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정다인
정다인(Da In Jeong) 저자 이메일 보기
강원대학교 약학대학
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Iron sulfate-reinforced hydrogel reactors with glucose deprivation, serial reactive oxygen species generation, ferroptosis induction, and photothermal ablation for cancer therapy

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

하이드로겔(hydrogel)은 친수성 고분자 네트워크로 이루어진 3차원 구조체로, 높은 수분 함량, 생체 적합성을 나타내 약물 전달 및 조직공학 분야에서 활발히 연구되고 있습니다. 약물전달시스템(drug delivery system, DDS)이란 약물의 부작용을 최소화함과 동시에 약물의 치료 효과를 극대화시키기 위한 기술을 의미합니다. 하이드로겔은 지속적이고 국소적인 약물 전달이 가능해 초기 burst release로 인해 초래되는 부작용을 줄일 수 있어 약물전달체로써 주목을 받고 있습니다. 본 연구에서는 이런 하이드로겔을 기반으로 기아 요법(starvation therapy), 화학역학적 요법(chemodynamic therapy), 페롭토시스(ferroptosis) 및 광열 치료 요법(photothermal therapy)을 결합시켜 유방암의 국소 치료 효능을 확인하였습니다.

일반적으로 암세포는 높은 증식 속도를 충당하기 위해 포도당을 흡수하기 때문에 충분한 영양분과 산소를 공급받지 못하다면 굶어 죽을 수 있습니다. 이를 기반으로 glucose oxidase는 산소를 사용하여 d-glucose를 glucuronic acid와 hydrogen peroxide로 변환시킵니다. 이때 생성된 hydrogen peroxide는 철, 구리, 망간 같은 금속 이온과 Fenton or Fenton-like reaction을 통해 hydroxyl radical로 변환될 수 있습니다. 암세포의 hydrogen peroxide 농도 (1x10-4 M)가 일반 세포의 농도 (2x10-8 M)에 비해 높긴 하지만 성공적인 화학역학적 요법을 수행하기엔 충분하지 않습니다. 따라서 glucose oxidase를 하이드로겔 내에 봉입시킴으로써 암세포에 기아 요법을 적용시킴과 동시에 자체적인 hydrogen peroxide 생성을 통해 화학역학적 요법에 기여할 수 있습니다. 더불어 하이드로겔에 철을 결합시켜 철 이온이 방출되면 Fenton reaction을 통해 생성된 ROS로 지질막의 과산화를 일으키게 됩니다. 이는 세포 내 철에 의존하는 페롭토시스를 유발하여 암세포를 사멸시킬 수 있습니다. 또한 철 이온은 합성 고분자의 catechol과 결합하므로 광열 치료 요법에도 적용할 수 있습니다. 광열 치료 요법은 빛 에너지를 열로 전환시켜 인접한 세포를 열로 사멸시킬 수 있어 암 치료에 많이 사용됩니다.

또한 본 연구에 사용된 하이드로겔은 신속한 겔화, 단일 주사기 주입, 자가 치유, 전단 박화 등의 적절한 유변학적 및 기계적 특성을 가져 국소 암의 다중 치료에 효율적으로 사용될 것으로 기대됩니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.

본 연구는 강원대학교 약학대학 약학과 약물전달시스템연구실 조현종 교수님 지도하에 수행되었습니다. 저희 연구실은 주로 하이드로겔, 나노입자(nanoparticle), 나노섬유(nanofiber), 마이크로스피어(microsphere) 등을 제조해 이를 기반으로 효과적인 약물 전달을 위한 연구를 진행하고 있습니다. 각종 투여 경로별(주사, 경구, 호흡기, 피부 투여용) 제형 개발과 약물 전달 및 조직 공학을 위한 생체 고분자 합성 및 응용 연구도 진행하고 있습니다. 특히 in vitro 실험 뿐만 아니라 in vivo 실험도 직접 수행할 수 있는 연구 기반이 잘 구축되어 있어 다양한 실험을 경험하고 익힐 수 있습니다.

3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

대학원에 진학해보니 배움에는 끝이 없다는 말이 비로소 와닿는 것 같습니다. 학문이라는 것은 하나를 알게 되면 거기서 끝나는 것이 아니라 또다른 공부해야 할 것들이 넘쳐나는 세계인 것 같습니다. 실험을 할 때 한 번에 결과가 잘 나온다면 매우 좋겠지만 그렇지 않은 경우가 빈번합니다. 그럴 때마다 낙담한 적도 많지만 새로운 돌파구를 찾아낼 때면 제일 큰 보람을 느끼는 것 같습니다. 이 과정이 생각보다 쉽지 않고, 오래 걸리지만 그만큼 차곡차곡 쌓이면서 좋은 결과물이 탄생되는 것 같습니다.

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

아직 저는 누군가에게 조언하기엔 부족한 면이 너무나도 많지만 배우고자 하는 자세로 성실하게 임하면 좋은 성과가 있으리라 생각됩니다. 연구 활동이 생각보다 쉽진 않겠지만 실패한 경험은 다음 성공을 위한 경험치 축적이라 생각하고 포기하지 않았으면 좋겠습니다.

5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

연구자로서 학문적 소양을 넓히기 위해 연구 활동에 더 매진하고 싶습니다. 이번 연구를 기반으로 다중 요법에 적용할 수 있는 물질을 찾아 후속 연구를 진행할 예정입니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....

먼저 아낌없이 지도해주시는 조현종 교수님께 진심으로 감사드린다는 말씀을 전하고 싶습니다. 항상 학생들을 최우선으로 생각하며 베풀어 주시는 은혜에 보답할 수 있도록 더 성장하는 모습을 보여드리고 싶습니다. 아무것도 모르던 저에게 연구 활동을 할 수 있도록 많은 도움을 준 김성윤 연구원, 이송이 박사님을 비롯한 DDS lab 선후배분들께도 감사의 말을 전하고 싶습니다.

그리고 항상 응원해주는 우리 가족들과 친구들에게도 자랑스러운 존재가 될 수 있도록 더 노력하겠습니다.

#Drug delivery #Hydrogel #Biomaterials
Category:
등록일 2022-06-14
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