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박상우
박상우(Sangwoo Park) 저자 이메일 보기
한국기초과학지원연구원
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Label-Free Tomographic Imaging of Lipid Droplets in Foam Cells for Machine-Learning-Assisted Therapeutic Evaluation of Targeted Nanodrugs

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

지금까지 살아있는 세포를 관찰하기 위한 여러 방법과 연구들이 이어져왔습니다. 초기 광학현미경, 위상차현미경을 기반으로 형광현미경 및 공초점 현미경은 세포의 실시간 변화 및 소기관을 관찰하기 위한 주된 방법입니다. 이를 기반으로 동맥경화의 원인으로 알려진 거품세포를 관찰하기 위해서는 오일 레드 오(oil red O) 혹은 나일 레드(Nile Red)의 형광 염색을 통해서 공초점 현미경으로 관찰하였습니다. 이 방법은 세포 소기관 특이적 형광마커를 통해 발현되는 형광을 관찰함으로써 세포 내 미세환경을 변화시킴과 동시에 광독성 및 광퇴색으로 인해 실시간 관찰에 어려움이 있습니다. 또한 짧은 시간 동안 세포의 미세한 변화와 긴 시간 살아있는 세포의 관찰과 함께 정량분석의 어려움이 있습니다.

본 연구는 동맥경화의 원인으로 알려진 대식세포에서 거품세포로의 분화를 3차원 홀로토모그래피 기법(HT-2H, Tomocube, Inc.)을 이용하여 염색없이 실시간으로 살아있는 세포 내에서 지질방울 (Lipid droplet)의 변화를 정량적으로 분석하였습니다. 또한 거품세포에 선택적으로 작용하여 약물을 방출할 수 있는 나노약물 복합체를 이용하여 거품세포 내 지질방울의 치료효과를 실시간으로 관찰하였습니다. 더 나아가 본 연구에서는 machine learning 기법을 이용하여 대식세포 및 거품세포의 분별 뿐만 아니라 치료제 효과를 자동 분석하는 AI 기법을 제시하였습니다.

현재, 3차원 홀로토모그래피 현미경 기술을 이용하여 다양한 분야의 연구를 진행하고 있습니다. 또한 토모큐브와 함께 과제를 진행하며 장비개발을 이어오고 있습니다. 장비개발 초기 대식세포에서 거품세포로의 분화를 하나의 세포에서 24시간 동안 관찰 및 정량분석을 하기 위해서는 24시간이 필요했고 N 값을 위해 몇일을 밤 새웠습니다. 하지만 밤을 새우며 실험을 해도 프로그램과 컴퓨터의 오작동으로 24시간을 채우지 못해 데이터를 못쓴 경우도 많았습니다. 프로그램 버그를 회사와 협의하고 장비의 작동을 쉽게 하기 위해 조이스틱을 개발하는 등 주기적인 회의를 통하여 소통하고 협업하였습니다. 요구사항 및 건의사항을 해결하기 위해 생산팀, 소프트웨어팀, 하드웨어팀 등 적극적인 의사소통과 피드백으로 함께 의논하고 수정하며 보완하여 안정적인 구동이 이루어지는 모습을 보며 애착이 많이 생겼습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

제가 연구를 진행한 한국기초과학지원연구원은 세계 최고수준의 첨단 대형연구장비를 기반으로 연구자들이 바이오, 환경·나노, 장비개발 등 기초연구 전 분야에 걸쳐 융합형 첨단연구를 선도하고 있습니다. 특히, 제가 속한 광주센터는 국내 유일한 고령동물생육시설을 구축하여 운영 중에 있으며 세포 이미징 분야의 첨단 연구시설 및 장비를 중심으로 노화 및 퇴행성 질환 융합연구를 기반으로 노화연구의 인프라 중심기관으로 도약하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

제 생각에, 한 분야에 새로운 개척을 하기 위해서는 노력과 그리고 할 수 있다는 믿음이 있어야 한다고 생각합니다. 새로운 장비와 분석 기술이 주는 장점이 있지만, 실험을 통해 데이터와 결과를 만드는 것은 연구자 라는 것을 새삼 느낍니다. 연구에 대한 확신으로 결과를 쌓아가며 결과의 우수성을 알리고 논문이 나오기까지 많은 시간과 노력이 필요했습니다. 현재 이와 같은 연구를 기반으로 후속연구를 진행함에 있어서 빠르게 문제를 찾고 해결방법을 제시하며 함께 소통을 할 수 있음에 자부심을 느낍니다. 또한 주변 동료들이 이제 제 도움 없이도 척척 실험하고 결과를 얻는 모습을 보며 보람을 느낍니다.

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

저는 박사학위를 연세대학교 화공생명공학과 이상엽 교수님 지도하에 '자기조립분자 합성 및 이를 이용한 응용'에 관한 내용으로 취득하였습니다. 이후 박사후연구원으로 현재 한국기초과학지원연구원 광주센터에서 세포에서 이루어지는 변화들을 실시간으로 관찰하며 다양한 질병 관련 약물 제조 및 치료를 위한 연구를 진행하고 있습니다. 최근 과학계에는 융합 연구가 강조되고 있습니다. 한 분야에 국한되지 않고 여러 분야를 넘나들고 소통을 위해서는 끊임없는 도전과 노력이 있어야 한다고 생각합니다. 유연한 사고를 기반으로 내가 할 수 있는 것과 하고 싶은 것의 구분을 명확히 하여 선택과 확신, 열정이 있다면 어디에서든 좋은 연구자가 될 수 있다고 생각합니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

2020년 올해 발표될 연구 결과들과 논문들에 대한 기대가 큽니다. 크고 작은 프로젝트를 떠나 제가 주도적으로 실험한 연구 결과들이 좋은 결실로 많은 연구자들에게 소개될 수 있기를 바랍니다. 또한 바른 연구책임자가 되어 아이디어와 생각을 공유하며 좋은 선생님으로 후배를 양성할 수 있기를 희망합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

가장 먼저, 제가 선택한 길을 믿고 응원해 주시는 아버지, 어머니께 감사드립니다. 박사학위 받겠다며 고군분투하고 있을 동생의 이야기를 많이 들어주지 못해 항상 미안하고 격려합니다. 또한 제가 항상 즐겁게 실험할 수 있도록 믿음과 격려를 아낌없이 주시며 지도해주시는 한국기초과학지원연구원 광주센터 이성수 박사님께 감사를 전하고 싶습니다. 같이 연구를 수행하며 고생한 중앙대학교 안재원 학생, 현재는 스탠포드에 있는 조영주 학생, 논문 작성에 큰 가르침을 주신 중앙대학교 박경순 교수님과 좋은 연구를 할 수 있도록 도와주신 토모큐브 직원분들과 카이스트 물리학과 박용근 교수님께 감사드립니다. 한국기초과학지원연구원 이성수 박사님의 연구실 동료들 천영미 박사님, 윤성규 연구원, 박정원 연구원, 강하영 연구원님께도 항상 적극적인 디스커션과 조언에 감사드립니다. 그리고 저의 부족한 부분을 이끌어주시고 박사학위를 받을 수 있도록 지도해 주시며 좋은 선생님의 본분을 보여주신 연세대학교 이상엽 교수님께 감사드립니다.

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 등록일 2020-01-31
Category: Immunology
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