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

염증성 장질환 (Inflammatory Bowel Disease, IBD)은 크론병과 궤양성 대장염을 포함하는 만성 염증 질환으로, 위장 내 높은 산화 스트레스, 면역 내성 (immune tolerance)의 감소, 조절되지 않는 T 세포 반응 등이 복합적으로 작용하여 발생합니다. 현재의 단백질 기반 치료제 (항체 기반 생물학적 제제)는 소화효소에 의한 분해로 인한 불안정성, 전신 면역 억제 위험, 점막 조직으로의 제한된 침투, 빈번한 비경구 투여 필요성 등 여러 한계에 직면해 있습니다. 경구 투여는 환자 순응도 향상과 비용 효율성 측면에서 유리하지만, 다양한 생리학적 장벽으로 인해 단백질 전달이 극도로 제한되며, 나노캐리어 (Nanocarrier) 기술이 발전했음에도 불구하고 경구 생체이용률은 대개 약 1% 이하에 머물러 대형 단백질 치료제에는 적용이 쉽지 않습니다.
본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해, IBD 치료를 위한 새로운 경구용 생물학적 제제 플랫폼으로서 자가 탑재 (self-loading)가 가능한 고리형 단백질을 식물 유래 세포외소포체 (PeoEVs)에 탑재하는 전략을 제시합니다. 단백질의 N- 및 C-말단이 연결된 고리형 단백질 (cyclic protein) 은 자연계 전반에서 발견되며 높은 구조적 안정성을 보이는 것으로 알려져 있습니다. 실제로 고리형 세포 투과 펩타이드 (Cell penetrating peptide, CPP)는 향상된 세포 및 조직 투과성을 보인다는 보고가 있으며, 2023년 출판한 논문에서 재조합 단백질을 고리화하여 안정성과 세포막 투과성을 향상시킬 수 있음을 확인한 바 있습니다. 본 연구는 이러한 개념을 확장하여, 분자 시뮬레이션과 실험적 검증을 통해 타깃 단백질의 고리형 구조가 안정성과 세포막 투과성에 미치는 영향을 체계적으로 분석합니다. 특히 T 세포 단백질 타이로신 인산분해효소 (ppTCPTP) 를 C-R4 태그와 함께 고리화할 경우 단백질의 구조적 안정성, 세포막 투과성, 그리고 PeoEVs에 대한 자가 탑재 효율이 크게 증가함을 확인하였습니다. 이렇게 개발된 단백질-하이브리드 PeoEVs 는 장 상피 장벽을 효과적으로 통과하여 염증 부위의 면역 세포에 기능성 단백질을 전달할 수 있으며, 장 오가노이드 및 생체 모델에서 강력한 항염 및 조직 재생의 시너지 효과를 보였습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

1972년 생물학과로 시작된 한양대학교 생명과학과는 현재 20분의 전임교수님들과 1분의 겸임교수님, 그리고 약 100여 명의 대학원생이 다양한 분야의 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 본 연구는 한양대학교 생명과학과 김영필 교수님과 생명공학과의 이동윤 교수님의 지도 아래 수행되었으며, 과학기술정보통신부 및 교육부가 지원하는 한국연구재단 (NRF) 연구사업, 범부처재생의료기술개발사업단 (KFRM), 중소벤처기업부 TIPS 프로그램, 그리고 교육부 산하 한국기초과학지원연구원 (KBSI)의 지원으로 이루어졌습니다. 저희 연구실 (https://sites.google.com/hanyang.ac.kr/nanobiolab/home)은 2011년에 개설되어 올해로 15년차를 맞이하였으며, 현재 연구교수님 한 분과 석박사통합과정생 5명, 석사과정생 4명으로 구성되어 있습니다. 나노바이오연구실은 생명과학과 공학의 경계를 잇는 융합적 접근을 기반으로, 새로운 진단 기술과 치료제를 개발하는 데 초점을 맞춰 열정적으로 연구를 수행하고 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

본 연구는 2024년부터 약 2년에 걸쳐 수행되었으며, 그 과정은 배움과 도전의 연속이었습니다. 분자 시뮬레이션을 독학하며 수많은 시행착오를 겪었고, 세포외소포체를 처음 다루면서 다양한 기술적 어려움에 부딪히기도 했습니다. 그럼에도 새로운 결과를 얻을 때마다 큰 보람을 느꼈고, 이러한 노력을 바탕으로 좋은 저널에 연구 성과를 발표할 수 있게 되어 매우 영광스럽게 생각합니다. 이번 연구를 통해 새로운 기술을 배우고 꾸준히 탐구하려는 자세의 중요성을 다시 한번 깊이 깨달을 수 있었습니다.

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

저는 아직 박사과정을 진행 중이라 유학 준비에 대해 조언을 드릴 만큼의 경험은 없습니다. 다만 이 분야로 진학하려는 후배들에게 말씀드리고 싶은 점은, 하나의 연구를 깊이 있게 이해하고 성과를 내기까지는 적어도 4년 이상 꾸준히 집중하는 시간이 필요하다는 것입니다. 그래서 무엇보다 자신이 즐겁고 흥미롭게 몰입할 수 있는 분야를 선택하는 것이 중요하다고 생각합니다. 또한 연구는 9번 실패한 끝에 1번 성공을 얻는 과정이기에, 작은 결과에 일희일비하지 않고 꾸준히 나아가는 자세가 필요한 것 같습니다. 힘든 시기를 함께 버텨낼 수 있는 동료와 멘토를 만나는 것도 연구 여정을 지탱해주는 큰 힘이 됩니다^^

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

우선 가장 가까운 목표는 무사히 박사 과정을 마치는 것입니다. 저는 이번 연구를 통해 기초 연구와 응용 연구 두 가지 분야를 모두 얕게나마 경험해보며, 융합 연구의 폭넓은 가능성과 어려움을 함께 느낄 수 있었습니다. 앞으로는 이 두 방향 중 하나를 선택해 보다 깊이 있게 파고들며 전문성을 확립하고 싶다는 생각을 가지고 있습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

본 연구를 수행하는 동안 많은 분들의 도움을 받았습니다. 우선 무엇보다도 연구 전반에 걸쳐 열정적인 지도와 아낌없는 조언을 주신 김영필 교수님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 또한, 고리형 단백질 연구를 함께 진행하며 수없이 많은 토론과 고민을 나누어 준 김경민 연구원님께도 특별히 감사드립니다. 염증성 장질환 모델과 관련해 큰 도움을 주신 이동윤 교수님과 유채림 연구원님께도 감사드리며, 면역 질환 전반에 대한 이해를 넓히는 데 많은 조언을 주신 최제민 교수님과 조수경 연구원님께도 진심으로 감사드립니다. 덧붙여, 세포외소포체 연구와 관련해 많은 도움을 주신 정효일 교수님과 양지영 박사님께도 감사드립니다. 마지막으로, 매일 연구실에서 함께하며 힘든 순간들을 이겨낼 수 있도록 도와준 모든 연구실 동료들에게도 깊은 감사의 마음을 전합니다.