※김종욱, 현지유 공동 작성

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

흔히 ‘상처’라고 부르는 창상의 회복과정은 손상 이후 Hemostasis, inflammatory, Proliferative, Remodeling phase로 이루어져 있는 biologicaly well-organized step by step process 입니다. 각각의 phase를 순서대로 거친 이후 창상의 완전한 회복이 이뤄지게 되지만, diabetic, aging과 같은 요인들로 인해 창상의 inflammatory phase에서 막히게 되면 창상이 더 이상 회복되지 않고 피부에 영구적인 손상을 입힌 채로 Chronic wound 로서 남아있게 됩니다. 이러한 영구적 손상을 방지하고 창상 회복을 가속화하기 위해서는 혈관신생 (angiogenesis), 염증조절 (immunomodulation), 세포 재생(proliferation) 등 핵심 과정을 통합적으로 촉진할 수 있는 새로운 공학적 접근이 필요합니다.
제가 소개하고자 하는 논문은 창상 치유를 위한 다학제 융합 연구로서, 금(Au) 수백 나노두께 층이 코팅된 나노잔디(nanoturf) 구조를 이용해 흡수한 빛을 열로 전환시키는 광열(photothermal) 소재 기반 패치와 피부 부착형 무선 LED 소자, 그리고 3차원 구 형태로 배양된 사람 유래 지방줄기세포(hADSC; human adipose-derived stem cell) 스페로이드를 통합한 무선 창상 치유 패치 플랫폼을 개발하는 연구입니다.
이 시스템은 피부 상처 부위에 부착되는 패치가 외부 전원 없이 NFC(13.56 MHz) 기반 자기유도 결합으로 전력을 수집해 LED를 구동하고, 줄기세포 스페로이드에 광열 변환을 통해 가벼운 온열(약 39 °C)과 광 자극을 동시에 제공합니다.
이를 통해 스페로이드 구조로부터 오는 내부의 저산소 유도인자(HIF-1α)가 활성화와 더불어 스페로이드 외부의 열충격 단백질(HSP) 발현 증가 유도를 통해 Angiogenesis 유도 인자(VEGF, FGF2 등) 및 항염증 인자의 분비가 증가함을 확인하였으며, 혈관형성 및 조직재생이 촉진되는 결과를 보였습니다.
이러한 접근은 기존의 화학적 약물처리나 유전자 조작이 아닌 물리적 자극(thermal/light modulation)을 이용해 세포 기능을 조절하는 방법이라는 점에서 높은 안전성과 임상 적용성을 가지고 있습니다. 또한 패치 재질인 PDMS와 금 나노층은 자외선 멸균과 오토클레이브 소독에도 변형이 없어 재사용이 가능하며, 이를 통해 높은 안정성을 가진 비침습적·무선형 스페로이드 전달기반 창상 치료 플랫폼으로서의 가능성을 보여줍니다.
향후 이 기술은 급성 상처뿐 아니라 당뇨성 궤양, 욕창 등 만성 상처 치료 및 혈관 재생 치료로 확장될 수 있으며, 소형화된 마이크로 LED 기반 이식형 시스템으로 발전한다면 심혈관 질환과 같은 다른 재생의학 분야에도 적용될 전망입니다.

