줄기세포를 이용한 다양한 질환 치료를 목적으로 본 연구진은 유도만능줄기세포, 인간배아줄기세포, 신경 줄기세포 등을 원하는 세포로 분화시켜 임상에 적용하기 위한 노력을 이어왔다. 본 연구진은 체세포로부터 역분화 줄기세포를 만드는 역분화 리프로그래밍과 또한 원하는 세포로 직접적으로 분화를 유도하는 직접교차분화 세포 리프로그래밍 기술을 통해 보다 안전하고 효율적인 세포치료기술을 연구 함으로서 국내외 재생의학분야의 발전을 위해 힘쓰고 있다. 역분화 및 직접교차분화 세포 리프로그래밍 방법은 환자 체세포로부터 특이적 분화세포를 안전하게 얻을 수 있는 방법으로, 약물 스크리닝 및 신약개발에 좋은 기반시스템임을 다양한 연구결과를 통해 증명하고 있다. 본 연구진은 역분화 및 직접교차분화 세포 리프로그래밍을 통해 신경 및 심근세포 등을 얻었으며, 다양한 분자 세포 생물학적 기술과 신개념의 기술을 이용한 특정세포 유도의 효율성을 높이는 방법을 비교 및 탐색하고 있다.
또한, 현재까지 줄기세포를 생체재료에 배양하여 원하는 조직으로 분화시킨 후 조직을 만드는 방법은 하이드로젤과 같은 생체적합성 재료의 이용 또는 직접 주입 등의 조직공학적인 방법만이 가능하였다. 본 연구진은 오가노이드 (Organoids) 라는 바이오 생체장기를 만들어 다양한 조직으로 분화시킬 수 있는 생장인자의 최적화 연구를 진행 중 이며, 질환모델링 및 신약 개발 등에 중요한 기반시스템을 구축하고 있다. 기존의 연구들은 조직의 타깃세포를 제작하는데 맞추어져 있으나, 만들어진 세포를 직접 환자에게 이식하거나 치료에 적용하기는 어려운 점이 있다. 본 연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 줄기세포를 이용한 오가노이드 (Organoids)를 제작하고 최적화 시스템을 구축함으로서 임상 적용 및 질환 치료를 위한 재생의학 연구의 한 단계 도약을 시도하고 있다.

본 연구진은 신개념의 세포 운명 전환 기술을 개발하여 새로운 단계의 세포 리프로그래밍 기술을 개발하여 세포 리프로그래밍 실용화를 위한 다양한 연구를 이어가고 있다. 예를들어 본 연구실에 구축된 물리적 자극인 전자기파를 이용하여 세포 리프로그래밍을 유도하고, 각 인자의 조합을 통해 최소한의 인자를 이용한 세포운명전환을 연구하고 있다. 다양한 전자기파의 주파수와 세기를 screening 함으로서 최적화 전자기파 환경을 탐색하고 있으며, 만들어진 인간 역분화 줄기세포에서 전분화능 유전자의 발현 확인과 테라토마 형성 및 핵형 분석을 통해 만들어진 역분화줄기 세포의 능력 및 안정성을 확인하고 있다. 또한, Global Gene Expression Pattern을 확인하여 세포 리프로그래밍 과정 중에 관여하는 주요 후보 유전자들을 선별하고 있다. 전자기파 시스템에서 세포 리프로그래밍 유도 과정에서 크로마틴 다이나믹스를 분석하고, Epigenetic modifier들과의 상관관계들을 연구하고 있다. 본 연구진은 전자기파 에너지로 인한 세포 운명전환과정에서의 signaling을 탐색 함으로서, 세포 리프로그래밍의 최적화 환경을 탐색하고 활용하고자 한다.

오가노이드 (Organoid)란 줄기세포나 장기 기원세포로부터 분리한 세포를 3D 배양법으로 다시 응집 및 재조합해 만든 장기 특이적 세포집합체를 말한다. 세포 리프로그래밍 방법을 통해 만들어진 세포를 환자에게 이식하거나 치료에 적용 할 때, 2D 환경에서 생체 내 환경을 재현하기에는 몇 가지 한계가 존재한다. 본 연구진은 실제 환자의 유전자 결함을 연구하기 위한 좋은 modeling system으로서 오가노이드 (Organoid)를 제작하고 있다. 본 연구진은 줄기세포의 자가형성을 통해 조직 및 장기 제작을 유도하는 주요 인자에 관련된 메커니즘을 분석하였으며, 직접교차분화 세포를 활용하여 뇌와 비슷한 구조를 갖는 오가노이드 (Organoid)를 제작하는 등 다양한 장기 유사 오가노이드 (Organoid)를 제작하고 있으며, 이에 최적화 환경을 위한 조건을 연구하고 있다. 또한, 오가노이드 (Organoid)를 이용해 개개인의 환자 적합성 약물 스크리닝 시스템을 구축하고 있다. 특히, 최근 발병율이 증가하고 있으나, 치료제 개발에 난항을 겪고 있는 파킨슨병 질병 모델을 환자로부터 유래된 세포를 통해 제작된 파킨슨병 질병 모델 오가노이드를 통해 질환발병메커니즘의 이해 및 질환 치료에 대한 새로운 접근법을 제시할 수 있을 것으로 사료된다. 유전적 희귀 질환 및 사고로 인한 장기 손상으로 인한 조직 손상 시 발생되는 다양한 문제점들을 극복 할 수 있을 것이다.

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