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

[논문관련 분야의 소개 및 동향]
  조직 접착은 상처 봉합, 패치 부착, 의료용 디바이스 고정 등 다양한 생의학적 상황에서 활용되는 핵심 기술입니다. 기존의 봉합사나 스테이플 같은 침습적 방식의 대안으로, 상처를 최소화하고 회복 속도를 높이기 위한 비침습적 나노입자 및 하이드로겔 기반 조직 접착제가 활발히 개발되고 있습니다. 그러나 이러한 접착제들은 접착 강도가 고정되어 있어 상황에 맞게 즉각적인 조절이 어렵고, 과도하거나 부족한 접착력이 문제로 작용하는 한계가 있습니다. 따라서 상황에 따라(on-demand), 시공간적으로(spatiotemporal) 제어 가능한 조절형(tunable) 접착 기술의 필요성이 제기되어 왔습니다.
  본 연구에서는 물리적 혹은 비공유결합 기반의 고분자 접착 기전을 활용하면서, 효소 담지체(carrier)로서 다공성 폴리도파민 나노입자(mesoporous polydopamine nanoparticles, MPDA)를 사용하였습니다. 여기에 광활성화 티로시나아제(photoactivatable tyrosinase, PaTy)를 적재하여, 빛을 쬐어준 부분에만 선택적으로 접착력을 높일 수 있는 빛-의존적 조절형 접착 시스템을 구현하였습니다. 이를 통해 원하는 시점과 위치에서만 접착력을 강화할 수 있었으며, 초기에는 약한 접착력을 유지하여 접착면의 위치 조정 및 재조정(re-positioning)이 용이함을 확인했습니다.
  또한, 이 시스템은 티로시나아제가 페놀(phenol) 및 카테콜(catechol) 작용기를 산화시키며, 주변의 아민(amine), 타이올(thiol) 등과 결합을 형성함으로써 다양한 생체 계면에서 작동하고 가교(crosslink)할 수 있습니다. 이는 조직-조직(tissue–tissue), 조직–하이드로겔(tissue–hydrogel) 계면 모두에서 접착 성능을 발휘함을 의미합니다. 본 연구에서는 이러한 가교 시스템의 효율성을 절개 상처(incision wound) 및 원형 상처(round wound) 모델에서 기계적 상처 수축(mechanical wound closure)을 통해 확인하였습니다. 

특히 원형 상처 모델에서는 사전 신장된(pre-stretched) 신축성 하이드로겔(stretchable hydrogel)을 활용하여 기계적 상처 수축(mechanical wound closure) 효과를 입증하였습니다.
  마지막으로, 실험 결과를 ex vivo, in vivo 모델뿐 아니라 유한요소모델(finite element model) 시뮬레이션을 통해 검증함으로써 시스템의 물리적, 생물학적 타당성을 함께 확보하였습니다. 이 연구는 나노입자와 광활성 효소를 이용해 접착력을 정밀하게 조절할 수 있는 새로운 개념의 조절형 조직 접착 기술을 제시하며, 이는 상처 봉합부터 패치 및 디바이스 부착에 이르기까지 다양한 생의학적 접착 응용으로의 확장 가능성을 제시합니다.

[전망]
 조절 가능한 접착 기술은 필요한 시점과 위치에서 접착력을 선택적으로 조절할 수 있다는 점에서 큰 장점을 지닙니다. 이러한 특성은 향후 체내 삽입형 또는 비선형(untethered) 디바이스의 부착 및 제거 제어, 내시경적 패치 부착, 체내 로봇 시스템의 국소적 접착 제어, 생체 복원용 임시 접착제 등과 같은 고도 응용 및 다기능적(multi-functional) 응용 분야 등에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.
또한, 기존 접착제의 한계였던 과도하거나 비의도적인 접착 문제를 최소화함으로써, 보다 정밀하고 안전한 생체 연구 및 치료 플랫폼 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.