<현지유>
본 연구는 저의 첫 연구주제인만큼 뜻깊은 연구로 마음에 남아있습니다. 처음 주제 관련하여 미팅을 할 때 만났던 김종욱 박사님과 김태일 교수님을 처음뵈었을 때가 아직도 기억에 남아있습니다. 1년차에 아무것도 잘 모르던 학생이었던 저와도 함께 진지하게 연구와 관련하여 디스커션을 나누고 편안한 분위기로 미팅을 이끌어주셨고, 주제도 재미있고 흥미가 많았던 부분이라 잘 해내고 싶다는 다짐을 미팅 끝나자마자 했었습니다. 첫 주제였던 만큼 의욕만 앞선 탓에 시행착오도 많고, 실수도 많았지만 함께 공동연구를 진행해주시던 김종욱 박사님이 늘 깊은 아량으로 이해해주시고 함께 의견을 나누며 아이디어를 디벨롭하고, 이후에는 Gyan 박사님도 함께하시며 무선으로 Photothermal 인가하는 system까지 설계되어 더 재미있고 흥미로운 연구로 발전시킬 수 있었던 것 같습니다. 이래저래 시행착오도 많고 중간에 다양한 일들도 생기며 생각보다 긴 시간이 걸리기도 했지만, 새로운 것들도 많이 배우며 김종욱 박사님과 Gyan 박사님, 저의 여정을 여러모로 함께했던 추억이 많이 담긴 그 간의 성균관대학교에서의 일기 같은 애정이 많이 담긴 연구였던 것 같습니다.

<김종욱>
함께 일했던 현지유 박사님, Gyan 박사님과 연구를 끝까지 지도해 주시고 완성도를 높여 주신 교수님께 먼저 감사의 말씀을 드립니다. 저에게 바이오 융합 연구의 가장 큰 매력은 서로 다른 분야의 이론·방법론·데이터를 결합해 실용적이면서도 새로운 해법을 제시할 수 있는 문제 해결 능력에 있습니다. 이러한 과정에서 어려움과 시행착오로 시간이 들기도 했지만, 제 전공을 넘어 조직공학과 전기·전자공학 등 폭넓은 지식과 연구 관점을 습득할 수 있었고, 배움의 폭을 크게 넓힌 연구 프로젝트였습니다. 동시에 제가 앞으로 발전해야 할 부분을 생각하게 되었으며, 공학적 깊이와 독창성 높은 연구를 향해 노력하겠습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

성균관대학교 김태일 교수님 연구실은 부드럽고 굴곡진 생체와 단단하고 평평한 전자소자의 특성 불일치를 최소화하기 위해 유연하고 신축성 있는 생체 집적 전자소자 (bioelectronics)를 개발하는 연구를 수행하고 있습니다. 예를 들어, 인체 조직처럼 부드럽고 기계적으로 순응성이 높은 연성 전자재료를 설계하여, 생체 신호를 안정적으로 감지하고 외부 자극을 정밀하게 전달할 수 있는 착용형·이식형 디바이스를 개발하고 있습니다. 또한, 전자소자의 잡음(noise)을 줄이고 생체환경에서도 장기적으로 신뢰성 있게 작동할 수 있도록 재료·소자·회로 설계의 다층적 접근을 병행하고 있습니다. 이러한 기술은 의료 모니터링, 신경 인터페이스, 조직 재생 등 다양한 분야에서 응용될 수 있으며, 장기적으로는 전자소자와 생체조직 간의 완전한 통합을 목표로 하고 있습니다.

성균관대학교 방석호 교수님 연구실은 줄기세포와 생체재료를 이용해 손상된 조직의 기능을 회복시키는 재생의학 기반 조직공학 연구를 수행하고 있습니다.
특히, 세포가 받는 물리적 자극(초음파, 광, 전기, 기계적 신호 등)이 줄기세포의 분화나 생존, 기능 향상에 어떤 영향을 미치는지를 중점적으로 탐구합니다. 이러한 자극을 세포치료나 스페로이드 형성, 이식 후 생착률 개선에 활용하기 위한 다양한 바이오피직스·바이오머터리얼 융합 플랫폼을 개발하고 있습니다. 최근에는 3차원 세포 구조를 신속하게 제작할 수 있는 초음향 기반 배양 시스템과, 공동연구를 통해 생체적합 전자소자 연구를 진행하고 있습니다. 궁극적으로는 이러한 기술들을 통합하여 지능형 세포치료 및 맞춤형 재생의학 플랫폼으로 발전시키는 것이 연구실의 목표입니다.

