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[2011 국내 바이오 성과 뉴스 Top 5 선정] KAIST 바이오및뇌공학과 최철희 교수
"극초단파 레이저를 이용한 신경약물 전달 기술 개발"

Minimally invasive molecular delivery into the brain using optical modulation of vascular permeability. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108(22), 9256-9261.

인터뷰 내용

 - 선정된 연구성과의 내용 및 의의
 - 해당 분야의 국내외 연구 흐름 소개
 - 함께 진행한 연구진 소개
 - 앞으로의 연구 방향과 계획

 - 연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?
 - 과학자로서 우리 과학계에 바라는 점이 있으시다면?
 - 학생들에게 도움이 되는 말씀
 - 마지막으로 하고 싶은 말씀

최철희 교수 약력


선정된 연구성과의 내용 및 의의

"뇌와 척수와 같은 중추신경계에 혈액을 공급하는 뇌혈관은 중추신경계의 기능적인 중요성 때문에 혈관 내피세포들이 일반 조직의 혈관과는 달리 더욱 치밀하게 결합된 `혈뇌장벽'이라는 특수한 보호체계를 갖고 있어, 유해물질뿐만 아니라 우수한 효능을 가진 치료제도 뇌로 잘 전달되지 못한다. 약제가 이러한 혈뇌장벽을 통과하기 위해서는 적정한 분자량과 전하를 가지고 수용성과 지용성이 적적하게 균형을 이루는 등의 여러 가지 물리화학적 조건이 충족되어야하는데, 이런 조건을 만족하는 약물전달기술 개발은 기술적 난제로 꼽혀왔다.

본 연구진은 극초단파 레이저를 이용해 혈뇌장벽의 투과성을 조절함으로써 약물을 뇌로 안전하게 전달하는 기술을 개발하였는데, 이는 극초단파 레이저빔을 매우 짧은 시간 뇌혈관벽에 쪼여 혈뇌장벽의 기능을 일시적으로 차단함으로써 약물을 원하는 부위에 안전하게 전달하는 기술이다. 약물은 뇌혈관에 들어가도 촘촘한 혈뇌장벽 때문에 뇌로 잘 흘러들지 못하지만, 뇌혈관에 레이저빔을 쬐면 혈뇌장벽이 일시적으로 자극을 받아 수도관이 새는 것 같은 현상을 일으켜 약물이 혈관 밖으로 흘러나와 뇌신경계 등으로 전달된다. 욕실의 타일은 손상시키지 않으면서 타일을 연결해주는 시멘트 결합을 일시적으로 깨어줌으로써 방수성 바닥을 통해 물이 새는 것과 비슷한 이치이다. 이렇게 레이저 조사로 일시 정지된 혈뇌장벽 기능은 수 분 뒤 원래의 정상 기능을 되찾는다."

해당 분야의 국내외 연구 흐름 소개

"의생명 분야에서 응용되는 레이저는 빛의 세기가 일정한 연속파형과 펄스로 구성된 간헐파형 레이저로 구분된다. 간헐파형 펄스 레이저의 경우 연속파형 레이저와 같은 양의 에너지를 전달하기 위해 상대적으로 고강도의 펄스가 사용된다. 극초단파 펄스레이저는 레이저빔과 대상체 사이의 반응 시간이 아주 짧아서 광열반응을 거의 유발하지 않기 때문에 초미세가공 분야에서는 이미 널리 응용되고 있으며, 생물학 분야에서도 수 마이크로미터 이내 영역의 고분자물질이나 미토콘드리아와 같은 단일 세포 내 소기관을 세밀하게 조절하는 용도로 이용되고 있다. 최근에는 이러한 레이저의 파괴적인 치료 효과 이외에도 세포의 일부분(1 마이크로미터 이하)에 고에너지 펨토초 레이저를 매우 짧은 시간 (10만분의 1초 이하) 동안 쬐어줌으로써 세포에는 손상을 주지 않으면서 다양한 생체 현상을 조절할 수 있음이 보고되면서 레이저를 생체 기능 조절을 위해 사용할 수 있는 이론적인 기초가 제공되었다. 이러한 극초단파 레이저를 이용한 생체 기능 조절은 앞으로 약물 및 전기적인 생체 기능 조절의 한계를 보완할 수 있는 방법이 되리라 기대된다."

