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[국내연구팀 소개] UNIST-WRIRM-UniBasel 생체장기모사 연구센터 UNIST 김철민 교수

관리자

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2018 WEB ZINE NO.3

  • ▶ 해외우수연구기관유치사업(GRDC)

  • UNIST-WRIRM-UniBasel 생체장기모사 연구센터
    센터장: UNIST 김철민 교수
1. GRDC 개요

고효율-대용량의 신약 스크리닝 플랫폼을 구축하기 위하여 다양한 생체모사 장기를 개발하고 이에 수반하는 원천기술을 확보하여 유용성을 검증하고자 한다. 이를 위하여 현재 바이오프린팅 분야에서 선도역량을 보유한 웨이크 포리스트 재생의학연구소 (Wake Forest Institute for Regenerative Medicine, 이하 WFIRM) 및 다국적 제약기업의 거점인 스위스 바젤 의과대학(University of Basel Faculty of Medicine, 이하 UniBasel) 과 울산과학기술원 (Ulsan national institute of science and technology, 이하 UNIST) 내에 보유하고 있는 바이오 메디컬 기반 기술들을 융합하여 상호 보완적 협업의 바탕 위에서 삼자 간의 인적, 기술적 교류를 촉진할 국제공동연구센터를 설립하는 것을 목표로 한다. 본 공동 연구센터의 성공적인 설립 및 운영을 통해 미래 협력 연구의 표본이 되고, 최종적인 연구 목표를 달성하여 미래 의료 패러다임을 선도하는 동북아 바이오 메디컬 R&D 허브로 거듭날 것으로 기대한다.

2. GRDC 설립 배경 및 연구 목표

(1) 설립 배경

PubMed에서 "stem cell"을 검색하면 약 37만건의 문헌이 검색되는데 이 중 임상연구 만을 선별하는 작업과 실시간 업데이트되는 최신문헌을 검토하는 과정은 많은 시간과 노력을 요한다.
- 임상연구 수행에 있어서 연구설계가 확정되어 있지 않고, 임상연구 수행 및 결과평가를 위한 과학적인 정보·분석 자료가 미비하여 연구개발시 관련 자료 조사 및 분석에 어려움이 많다.
- PubMed에서 등재되어 있는 줄기세포를 적용한 임상연구를 체계적 문헌고찰 기법을 통해 검색하고 국내외 임상시험으로 수행된 모든 연구논문 자료 및 clinicaltrials.gov에 등록된 줄기세포를 적용한 임상연구 프로토콜 정보를 분석하여 웹기반 임상연구 정보시스템에 모아서 등록하였다.
- StemcreDB에서는 검색기능, 마일스톤, 시각적 분석 3가지 가능을 이용할 수 있다.

(2) 연구 목표

- GRDC는 이러한 고비용과 많은 노력이 필요한 임상단계를 '생체모사장기 기반 스크리닝' 을 통해 전임상단계를 대체하고자 설립되었다. 또한 바이오프린팅 분야에서 선도 역량을 보유한 웨이크포리스트 재생의학연구소와 다국적 제약기업의 거점인 스위스 바젤 의과대학과의 협업을 바탕으로 인적 기술적 교류촉진을 목표한다.

- GRDC 연구센터는 신뢰성 있고 정확도 높은 생체모사 신약스크리닝 플랫폼 개발을 목표로 한다. GRDC는 UNIST 외 전문 기관에서 갖춘 3D 바이오칩 기술, 3D 바이오프린팅, 멀티스케일 이미징을 활용하여 신약개발을 위한 'High-throughput 3D 생체모사 플랫폼'을 제작하고자 한다. 본 연구센터는 약물 독성평가, 약물 동역학, 표적약물전달, 신약 스크리닝에 이를 활용하고, 생체장기 모사분야의 글로벌 R&D 허브 구축을 목표한다.

