본 생체 모방 재료 및 줄기세포 공학 연구실은 생명공학을 기반으로 재료과학, 생화학, 세포생물학의 지식들을 접목시켜 조직공학을 발전을 위한 연구를 진행하고 있다 <그림 1>. 조직공학은 생명과학, 의학 및 공학이 연계된 융합분야로 의학의 발달에 따라 조직, 장기의 치료제 및 대체재의 수요가 급증함에 따라 그 중요성이 부각되고 있다. 현재 조직공학 분야에서는 줄기세포를 이용한 근육/연골/골 조직 재생과 관련한 많은 연구가 진행되고 있지만 이를 임상에 적용하기는 아직 어려운 실정이다. 따라서 본 연구진은 다양한 생체 모방 재료들을 이용하여 이를 조직공학에 필요한 비바이러스성 전달체 제작, 손상된 장기 혹은 조직 복원을 위한 지지체(Scaffold) 제작, 혈관 재생을 위한 약물 전달 시스템 개발 및 세포 표면 개질을 통한 세포 이식 효율성 증대 연구들을 진행하고 있다. 이를 통해 근육/연골/골 분화와 관련된 연구를 조직 재생과 연관하여 연구가 진행된다면 임상 및 보다 실질적 활용이 가능할 것으로 생각된다.

유전자를 전달하는 데에 있어서 바이러스를 이용한 유전자 전달은 높은 효율을 갖지만, 세포 내 DNA의 삽입 과정에서 세포 독성과 유전자 발현의 지속성 및 안정성이 떨어지는 문제를 갖는다. 따라서 이를 보완하기 위해 여러 가지 비바이러스성 전달체를 이용하여 유전자를 전달하는 방법 중, 본 연구실에서는 다양한 조합 및 구조를 가지고 있는 생분해성 양이온 고분자 라이브러리로부터 낮은 세포독성 및 높은 유전자 전달 효율을 가지는 고분자를 선정하여 유전자 전달에 이용하였고 이를 기반으로 연골세포에서 근육세포로의 세포전환 기법을 확립하였다 <그림2>.

골다공증 환자는 연평균 13%씩 증가하고 있는 것으로 나타나며, 2026년 국내 고령인구 비율이20%를 넘어 초 고령 사회로 진입하면서 골다공증 치료제의 수요는 꾸준히 증가할 것으로 전망 된다. 이에 대한 치료제로는 현재 상용화되어있는 비스 포스포네이트 약품이 있으나 적당량의 복용이 넘거나 장기간 복용 시 뼈를 약하게 하며 소화관에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 근본적으로 골다공증의 증상을 완화하며 안전성 측면에서 개선된 새로운 치료 기법이 필요하다. 본 연구실에서는 재조합 단백질을 전달을 이용한 세포전환 방법으로 새로운 방식의 골다공증 치료법을 개발하고 있다. 본 연구에서는 골 조직 특이적 저분자 물질을 이용하여 생체 내 조직 특이적 전달이 가능한 융합복합체를 개발하고 이를 골다공증 치료제로서의 효능 및 품질을 평가하는 기술을 확립하고자한다 <그림 3>.

현재 셍체 재료를 이용한 손상된 장기 혹은 조직을 복원하려 하는 시도가 많이 이루어지고 있다. 살아있는 조직과 유사한 역할을 하기 위해서는, 삼차원 구조의 지지체, 즉 실제 조직과 비슷한 모양을 모사하는 것이 중요하다. 삼차원 프린터 등이 조직 공학에 응용이 되어 많이 적용중이지만, 살아 있는 세포에의 적용이나 인쇄 가능한 재료의 한계 등으로 문제점이 노출되고 있다. 그래서 본 연구실에서는 간단한 종이에 화학적 변경과 하이드로겔을 적용하고, 오리가미 방법을 이용하여 실제 조직을 모사하고 이를 동물 모델에 적용했다 <그림 4>.

최근 세포 이식을 통한 치료법이 개발되고 있으나, 주입된 세포가 인체로 주입될 때 생존율이 낮아 치료 효율이 낮은 문제가 있어 인체 내에서의 세포의 생존율 향상 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다. 그리하여 본 연구에서는 효율적인 생리활성 고분자 세포 표면 개질 방법을 통해 주입된 세포의 생리활성도 및 생착성 제어를 할 수 있는 소재 개발을 목표로 하고 있다. 현재 제안하는 방법으로는 세포 표면의 단백질들을 개질하므로서 기존의 시스템들보다 짧고 간단하게 세포 표면을 개질하므로서 다기능성을 가지는 세포 제작을 구현하려 한다 <그림 5>.

지금까지 개발된 이식용 합성재료는 숙주조직과 혼성되지 않을 뿐 아니라 수명의 한계가 있으며, 외과적인 수술이 필요하는 등의 문제점이 있다. 본 연구진은 생체 내에서 활성화 될 수 있는 광중합성 PEG 기반 하이드로겔의 제작과 연골세포로의 분화유도를 최적화시키기 위한 bio-synthetic niche를 생성하기 위한 연구를 진행하였다. 생체재료 및 생체모방 재료를 이용한 배아 줄기세포, 성체 줄기세포, 유도 만능 줄기세포에 분화에 관한 연구를 수행하였으며, 이를 바탕으로 다양한 줄기세포를 이용한 분화 제어, 재생의학 및 조직공학에 연구를 수행하였다. 최근에는 생체재료가 이식된 후 주변 숙주조직과 integration을 는 방법에대해 연구를 진행하고 있고 이는 이식된 생체재료가 장기적으로도 지속하는 데에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다 <그림 6>.

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