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

나노기술의 발전으로 다양한 나노입자와 구조체들이 개발되면서 생명공학 분야에 혁신적인 발전을 이뤄내고 있습니다. 그중 무기화합물로 구성된 무기 나노입자들은 SOD, catalase, oxidase, peroxidase와 같은 생체 효소 기능을 모방하여 조직 미세환경을 조절할 수 있으며, 동시에 지속가능성, 내구성, 대량 합성 등의 장점을 갖기 때문에 차세대 치료 소재로 주목받고 있습니다.

산화철 나노입자는 무기 나노입자 중에서도 가장 연구가 많이 진행된 소재로 과산화수소(H₂O₂)를 하이드록시 라디칼(∙OH)로 전환하는 효소 유사 활성과 자기적 특성을 동시에 지니고 있어 항암 치료 및 바이오 이미징 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 그러나 무기 나노입자는 체내 축적에 따른 부작용을 유발할 수 있는 한계점을 갖고 있습니다.

본 연구에서는 이 같은 문제점을 해결하고자 산화철 나노입자에 아연을 도핑하여 생체 친화성을 높였고, 무기 나노입자가 처리된 성체줄기세포를 이용하여 세포 자체를 전달체로 사용하였습니다. 이를 통해, 치료 효능이 향상된 성체줄기세포를 치료제로 활용함과 동시에 무기 나노입자를 보다 안전하고 효과적으로 질환부위에 전달할 수 있는 접근법을 제시하였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

저는 현재 성균관대학교 화학공학부 방석호 교수님의 세포 및 조직공학 실험실에서 박사과정을 수행하고 있습니다. 본 연구는 저희 연구실 선배인 김유진 박사님 그리고 경희대학교 화학공학과 유태경 교수님 연구실의 이재영 박사님 덕분에 마무리 지을 수 있었습니다.

방석호 교수님 연구실은 시험관 내 다양한 자극(초음파, 광, 전기, 기계적 신호 등), 나노입자 그리고 생체재료를 이용하여 세포 및 조직재생의 효능을 향상시키기 위한 세포공학 기반의 재생의학 연구를 진행하고 있습니다. 또한 실험동물을 이용하여 다양한 질환 모델(창상, 심근경색, 하지허혈, 당뇨 등) 제작 기술을 보유하고 있어, 안정성 및 효용성을 확인하는 전임상 시험 단계의 평가시험도 진행하고 있습니다. 최근에는 생물반응기를 이용한 조직 모사체 배양, 노화, 배양육, 그리고 진단 및 예방이 가능한 센서의 생체적합성 평가 연구 등 다양한 분야의 연구들을 수행하고 있습니다.

저희 교수님께서는 다양한 분야와 연결성을 중요시하기 때문에 공동연구를 장려하고 계십니다. 이 때문에 많은 분야의 전문가들과 협업을 통해 자유로운 분위기 속에서 연구를 직접 설계하고 토의하여 아이디어를 실현할 수 있는 환경에서 대학원 생활을 보내실 수 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

학부 시절부터 실험 수업에 관심이 많았고, 공학적 응용을 바탕으로 한 바이오 연구를 수행하고 싶다는 생각으로 조직공학 분야를 선택해 대학원에 진학하게 되었습니다. 대학원 생활이 현실적으로 쉽진 않았지만, 기존에 다른 분야에서 사용되던 재료나 기술을 조직공학적 관점에서 새로운 치료 전략으로 해석되어 가는 과정을 직접 경험하면서 많은 의미를 찾을 수 있었고, 그 과정 자체에서 큰 흥미와 보람을 느꼈습니다.

이번 연구에서 다룬 금속 나노입자도 기존에는 촉매나 센서, 광학 기능성 재료로 주로 활용되던 소재이지만, 생체 내에서 금속 이온이 필수 미량 원소로 존재하고 있다는 점, 그리고 그 성질이 단순 전달을 넘어 세포 주변 환경을 조절하는 결과로 이어질 수 있다는 점이 매우 인상적이었습니다. 또한 기존에 잘 알려진 산화철 나노입자에 다양한 금속을 도입함으로써 새로운 특성을 부여할 수 있기 때문에 앞으로도 다양한 연구에 사용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

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

연구를 하다 보면 예상과 다른 결과가 나오는 경우도 많습니다. 그때마다 단순히 실패라고 치부하지 않고, 또다른 결과라고 생각하며 고민하고 메모해 두었습니다. 오히려 그런 과정 속에서 새로운 아이디어가 나오기도 했고, 연구의 방향이 깊어지는 경우도 많았습니다. 따라서 실험 결과에 너무 쉽게 실망하기보다는, 그 결과를 해석하고 다음 질문으로 연결하는 훈련을 꾸준히 해보라고 말씀드리고 싶습니다.

조직공학은 생명공학, 의학, 공학 등의 다양한 학문들이 하나의 목표로 달려가는 융합 학문입니다. 다른 분야의 학문일지라도 조직공학에 맞게 설계 및 응용하여 연구를 진행할 수 있기 때문에 호기심이 많고 탐구하는 것에 흥미를 갖고 계신 분들에게 적합한 분야라고 생각합니다. 또한, 너무 완벽하게 준비된 상태에서 시작하려고 하기보다는 부족하더라도 먼저 부딪혀보고 배우는 자세로 임하셨으면 합니다. 연구는 아직 해결되지 않은 문제를 스스로 정의하고 풀어나가는 과정이기 때문에 꾸준히 질문하고, 실패를 분석하고, 자신의 생각을 발전시켜 나간다면, 충분히 좋은 연구자로 성장할 수 있을 거라고 생각합니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

이번 연구를 통해 세포의 기능은 단순히 세포 자체의 특성만으로 결정되는 것이 아니라, 세포가 위치한 주변 미세환경에 의해 크게 달라질 수 있다는 점을 확인하였습니다. 이러한 관점을 바탕으로 다양한 입자 및 생체재료를 활용하여 세포 주변 환경을 조절하는 연구를 진행하고자 합니다. 장기적으로는 이러한 연구를 통해 조직재생에 유리한 환경을 제공하고, 나아가 체외에서도 실제 조직과 유사한 기능과 구조를 갖는 조직 모사체를 구현하는 것을 목표로 삼고 있습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

연구하는 동안 아낌없이 지도해주신 방석호 교수님께 진심으로 감사드립니다. 또한 이번 공동연구가 잘 마무리될 수 있도록 많은 도움을 주신 유태경 교수님, 이재영 박사님, 김유진 박사님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 연구실에서 같이 생활하는 선후배 분들에게도 감사의 인사를 전합니다. 마지막으로 항상 제 편이 되어 주시고 응원해주시는 부모님 사랑하고 감사합니다.