3. GRDC 연구기관 및 연구내용

(1) WFIRM
 소재지 : Winston-Salem, North Carolina, USA
 개요 : Wake Forest 의과대학 및 병원(Baptist Hospital) 산하에 설립된 최초이자 세계적 권위를 가진 재생의학전문 연구소임.
 공동연구 책임자 : James Yoo, M.D.
 주요 연구분야
- 손상 조직 혹은 장기의 치료를 위한 재생의학 기술 개발
- 30여 개의 인체 장기 전반에 대한 치료를 위한 인공 장기 재생
- 줄기세포의 분리, 배양 및 분화 기술 연구
- 신약의 독성 및 효능 테스트를 위한 생체 모델 개발

(2) UniBasel
 소재지 : Basel, Switzerland
 개 요 : 노바티스나 로슈와 같은 글로벌 제약사의 거점에 위치하고 있는 임상연구 중심의 대학병원으로 생명과학 및 제약 분야의 산학연 협동 연구가 활발히 진행됨.
 공동연구 책임자 : Hans-Florian Zeilhofer, M.D., Ph.D.
 주요 연구분야 :
- 3D 프린팅을 이용한 구강 및 상악안면 수술 연구
- 신약 후보물질의 발굴 및 개발

(3) UNIST
 소재지 : 울산광역시, 대한민국
 개요 : 울산 소재의 게놈 센터, 빅 데이터 센터, 3D 프린팅 센터 및 바이오 메디컬 기반 기술을 보유한 연구기관임.
 공동연구 책임자 : 김철민, Ph.D.
 주요 연구분야 :
- 다차원적 생체조직 바이오칩 개발
- 시스템생물학적 생체조직 설계
- 바이오프린팅 기반 조직공학
- 멀티스케일 이미징 기반 생체조직 분석
- 테라노스틱 약물 전달체

4. UNIST 연구진 및 연구분야


(1) High throughput 신약 스크리닝용 다차원적 바이오칩 기술개발 참여 연구진: 박태은 교수, 강주헌 교수
- 생체장기모사체와 결합이 가능한 organ-on-a-chip을 설계하고 진단 및 신약 스크리닝 플랫폼 제작 공정기술 개발을 목표로 한다. 또한 신약 스크리닝을 수행하기 위해 광학 분석이 가능한 일체형 모듈 개발에 대한 연구를 진행한다.

(2) 바이오칩 분석을 위한 시스템생물학적 설계
참여 연구진: 김철민 교수
- Organ-on-a-chip 설계에 필요한 시스템생물학적 연구를 진행한다. 또한 organ-on-a-chip에 결합된 생체장기의 약물 반응에 대한 시스템생물학적 분석기술 개발을 목표로 한다.

(3) 바이오프린팅 기반 조직공학 기술
참여 연구진: 강현욱 교수, 차채녕 교수
- 혈류 공급이 가능한 혈관 구조체 제작 기술을 개발하고 이를 활용하여 혈관 구조체가 내재된 종양 또는 근육 조직 모사체 제작을 목표로 한다.
또한 제작된 혈관 내재형 생체조직 모사체의 기능 검증 및 다양한 장기로의 활용 방안을 구축하고자 한다
. - 미세 유체에 부착 가능한 접착성 하이드로젤과 세포 주입 마이크로젤을 제작하고 오가노이드 형성 유도에 관한 연구를 진행한다. 또한 오가노이드 프린팅을 이용한 조직 패터닝 기술을 개발하고자 한다.

(4) 멀티스케일 이미징을 이용한 세포생물학적 분석 기술
참여 연구진: 정웅규 교수, 배성철 교수
- 세포, 조직, 장기 등의 다양한 레벨에서 생명현상 관찰이 가능한 이미징 기술을 개발한다. 또한 3D 영상분석 기술 및 VR을 이용한 이미지 투영 기술 개발을 위한 연구를 진행하며 개발된 세포생물학적 분석 기술을 활용하여 제작된 생체모사 장기 디바이스의 이미징을 진행하고자 한다.

(5) 인체장기 표적형 약물전달체 개발
참여 연구진: 권혁무 교수, 박태은 교수, 차채녕 교수
- 혈관 내재형 생체 조직 모사체를 이용한 인체장기 표적 리간드 스크리닝에 관한 연구를 진행한다. 동정한 리간드로 수식한 인체장기 표적 나노 약물 전달체 개발을 목표로 한다.

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