartilage regeneration therapy)는 유망한 대안으로 주목받고 있습니다. 그러나 실제 치료에 있어 세포의 생존율과 분화효율이 낮고, 생체 내 미세환경에 적절히 적응하지 못하는 문제가 여전히 존재합니다.

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 인체 유래 비중격 연골세포(hNCs)를 tannic acid(TA)를 이용해 자연 연골 구조인 lacuna(라쿠나, 세포 군집 구조) 형태로 클러스터화한 뒤, 이를 click chemistry 기반 하이드로겔에 캡슐화하여 연골 재생 효능을 극대화하고자 하였습니다.

연구 과정 중 인상 깊었던 점은 click chemistry 기반 하이드로겔의 경화 속도와 경화 후 세포 안정성, 그리고 TA를 활용한 세포 클러스터링의 간편함이었습니다. 일반적으로 세포 응집이나 구조화에는 복잡한 기술이 필요한 경우가 많은데, 본 연구에서는 단순한 화합물 조작만으로도 효과적인 세포 구조를 형성할 수 있었고, 그 결과가 in vitro뿐만 아니라 in vivo 실험에서도 일관되게 나타났습니다. 실제 실험 중, 다양한 농도의 TA에 따른 세포 생존율과 클러스터링 정도를 비교하며 최적 조건을 찾는 과정은 쉽지 않았지만, 그만큼 생체 내 적용 가능성을 높이는 중요한 단계였습니다.

이 연구는 단순히 새로운 생체재료를 제안한 것에 그치지 않고, 환자 유래 세포를 활용한 맞춤형 치료 가능성까지 고려한 치료 전략으로, 향후 연골 외에도 다양한 조직재생 분야로 확장될 수 있는 가능성을 열어주었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 가톨릭대학교 성의교정 의과대학 이비인후과 김성원 교수님의 지도 하에 박사과정을 진행하고 있습니다. 김성원 교수님은 줄기세포, 성체세포, 역분화 줄기세포 등 다양한 인체 유래 세포를 기반으로 의약학적 응용이 가능한 연구를 활발히 수행하고 계십니다. 특히 약 20년에 걸친 꾸준한 연구 끝에, 2024년에는 세계 최초로 타인의 성체줄기세포를 활용한 3D 바이오프린팅 인공기관(trachea)을 개발하여 실제 사람에게 성공적으로 이식 및 생착까지 확인하는 성과를 이루셨습니다.

그 외에도 호흡기 오가노이드 개발, 나노입자와 줄기세포를 융합한 마이크로 의료로봇 기술, 퇴행성 관절염 치료를 위한 줄기세포 및 성체세포 기반 치료제 연구 등 다양한 융합형 연구를 수행 중이며, 이러한 기술을 실제 환자 치료에 적용하기 위한 바이오의약품 GMP 기반의 세포생산 및 품질관리 공정 확립에도 주력하고 있습니다.

이번 연구는 구희범 교수님 연구실과의 공동연구로 수행되었으며, 구희범 교수님 연구실은 2022년 노벨 화학상의 핵심 주제였던 click chemistry 기술을 기반으로, 약물 전달(drug delivery), 생체영상(imaging), 광감각치료(photodynamic therapy), 조직공학(tissue engineering) 등 다양한 분야의 연구를 통해 질병 치료를 위한 새로운 생체재료를 개발하고 있습니다. 특히 최근에는 COVID-19 백신의 핵심 기술인 mRNA LNP 기반 전달체 연구를 확장하여, 유전자 치료(gene therapy) 영역으로 연구 범위를 넓혀가고 있습니다.

