1. 연구실 소개

본 연구실은 연세대학교 생명시스템대학 생명공학과 소속으로 신경질환, 심혈관질환, 간질환, 골결손 등과 같은 난치성 질환 치료를 위한 줄기세포 기반 조직 재생 기술을 개발하는 연구를 활발히 수행하고 있다. 줄기세포는 난치성, 퇴행성 질환의 치료를 위한 세포 치료제로서 많은 각광을 받고 있으나 증식 및 배양이 어렵고 분화 조절 및 세포 치료제의 기능성, 효용성, 안전성 등의 측면에서 아직 해결해야 할 문제점이 많다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 본 연구실에서는 기능성 생체재료를 기반으로 한 줄기세포, 조직공학 및 약물/유전자 전달 관련 바이오메디칼 공학 연구를 활발히 진행하고 있다. 현재 국내/외 여러 기관과 활발한 공동 연구를 진행하고 있으며 관련 분야 유수의 SCI 저널에 논문을 발표하여 왔다.

2. 진행 중인 연구 주제

1) 줄기세포 치료 및 조직공학 응용을 위한 기능성 생체소재 개발
본 연구실에서는 다양한 줄기세포(유도만능줄기세포, 배아줄기세포, 신경줄기세포, 중간엽줄기세포 등)의 배양, 분화 및 이식을 위한 기능성 생체소재를 개발하고 있다. 특히, 다양한 생리활성 물질을 이용한 생체소재 표면 수식 방법을 이용하여 줄기세포의 증식, 분화 조절 및 기능성을 향상시키는 연구들이 진행되고 있으며 줄기세포의 치료제로서의 효능을 향상시키기 위한 기능성 신규 하이드로젤 및 의료용 접착소재의 개발 연구 또한 활발히 진행되고 있다. 최근에는 다양한 조직 유래의 탈세포 매트릭스를 이용한 조직공학적 응용연구가 진행되고 있다.


2) 줄기세포 분화 및 리프로그래밍 증진을 위한 생체소재 및 나노소재 개발
줄기세포의 분화와 세포전환을 위한 리프로그래밍 효율을 높이기 위해 생체소재 및 나노소재를 개발하고 이를 세포 치료 기술에 적용하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 본 연구실에서는 다양한 자극 감응성 스마트 생체소재 및 다기능성 나노파티클을 개발하여 줄기세포의 분화 및 직접교차분화를 정밀하게 조절할 수 있는 기반 기술을 구축하였고, 특히 신경세포, 근육세포, 간세포, 골세포 등으로의 분화 효율을 증진시키는 연구를 진행하고 있다. 또한, 고분자 나노파티클 기반 전사인자 유전자 전달 기술과 전기자극 디바이스를 접목하여 안전성과 기능성이 증진된 신경세포로의 직접교차분화 기술을 확립하였고 질병 모델링, 신약개발 및 세포치료제로서의 가능성을 검증한 바 있다.


3) 줄기세포 미세환경 조절을 위한 나노/마이크로 디바이스 개발
줄기세포의 미세환경 조절은 줄기세포의 생장과 분화에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에 본 연구실에서는 줄기세포 미세환경을 모사할 수 있는 나노패턴 소재 및 미세유체 디바이스를 개발하여 줄기세포의 생체 내 거동을 예측하고 모델링하는 연구도 활발히 진행하고 있다. 이러한 패턴 및 디바이스 소재는 반도체 제조공정인 미세가공 기술을 바탕으로 제작되며 생체 내 미세환경과 유사한 증식 및 분화 환경을 제공함으로써 초소형 칩에서 3차원 마이크로 미세환경, 세포외기질 구조, 주변 다른 세포와의 공배양 등의 상황을 모사할 수 있는 장점을 가진다. 본 연구팀에서는 신경조직, 혈관조직, 간조직 등의 조직 특이적 미세환경을 디바이스 내에 구현하여 다양한 유형의 줄기세포 분화를 증진시키는 조건을 탐색하고 이를 세포치료제의 효능을 증진시키는 방향으로 접목하는 연구를 진행하고 있다.


4) 줄기세포 기반 스페로이드 및 오가노이드 연구
본 연구실에서는 줄기세포의 치료 효능과 분화능 향상을 위한 스페로이드 제작 및 이를 난치성 질환 치료에 응용하는 연구를 진행하고 있다. 특히, 마이크로/나노시스템 기반 디바이스를 이용한 효율적인 스페로이드 형성 방법을 구축하고 이를 이용하여 줄기세포의 혈관 및 신경재생 효능을 향상시키는 연구를 수행한 바 있다. 또한, 최근 각광을 받고 있는 오가노이드 연구의 한계점을 극복하고자 다양한 공학적 접근 방법을 접목하는 오가노이드 배양 및 기능 증진 연구가 활발히 진행 중에 있다.


5) 유전자 및 약물전달 시스템 개발
기존의 바이러스성 전달체는 유전자 전달 효율은 높은 반면 안전성 문제로 임상 적용과 상업화에 한계를 보여왔다. 본 연구실에서는 유전자 치료 및 세포 리프로그래밍의 효율을 향상시킬 수 있는 나노입자 형태의 생분해성/비바이러스성 유전자 및 약물전달 시스템을 개발하고 있다. 이를 위해 다양한 조합이 가능한 합성고분자뿐 아니라 생체 유래 천연물질 기반의 유전자 전달체 개발을 통해 기존의 전달체에 비해 보다 안전성과 전달 효율이 증진된 유전자 및 약물전달 시스템 개발 연구를 활발히 진행하고 있다.

3. 대표 논문실적

Nature Biomedical Engineering 2018 (in press)
Advanced Functional Materials 2018 (in press)
Advanced Functional Materials 2018;28(6):1705244. (Front Cover)
Chemistry of Materials 2017;29(10):4375-4384
Advanced Materials 2016;28(34):7365-7374 (Front Cover)
Advanced Functional Materials 2016;26(32):5804-5817 (Back Cover)
Advanced Functional Materials 2015;25(30):4754-4760 (Front Cover)
Advanced Functional Materials 2015;25(25):3814-3824 (Inside Front Cover)
Advanced Materials 2014;26(41):7043-7050 (Front Cover)
ACS Nano 2014;8(8):7809-7822
Advanced Functional Materials 2013;23(14):1774-1780 (Back Cover)
Advanced Drug Delivery Reviews 2012;64(1):40-52
Nature Materials 2010;9:768-778
PNAS 2010;107:3317-3322
Circulation 2007;116:2409-2419

1) 연구책임자: 연세대학교 생명시스템대학 생명공학과 조승우 교수 (seungwoocho@yonsei.ac.kr) 2) 연구실 구성원
연구실 홈페이지: http://scel.yonsei.ac.kr
연구실 구성원: 연구교수 1명, Post-Doc 1명, 연구원 1명, 석박사통합과정 13명