김태일 교수님 연구실: https://sites.google.com/site/taeilkimslab/

방석호 교수님 연구실: https://sites.google.com/view/cntlabskku/about

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

연구를 하면서 느낀 점은, 바이오 연구는 마치 하나의 퍼즐을 맞춰 나가는 과정과 같다는 것입니다. 처음에는 이 퍼즐이 몇 조각짜리인지, 또 각 조각들이 어떤 연관성을 가지는지 알기 어렵습니다. 예상과 다르게 나온 결과들도 시간이 지나면 다른 결과들과 연결되며, 전혀 다른 위치에서 맞물리는 조각임을 깨닫게 됩니다.
이렇게 흩어져 있던 실험 결과들이 하나의 흐름으로 이어지고, 스토리로 완성되어 논문으로 정리될 때는 마치 큰 퍼즐을 완성한 듯한 성취감을 느낍니다.
논문을 제출한 후 리비전 과정에서 그 퍼즐이 1000조각에서 2000조각으로 늘어나는 순간도 있지만, 그만큼 더 정교하고 완성도 높은 그림을 만들어가는 과정이라고 생각합니다.

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

대학원 생활, 특히 박사과정은 짧지 않은 시간인 만큼 체력 정신관리가 중요 한 것 같습니다. 당연히 깊게 몰입하면서 연구 밖에 없는 시간들도 있지만 20대, 30대 때 긴 시간을 보내는 만큼 중간 중간 여유도 찾으며 바쁜 와중에도 일상속에서 행복한 것들을 찾으며 연구 생활을 하시기를 바라겠습니다. 잠시 쉬는 시간이 오히려 연구에 대한 몰입과 또 다른 관점에서의 생각을 들게 해주기도 하는 걸 느꼈어서, 연구생각을 잠시라도 내려놓는 본인만의 취미나 리프레시 방법을 가지면 좋겠습니다. 연구관련 하여서는 공동연구를 진행하다 보면 언제나 의견차이가 생길 수 있지만 감정적보다는 건강하게 충돌하며 연구를 더 나은 방향으로 이끌어가기 위한 방향이라고 생각하며 공동연구자분들과 늘 좋은 관계를 잘 유지해 나가면 좋겠습니다. 김종욱 박사님의 부드러운 성격과 이해심 덕에 저희는 공동연구하는 동안 트러블은 없었지만 박사님이 한국에 계실 때 사적으로도 만나고, 박사님이 계셨던 시카고로 미국 학회를 갔을 때에는 함께 다니며 좋은 추억을 쌓으며 친밀도를 높이고 연구생활에 활력이 되고 해외포닥에 대한 생각도 더 강해졌던 것 같습니다. 많은 방면에서 공동연구자분들에게 많은 것을 배울 수 있기에 단순히 공동연구자를 넘어 좋은 관계를 만들면 훨씬 더 많은 것을 얻으실 수 있을 것 같습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

김종욱 박사님과 이번 주제를 마무리 지으며, 다음 각자의 방향을 생각하며 관련하여서 추후 연구에 대해 얘기를 나누었습니다. 다음학기부터는 저도 미국으로 해외포닥을 나가게 되는데 나가서 더 흥미롭고 재밌는 기술들을 연구하고 개발하여 김종욱 박사님과 다음엔 PI로 함께 또 좋은 연구 진행하여 다시 한번 한빛사에 좋은 소식 전하면 좋겠습니다 :)

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

시행착오도 많았지만 늘 따뜻한 격려와 좋은 지도를 해주신 방석호 교수님과 김태일 교수님께도 늘 감사드립니다. 김종욱 박사님께서 미국포닥으로 나가 계실 때 논문 마무리 위해 함께 고생하여주신 기안박사님과, 공저자로 참여하며 오랜 시간 많은 도움을 준 동료이자 친구인 지원이를 비롯한 연구실 선배, 동료들에게도 깊은 감사드립니다. 자주보지는 못하지만 언제나 응원해주는 가족과 친구들에게도 늘 고맙고 사랑합니다.