[연구과정 에피소드]
  본 연구는 2022년 이욱재 박사님, 김수환 교수님과 함께 Advanced Science에 게재한 연구(DOI: 10.1002/advs.202103503)에서 출발했습니다. 선행 연구에서는 광활성 티로시나아제(photoactivatable tyrosinase)를 리포좀(liposome) 나노입자를 통해 체내에 전달하여 멜라닌을 합성하고 피부를 자외선으로부터 보호하는 기능을 구현하였습니다.
  또한, 하이드로겔을 빛으로 원하는 위치에 패터닝함으로써 국소적으로 활성을 유도할(spatial control) 수 있음을 보였으며, 빛을 조사하는 시점을 조절하여 혈관을 폐색(embolization)시킬 수 있다는 점(temporal control)을 통해, 시공간적(spatiotemporal) 제어 시스템으로의 확장할 수 있음을 느꼈습니다. 즉, 단순히 광활성 물질을 수동적(passive)으로 사용하는 수준을 넘어, 빛을 통해 접착력을 능동적으로 조절할 수 있는 시공간적 접착 시스템을 구축할 수 있음을 깨닫고 발전시켜 재밌는 연구를 진행할 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

  본 연구는 서울대학교 화학생물공학부 황석연 교수님의 ‘생체모방재료 및 줄기세포공학 연구실’에서 진행되었습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

  연구는 풀고자 하는 문제를 해결하기 위해 방법을 논리적으로 설계하고 보여주는 과정임을 요즘 자주 느끼고 있습니다. 그러나 이 방법을 제시하는 것에 대해 아직 제대로 깨닫거나 습득하기에 너무 어렵고 스스로가 부족하다 느껴져 아직 자부심을 느끼지는 못하는 것 같습니다. 다만, 이번 논문을 마무리하였을 때와 같이 논문 내에서 제가 제시하고 있는 문제에 하나의 해결방법을 제시하였을 때 어려운 수학문제를 온전히 풀어냈을 때의 쾌감과 비슷한 감정을 느끼곤 합니다.

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

저는 개인적으로 생체재료(biomaterial) 분야의 연구자라고 생각합니다. 저도 완벽하지 않지만 요즘 느끼는 것은 단어 자체에도 들어있듯이 bio 지식과 material지식이 복합적으로 요구되는 분야라고 생각합니다. 그만큼 주변의 여러 분야의 전문가, 동료 선후배들과 함께 고민하고 공부하는 환경이 매우 중요한 듯합니다. 혼자 연구하는 것이 아닌 네트워킹의 중요성은 단연 이 분야 뿐만 아니라 여러 분야에 걸쳐 요구되는 사항임을 요즘 느끼는 듯 합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

저는 기존에 약물전달을 위한 나노입자와 하이드로겔 연구를 주로 해왔습니다. 요즘 저는 이런 생체재료와 조직학적 응용을 조금 재료공학적으로 해석해보고 싶은 것에 관심이 많습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

이 논문은 공동 연구자인 김현진 연구원과 같이 공동 1저자로 작성하게 된 논문입니다. 같이 아이디어를 내주고 실험을 해준 김현진 연구원에게 가장 먼저 감사드립니다. 실험을 포함해 개인적으로도 많은 힘이 되어준 김정욱 박사님과 오세리, 강태훈 학생에게 감사드립니다. 기존 광활성효소 논문부터 지금까지 조언을 아끼지 않은 이욱재 박사님, 김수환 교수님 그리고 김병기 교수님께 감사드립니다. 현재 KIST에서 post-doc 과정을 지켜봐 주시고 새로운 지식 습득에 많은 도움을 항상 주시는 변정환 박사님께 감사 인사드립니다. 마지막으로, 대학원과정부터 이 논문 마무리되고 이 시점까지 계속 가르침을 주시고 이끌어 주시는 황석연 교수님께 감사 인사드립니다.
 주변의 고마운 분들 덕에 저는 이렇게 연구를 지속해 올 수 있었던 것 같습니다. 마지막으로, 곁에서 응원해주시는 친구들과 가족들에게 감사의 마음을 전합니다.