두 연구실 모두 의과대학 소속이라는 강점을 바탕으로 순환기내과, 소화기내과, 류마티스내과, 이비인후과 등 다양한 임상 진료과와의 공동연구가 활발히 이루어지고 있으며, 세포실험부터 생체재료 합성, 동물모델 검증까지 연구 전 과정을 경험할 수 있어 실제 적용 가능성을 높이는 데 큰 도움이 되고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

진행되는 연구가 단순히 실험실의 결과에 머무르지 않고, 의과대학 소속이라는 환경 속에서 다양한 임상과와 협업하며 실제 환자 치료로 연결될 가능성이 있다는 점은 제 연구에 더욱 깊은 책임감과 자부심을 갖게 합니다. 아직은 과정일 뿐이지만, 언젠가 저의 연구가 실제 환자의 삶을 변화시키고, 특히 소외되기 쉬운 질환이나 환경에 있는 사람들에게 실질적인 치료법으로 이어질 수 있기를 바랍니다. 그런 가능성을 현실로 만들어가는 지금의 시간이, 연구자로서 가장 자랑스럽고 보람된 순간입니다.

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

저는 아직 나이도 경력도 많지 않기에 제 의견보다는, 제가 들었던 감명 깊은 조언을 전해드리고 싶습니다. 연구의 길을 오래 지속해 나가기 위해서는 자신만의 철학을 갖는 것이 무엇보다 중요하다는 것입니다. 특히 다양한 사고방식, 기술, 학문이 융합되는 바이오 분야에서는 ‘이 연구를 통해 나는 어떤 문제를 해결하고자 하는가’에 대해 스스로 분명한 인식을 갖고 있어야, 흔들림 없이 나아갈 수 있다는 말을 들은 적이 있는데, 지금도 늘 마음에 남아 있습니다.

후배님들도 자신만의 철학과 의미를 찾아간다면, 이 여정을 견디고 즐길 수 있는 힘을 얻게 되리라 생각합니다. 자신만의 방향을 고민하고 그 가치를 꾸준히 밀고 나가길 응원합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

계속해서 김성원 교수님 지도 아래, 지금까지 축적한 세포 기반 조직재생 기술을 더욱 정교화하고, 임상에 실제 적용할 수 있는 방향으로 확장해 나갈 계획입니다. 또한 3D 바이오프린팅, 면역조절 기능을 포함한 전달체 기술 등과의 융합을 시도해 보고자 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

먼저, 박사과정 동안 논문이 완성될 수 있도록 끝까지 지도해주신 김성원 교수님과 구희범 교수님께 깊이 감사드립니다. 두 분의 아낌없는 지도와 따뜻한 격려 덕분에 포기하지 않고 연구를 마무리할 수 있었고, 교수님들과 함께한 시간은 단순히 논문을 완성하는 과정의 시간이 아니라, 앞으로 나아가야 할 길을 깊이 고민하게 해준 소중한 배움의 시간이었습니다.

공동 1저자로서 연구를 함께 고민하고 도와주신 천서영 선생님께도 진심으로 감사드립니다. 어떤 질문에도 친절하게 응답해주시고, 실험부터 디스커션까지 아낌없이 도와주셔서 늘 든든한 힘이 되었습니다.

이 논문이 저 혼자의 힘으로 완성된 것이 아님을 누구보다 잘 알고 있습니다. 언제나 따뜻하게 응원해주시고 멘토가 되어주신 임정연 박사님께 깊은 감사의 마음을 전합니다. 또한 저를 항상 알게 모르게 챙겨주시고 격려해주신 조아영 박사님, 임민재 박사님께도 진심으로 감사드립니다. 새로운 아이디어와 관점을 함께 고민해주시고, 조언을 아끼지 않으셨던 임미현 박사님, 최준원 박사님께 감사의 마음을 전합니다. 활발하게 연구가 수행될 수 있도록 도와주시는 박선화 박사님과 연구실 동료 선생님들께도 고마움을 전합니다.

무엇보다도 언제나 가장 가까운 곳에서 묵묵히 응원해주시고 지지해주신 부모님과 동생, 그리고 앞으로의 인생을 함께할 사랑하는 신부에게 이 기쁜 소식을 전할 수 있어 더없이 감사하고 행복한 마음입니다.

감사합니다.