함께 진행한 연구진 소개

"본 연구는 현재는 하버드대학에 포닥을 하고 있는 최명환 박사와 구태윤, 정규하, 윤종희 박사과정이 참여하였다. 최명환 박사와 윤종희 박사과정은 카이스트 바이오및뇌공학과 학부 출신으로 다학제적인 교육 및 연구 연구 환경이 본 연구와 같이 생물학과 광학을 접목하는 융합연구를 주도하였다. 또한 구태윤, 정규하 박사과정은 의과대학을 졸업 후 카이스트 의과학대학원 과정을 이수하고 있으며, 본 연구와 같이 의학적인 적용연구에 주도적인 역할을 담당하였다."

앞으로의 연구 방향과 계획

"극초단파 레이저를 이용한 생체 기능 조절은 세계적으로 경쟁력 있는 기술로서 본 연구에서 제안한 신경약물 전달 이외의 다양한 의학, 생물학적 응용 분야를 개척하고자 한다. 또한 레이저의 생체 기능 조절의 분자생물학적 기전을 규명하고 세포/조직 독성의 기전을 밝힘으로써 안전하고 안정적으로 생체에 적용할 수 있는 기반을 마련하고자 한다. "

연구주제에 대한 선택과 아이디어를 어떻게 얻으시는지?

"연구실에서 진행하는 연구는 기존 연구의 결과 혹은 문헌 고찰을 통한 가설에서 시작하지만, 이러한 가설 혹은 질문은 세상의 다른 연구자들도 동시에 할 수 있는 것이다. 물론 예상하는 결과를 얻는 것도 중요하지만 그것은 기존의 지식 (혹은 연구자가 예상할 수 있는)에 기반하는 것이다. 종종 실험에서 원하는 것과 전혀 다른 결과를 얻는 경우 대부분의 연구자는 그 결과를 무시하게 되는데 실제로는 이러한 예상과 다른 결과가 사실이라면 기존의 지식을 넘어설 수 있는 새로운 발견으로 이어질 수 있는 단서가 될 것이다. 본 연구도 다광자현미경으로 생체 뇌영상을 하던 중 학생이 실수로 레이저의 강도를 높게 주었을 때 혈관벽에서 원래는 새어나오지 말아야 할 형광물질이 나오는 것에서 시작하게 되었다. "

과학자로서 우리 과학계에 바라는 점이 있으시다면?

"우리 과학계의 수준은 분야마다 차이가 있기는 하지만 많은 분야에서 이미 세계적인 수준에 이르고 있다. 후발주자로서 앞서가는 이를 따라가는 것과 선두에서 아무도 가지 않은 길을 개척하는 것은 분명히 다른 패러다임을 필요로 한다. 우리 과학계가 세계 연구계를 선도하기 위해서는 학연, 지연 등에 연연하지 않고 연구자들끼리 진정한 동료로서 견제할 수 있어야 한다."

학생들에게 도움이 되는 말씀

"지금하고 있는 즐길 줄 알아야 한다. 현재는 미래를 위해 저당 잡히는 시간이 아니라 우리에게 주어진 ‘선물(present)’과도 같은 시간이다. 현재를 즐길 수 없다면 후에 원하는 것을 얻더라도 (교수가 되는 것과 같은) 달라지는 것은 없다. 아마 지금도 주위를 보면 실제로 현재 하시는 일을 즐기지 못하시는 교수님들을 어렵지 않게 찾을 수 있을 것이다. 여러분들도 그냥 시간이 간다고 상황이 바뀌는 것은 아니다. 아무리 현재의 상황이 어렵고 미래가 불확실하고 불안하더라도 즐길 수 있는 방법을 찾으시길 바란다."

마지막으로 하고 싶은 말씀

"삶은 ‘배움’의 과정이다. 내가 잘하는 일을 하면서 사는 것도 좋지만 좋아하는 일을 하면서 매일매일 조금씩 성장한다면 그보다 좋은 일이 없을 것이다. 성장통이란 말도 있듯이 내가 아픔을 느끼는 곳은 바로 성장이 필요한 부분이기도 하다. 우리들은 본능적으로 ‘아픔(통증)’을 피하도록 진화하여 왔지만, 성장을 위해서는 ‘아픔’을 찾아나서야 한다. 오늘도 나 자신에게 되묻곤 한다. 혹시 아픔을 피하고 있지는 않느냐고...."



관련 사이트 : 2011 국내 바이오 성과,뉴스 Top 5's, 한빛사 등록 논문, 보도자료


인터뷰에 응해주신 최철희 교수님께 감사 드립니다...BRIC

  
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