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1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
손상된 골이 재생되는 과정은 다양한 면역세포 및 줄기세포가 조화를 이루는 메커니즘을 가지고 있습니다. 많은 연구진들이 이러한 세포들의 유입 및 분화의 조절을 위하여 다양한 약물 및 성장인자를 사용하고 골 재생에 효과를 보았지만, 사용되는 용량에 의존한 부작용 및 체내 환경에 의한 약물의 효과 감소등의 문제가 있습니다.
제가 속한 단국대학교 나노바이오의과학과 양희석 교수 연구팀은 위와 같은 부작용은 최소화하며 안정적인 골 재생을 위하여, 우유 유래 단백질 중 하나인 카제인을 골 재생에 도입해 보고자 하였습니다. 카제인은 다양한 생리활성 펩타이드가 포함된 단백질로, 그중 대식세포 이동 촉진 펩타이드 (β-casochemotide-1) 및 칼슘이온 포집 펩타이드 (casein phosphope ptide)가 면역세포 및 줄기세포의 유입 및 줄기세포의 분화에 긍정적인 효과를 가져올 수 있습니다. 또한 카제인은 일상에서 쉽게 획득할 수 있으며, 생체적합성이 우수하다고 알려져 있어 조직공학적 적용에 유리하다는 장점이 있습니다.
저희 연구팀은 폴리비닐알콜과 카제인의 물리적 가교를 이용하여 환부에 이식하기 적합한 형태의 지지체를 화학적 가교에 의한 단백질 변성을 최소화하며 제조하였습니다. 또한 지지체의 표면에 유입된 면역세포의 M2 아형으로의 분극에 더욱 긍정적인 조건과 유입된 세포의 점착을 높이기 위하여 홍합접착단백질을 이용한 표면 처리를 하였습니다. 결과적으로 제작된 우유 유래 단백질 기반 골재생 지지체는 환부에 이식하기 적합한 물리적 성질을 가지고 있으며, 생체적합성이 우수하고, 면역세포의 유입, 점착 및 분극과 줄기세포의 골분화 능력 향상을 나타냄을 생체 외에서 확인하였습니다. 쥐의 두개골 손상모델 및 이소성 골 형성 모델에 이식하여 유입된 세포의 분극화 및 골 재생 효과를 확인하여 골 재생에 우수한 지지체임을 확인하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
이번 연구는 단국대학교 나노바이오의과학과 소속의 줄기세포및조직공학 연구실 (Stem Cell And Tissue Engineering; SCATE) 양희석 교수님 지도 하에 진행하였으며, 이민석 박사님과 함께 주요 연구를 진행하였습니다. 또한 석사생으로 저와 함께 연구를 진행했던 임주한, 박시현 학생의 많은 도움이 있어 연구를 성공적으로 진행할 수 있었습니다. 저희 SCATE 연구실은 지난 10여년간 이식용 나노플랫폼을 이용한 줄기세포의 분화와 생체모방형 지지체의 제조 및 이를 이용한 다양한 조직 재생에 대한 연구를 진행해 오고 있으며 특히 하이드로젤과 3D 프린팅용 바이오잉크 소재를 이용한 조직 재생연구 결과는 그 우수성을 인정받아 기술이전 하였습니다. 저희 SCATE 연구실은 조직재생용 생체재료의 개발, 줄기세포를 이용한 분화연구, 다양한 동물 모델을 이용한 재생연구를 진행할 수 있는 국내에 몇 안 되는 연구실이라고 할 수 있습니다. 저희 연구실은 이번 연구를 비롯해 최근 5년간 Advanced functional materials (IF=19.924), Biomaterials (IF=15.304), Acta Biomaterialia (IF=10.633), ACS Applied materials & interfaces (IF=10.383)등 생체재료분야 상위 10% 이내 논문을 포함한 30편의 임팩트 높은 논문을 발표하며 활발한 연구를 지속하고 있습니다. (연구실 홈페이지: https://www.neoscate.com)
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이번 연구는 2016년부터 구상을 하여 조직공학쪽의 자료가 아닌 식품, 영양, 의류등의 다양한 분야의 레퍼런스들을 찾아 연구하고 수많은 시행착오를 겪으며 수정, 보완되어 진행되었습니다. 지금 돌아보면 당연하게 여겨질 부분도 수개월에 걸려서 원인을 분석하고, 확인하고 결과를 검토하여 다시 시도해 보았습니다. 저는 이번 연구와 함께 성장을 해왔다고 생각합니다. 연구 결과도 중요하지만 얼마나 끈기있게 실험을 진행해야하며 또 동료들의 아낌없는 지원과 지도교수님과의 토의를 통해 실험이 완성되어 가는 “과정의 소중함”을 다시한번 알게되었던 연구였던거 같습니다. 끝이 나지 않을거 같은 긴 연구 기간동안 조금 더 보완해야될 실험들이 있으면 포기하고 싶은 마음도 있었지만 실험의 완성도를 높이기 위해 동료들과 함께 논의하고 연구를 지속적으로 이끌어 오면서 조금더 나은 방향으로 결과들이 도출될때 연구자로서의 자부심을 느낄 수 있었던거 같습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
제가 속한 조직공학 분야는 의학, 생명공학, 화학, 물리학, 생물학등의 학문들이 융합되어진 학문입니다. 하지만 혼자 이러한 학문을 모두 공부하는 일은 굉장히 힘이 들 수 있습니다. 저는 다양한 전공자들과의 커뮤니케이션을 통해 이러한 문제를 많이 해결하였습니다. 학위와 직위에 무관하게 다양한 사람들과 학술 교류를 진행하며, 더욱 창의적이고 융합적인 사고를 갖는 게 훌륭한 연구를 하는데 도움이 될 겁니다. 최근 국내연구자들의 연구결과들을 살펴보면 국내 연구진들이 연구가 해외 연구자들 못지 않은 좋은 연구들이 많이 도출되고 있는 상황인거 같습니다. 연구자로서 학위의 중요성도 필요하지만 학위가 주는 타이틀 보다 연구 경험과 실적, 연구능력, 장비활용 등의 현실적인 이득을 얻을 수 있는 학과 및 연구실 선택이 무엇 보다 중요할 것으로 보입니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
카제인에는 이번연구에서 언급되었던 펩타이드 뿐 아니라 더욱 다양한 생체 활성 펩타이드가 포함되어 있습니다. 이 펩타이드들은 골 재생 뿐 아니라 신경, 근육과 같은 조직재생에도 긍정적인 영향을 미칠것이라 생각되고 현재 몇개의 후속 실험은 진행중에 있습니다. 저는 이러한 기능을 활용하여, 다양한 조직 손상의 회복을 돕는 지지체들을 제작하고 증명하고자 합니다. 뿐만 아니라 생체재료로 사용될 수 있는 소재의 한계점을 극복하기 위해 다양한 분야의 연구진들과의 소통으로 개방적 사고를 가진 연구자로 연구를 진행하고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
언제나 따사로운 햇살처럼 저를 지도해 주시던 양희석 교수님께 감사의 인사를 드립니다. 학부 시절부터 함께 하며 실험실의 정신적 지주 이민석 박사님, 힘든 시간 함께 해준 후배 임주한과 박시현 너무 감사합니다.
마지막으로 저를 항상 지지해 주시는 부모님과 할머니 누나들, 사랑하는 아내 하은경, 딸 전설아! 모두 응원해 줘서 너무 사랑하고 감사합니다!
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