전누리 교수님 연구실 인터뷰

 

연구실 대표 최혜리 연구원, 이정섭 연구원

 

Q1.간단한 연구실 소개와 연구 분야 소개 부탁드립니다.

안녕하세요, 저희는 전누리 교수님 지도하시는 멀티스케일 의기계공학 연구실입니다. 저희 연구실은 장기칩(Organ on a chip) 기술을 전문으로 하는 연구 그룹으로, 이 분야가 생소하게 느껴질 수 있으나, 그 중요성과 혁신성은 매우 큽니다. 장기칩 기술은 인간의 장기 기능을 모방하는 미세유체 장치의 설계 및 개발에 중점을 두고 있으며, 이를 통해 생체 외 환경에서 인간 장기의 생리학적 및 병리학적 반응을 재현합니다. 이는 신약 개발, 질병 연구, 개인 맞춤형 의학에 있어 혁신적인 접근 방식을 제공하며, 공학과 의학의 교차점에서 다양한 시각과 넓은 안목을 필요로 하는 연구 분야입니다.

 

Q2. 최근 진행하고 계신/진행하신 대표 연구에 대해 간략히 소개 부탁드립니다.

저희 연구실은 크게 세 가지 주요 연구 분야에 집중하고 있습니다: 장기칩 구조 설계, 데이터 분석, 그리고 체외 모델링입니다.

장기칩 구조 설계 분야에서는 기존의 PDMS 플랫폼을 넘어서, 사출성형 및 3D 프린팅 기술을 활용한 새로운 장기칩 설계에 주력하고 있습니다. 특히, Gibbs free energy expression을 기반으로 한 Suspended capillary flow, dynamics of capillary flow, spontaneous capillary flow를 구현하는 플랫폼 개발에 중점을 두고 있으며, Young-Laplace equation을 활용하여 open lattice 구조를 연구함으로써 복잡한 생체 구조를 모사할 수 있는 혁신적인 플랫폼을 개발하고 있습니다.

데이터 분석 분야에서는 장기칩으로부터 얻어지는 방대한 이미지 결과 데이터를 효과적으로 분석하고 활용하기 위해 CNN 기반의 이미지 생성 신경망 연구, 패턴 인식을 통한 정량적 데이터 분석, 다양한 단백질 분석 등을 진행하고 있습니다. 이러한 연구는 장기칩 기술의 정확성과 효율성을 높이는 데 기여하며, 생명과학과 융합된 분야에서의 새로운 발견과 이해를 가능하게 합니다.

체외 모델링 분야에서는 인간 장기의 생리학적 및 병리학적 환경을 장기칩 내에서 유사하게 재현하기 위한 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 종양 미세환경과 면역 미세환경 구축에 집중하여, 장기칩 내에서 다양한 세포들을 함께 배양하거나 특정 조건을 설정하는 방법에 대해 연구하고 있습니다. 이는 암 연구 및 면역 반응 연구에 있어 중요한 기여를 하고 있습니다.

저희 멀티스케일 의기계공학 연구실은 이처럼 다양한 분야에서 혁신적인 연구를 진행하며, 공학과 의학의 경계를 넘나드는 새로운 지식과 기술을 창출해 나가고 있습니다.

 

Q3. 해당 연구를 진행하면서 가장 힘들었던 점과 이를 극복한 방법이 있다면 말씀 부탁드립니다.

장기칩 연구의 중심에 있는 구조 설계에 대해 이야기하자면, 이 분야는 다양한 학문 간 지식을 요구합니다. 공학적 관점에서 보면, 미세유체 장치를 정밀하게 설계하고 제작하는 것, 그리고 생체에 호환되는 재료를 선택하는 것 등은 상당한 도전을 안겨줍니다. 의학적 관점에서는, 인간 장기의 복잡한 3D 구조와 기능을 정확히 모방하는 것이 큰 난제입니다. 이러한 과제들은 연구를 진행함에 있어 상당한 어려움을 제공합니다. 더욱이, 이 연구 분야는 아직 초기 단계에 있어 많은 문제를 스스로 해결해 나가야 합니다.

이런 도전들을 극복하기 위해, 우리 연구실은 팀워크와 협력을 매우 중요하게 여깁니다. 공학자부터 생물학자까지, 다양한 분야의 전문가들로 구성된 다학제적 팀을 통해, 모두가 자신의 전문 지식을 나누며 문제를 함께 해결해 나갑니다. 이런 융합을 통해 우리는 연구의 한계를 넘어설 수 있습니다. 또한, 우리는 지속적인 교육과 학습을 게을리하지 않습니다. 모든 연구원은 자신의 전문 분야뿐만 아니라 관련 분야에 대해서도 계속해서 배우고 있으며, 저 또한 공학적 기반을 가지고 있으면서도 의학 분야의 최신 동향과 기본 지식에 대해 열린 마음으로 접근합니다.

장기칩 연구는 기존의 정립된 기술이나 연구 자료가 상대적으로 부족하기 때문에, 연구 과정에서 끊임없이 어려움에 직면하지만, 이를 연구팀과 함께 극복해 나가며 이 분야를 개척해 나간다는 것에 큰 성취감을 느낍니다.

 

Q4. 연구실에서 보유하고 있는 특별한 장치 또는 설비가 있다면 소개 부탁드립니다.

미세유체칩 제작에 필요한 장비와 세포 실험 분석에 필요한 다양한 장비를 보유하고 있습니다. 자동으로 액체를 흡입하고 주입하는 NIMBUS Automated Liquid Handling system을 저희가 개발한 플랫폼 규격에 맞추어 설정하여 패터닝 및 시료 처리를 자동화하는 방식으로 발전시키고자 하고 있습니다. 또한, 3차원 세포 배양 샘플을 이미징할 때 사용하는 형광/공초점현미경 외에도 인큐베이터 안에 배치하여 실시간 형광 이미지를 찍을 수 있는 Curiosis 사의 Celloger Mini Plus를 보유하고 있어 효율적으로 실험을 진행할 수 있습니다. 그 외에 칩을 제작할 때 사용하는 DLP 방식의 3D 프린터 여러 대와 eletrospinning 장비를 구비하고 있습니다.

 

Q5. 이 외에 하고 싶으신 말씀 부탁드립니다.

저희는 최근 글로벌 제약사, NIH, FDA 등 국제 기관들과의 협력을 통해 장기칩 분야에서 세계적인 연구를 수행하고 있으며, 장기칩을 기반으로 한 표준 시험법의 개발을 추진하고 있습니다. 또한, 네이처 자매지를 비롯한 학술지에 논문을 게재하여 우수한 연구 성과를 세계에 알리고 분야를 선도하고 있습니다. 저희 연구실은 또한 연구재단에서 제공하는 가장 큰 개인 과제 중 하나인 리더 연구에 참여하여 세계 최초로 면역-종양 미세환경 사이클을 구현하는 체외 플랫폼을 개발하고 있으며, 적극적인 연구 지원과 세계적인 리더로 성장하는 기회를 많이 얻고 있습니다.  

교수님께서 박사 과정생에게 가장 중요한 자질로 자기주도적으로 문제를 파악하고 해결하는 능력을 강조하신 것이 기억이 납니다. 연구를 진행할 때 연구의 목적과 중요성을 이해하고, 실험을 계획하며 어려움에 직면했을 때 스스로 해결책을 찾을 수 있도록 지도를 해주시는 편입니다. 이러한 자기주도성이 연구자로 성장하는 과정에서 가장 큰 가르침이 될 것이라 생각됩니다.

 

MEch-SSENGER 정석철