1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
줄기세포를 이용하는 재생 의학 분야가 최근 크게 각광 받고 있습니다. 줄기세포가 그 어떤 세포로도 분화할 수 있는 만능세포로 불리기 때문인데, 이를 이용해서 다양한 종류의 불치병/난치병이나 장애 등을 치료할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 특히, 신경계 쪽은 한번 손상되면 손상을 입은 세포를 정상세포로 대체하지 않고는 기능을 회복하기 어려운 경우가 대부분이며, 이로 인하여 건강한 신경세포(neuron)을 생성할 수 있는 신경줄기세포를 이용하는 신경병성 질환 치료가 많이 연구되고 있습니다.
그러나, 신경줄기세포에서 신경세포를 만들 때, 신경세포가 얼마나 생성 되었는지, 그리고 그 세포가 실질적으로 잘 기능을 하는 세포인지 확인하기란 매우 어렵습니다. 또한, 무엇보다도, PCR 이나 Western blotting 등 다양한 기법을 이용하여 세포의 성공적인 분화 및 기능성을 확인하였다고 하더라도, 이러한 기법을 활용하기 위해서는 세포를 고정화 하거나 용해시키는 과정이 반드시 필요하므로, 분석이 끝난 세포는 결국 세포치료제로 활용할 수 없다는 단점이 있었습니다.
이러한 사실에 기반하여, 세포를 고정화/용해 시키지 않고, 줄기세포가 원하는 세포로 분화하였는가와 이 세포가 정상적으로 기능하는지를 쉽고, 빠르고, 정확하게, 그리고 무엇보다 세포의 활성을 해치지 않으면서 분석할 수 있는 방법이 있으면 매우 좋겠다는 생각을 하였습니다.
본 연구에서는 이를 위하여, 세포를 칩 상에서 배양하고 분화하여, 줄기세포가 특정 세포 (도파민 분비 세포)로 분화하는 것을 전기화학적으로 분석할 수 있는 방법에 대해 보고하였습니다. 이러한 연구에서 가장 중요한 점이 바로 세포가 전극으로 잘 붙고 성장해야 한다는 것인데, 본 연구에서는 이것을 대면적 균일 나노구조를 제작함으로써 해결하였습니다. 특정 형태의 나노 구조가 균일하게 생성되어 세포의 adhesion과 성장에 크게 도움을 주고, 또한 동시에 컵 모양의 3차원 나노 구조로 인하여 전극의 전기화학적 민감도가 2차원 전극과 비교할 때 향상 된다는 것이었습니다. 이러한 전극 자체의 biocompatibility 증가와 전기화학적 민감도 증가로 인하여, 결국 저희가 목표로 하는 가장 중요한 신경전달 물질 중 하나인 도파민을 분비하는 세포가 신경줄기세포로부터 생성되는 것을 측정할 수 있는 새로운 플랫폼을 제작하는데 성공하였습니다.
앞으로 이러한 기술이 더욱 발전하여, 다양한 줄기세포의 활성이나 분화, 사멸 등을 칩 상에서 빠르고 정확하게 분석할 수 있는 실용화 기술이 개발되어, 줄기세포를 이용한 다양한 질병을 치료하는 시대가 빨리 도래했으면 하는 바램입니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.
이 연구는 제가 얼마 전까지 박사 후 연구원으로 일했던 미국 럿거스 대학교 화학과/바이오메디컬 공학과의 이기범 교수님 (Prof. Ki-Bum Lee)과, 서강대 화공생명공학과 최정우 교수님의 공동 지도하에 수행되었습니다. 럿거스 이기범 교수님 연구팀은 박사후 연구원 1명, 박사과정 9명, 석사과정 3명으로 구성되어 있으며, 다양한 종류의 나노 복합 물질을 이용한 줄기세포 제어, 암세포 치료 및 바이오센싱 등의 융합 연구를 수행하고 있습니다. 혹시 관련 분야에 관심이 있으신 분은 이기범 교수님 연구실 홈페이지(http://kblee.rutgers.edu/)의 research interests 및 publications 쪽에서 자세히 보실 수 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
이 연구를 기획한 것이 2012년 이었는데, 출판이 2015년에 되었으니 거의 3년이 넘게 걸린 프로젝트 같습니다. 정말 신기하게도 각 단계마다 실험을 포기하고 싶을 만큼의 큰 시련이 있었지만, 결국 잘 마무리되어 이렇게 연구한 내용을 출판할 수 있게 된 것에 큰 기쁨을 느낍니다. 줄기세포 연구를 하면서 가장 큰 자부심은 언젠가는 저의 연구 내용이나 기술이 불치병/난치병 치료 등에 조금이나마 도움이 될 수 있다는 점인 것 같습니다. 앞으로도 이러한 점을 잊지 않고, 더욱 의미 있는 연구를 하기 위해 노력하겠습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해주신다면?
너무 한가지 연구에만 몰두하다 보면 실험이 잘 안될 경우 쉽게 지치고 연구 활동에 더욱 큰 스트레스를 받게 되는 것 같습니다. 한가지 프로젝트가 잘 안될 때 다른 곳에 집중할 수 있도록 프로젝트를 여러 개 가지고 동시에 진행하는 것도 좋은 방법 같습니다. 또한 너무 힘들고 지치실 때는 가끔씩 기분 전환도 하고, 쉬기도 하시면서 현재 연구 상황에 대해 다시 생각해보면, 그 동안 진행해 왔던 여러 가지 연구 프로젝트에 대해 조금 다른 관점에서 다시 보게 될 수 있는 것 같습니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
운이 좋아서 이번에 새로운 곳에서 저의 연구를 시작할 수 있게 되었습니다. 앞으로 제가 계획했던 다양한 연구들을 하나씩 실행해 나가며, 즐겁게 연구하고 또한 줄기세포 공학 분야에서 인정받는 독립된 연구자가 되고 싶습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들....
먼저 저와 함께 이 연구를 수행하면서 정말 많이 고생 했던 이 논문의 공동 주저자인 예철헌 박사님께 감사의 말씀을 드리고 싶습니다. 또한 항상 좋은 연구를 할 수 있도록 많이 배려해 주시고 격려해 주셨던 박사 후 과정 지도교수님이신 이기범 교수님과, 친절하고 정확하게 연구 지도를 해 주셨던 박사 지도교수님이신 최정우 교수님께 감사의 말씀을 드립니다. 또한 이 연구를 성공적으로 마치기 위해서 다 같이 긴 시간 노력한 연구실 멤버들에게 정말 고맙다는 인사를 드리고 싶으며, 마지막으로 이 연구의 핵심인 나노 패터닝 기술을 처음부터 자세하고 친절하게 가르쳐주신 박유신 선생님과 정건영 교수님께 깊은 감사의 말씀을 드리고 싶습니다.