저희 연구실은 순천향대학교 순천향의생명연구원(SIMS) 소속으로 2015년부터 3차원 생체모사재료를 기반으로 근육질환, 골결손, 연골질환, 대사질환 (지질대사, 베타세포), 켈로이드/비후성 반흔 피부질환, 침샘질환, 익상편과 같은 질환의 치료 또는 in vitro 모델 구축을 위해 다양한 융복합 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 노화와 퇴행성 질환에 기인한 희귀난치성 질환 치료와 장애 극복을 동시에 다루는 주요한 의료기술로서 (1) 환자유래 인간만능줄기세포와 성체줄기세포로부터 고기능성의 3차원 타겟세포 오가노이드 형성 원천기술 확보와 (2) 3D 바이오프린팅과 같은 조직공학 기반 3차원 생체모사 원천기술을 활용한 노화와 퇴행성 질환과 연관된 세포외기질(ECM)의 리모델링의 분자기전 연구도 수행하고 있습니다. 이를 위해 현재 순천향대학교 부속병원 및 국내/외 여러 연구기관 연구팀들과 활발한 공동연구를 진행하고 있습니다.

1) 줄기세포 운명조절을 위한 생체모사재료 개발
줄기세포는 난치/불치성 질환을 치료할 수 있는 차세대의 치료 기법으로 활용될 수 있는 무한한 가능성을 갖고 있지만, 생체내 생존과 생착 그리고 종양 형성을 억제하기 위해서는 효과적인 세포운명 조절 기술이 필요합니다. 따라서 저희 연구실에서는 인간만능줄기세포 (역분화줄기세포, 배아줄기세포)의 자가증식능력 (self-renewal)과 전분화능 (pluripotency)을 하이드로겔 기반의 세포지지체를 개발하여 장기간 동안 유지하며 배양하거나, 혹은 spatio-temporal하게 복잡한 soluble cue 없이 생체모사재료만으로 원하는 세포 lineage로 운명전환 할 수 있는 줄기세포 미세환경 제조기술을 개발하고 있습니다 (그림A). 또한, 환자유래 성체줄기세포 (골수, 지방, 편도조직, 타액선조직)의 niche가 갖고 있는 topographical cue들을 갖고 있는 생체모사 세포지지체를 활용하거나 (그림B), target 신호전달체계를 조절하기 위한 성장유도인자가 코팅된 매트릭스를 활용하여 연골, 골, 지방, 베타세포 오가노이드의 형성을 유도할 수 있는 생체재료를 개발하여 이러한 오가노이드들의 in vivo 효용성/안정성에 대한 연구를 진행 중에 있습니다 (그림C).

2) 로이드/비후성 반흔 피부질환의 분자기전 및 in vitro 모델 개발
켈로이드 혹은 비후성 반흔은 환자들에게 여러 가지 신체적인 어려움을 유발할 뿐만 아니라 정신적인 고통을 유발하는 질환이지만 이에 대한 발생 기전과 조절 기전이 잘 알려지지 않았습니다. 따라서 저희 연구실에서는 환자유래의 섬유모세포를 분리 및 배양하여 켈로이드/비후성 반흔 피부질환의 세포외기질 리모델링 과정과 연관된 분자기전을 이해하려는 연구를 수행 중에 있습니다. 또한, 이와 연관된 in vivo 동물모델이 존재하지 않기에, 정상 또는 질환 환자유래의 섬유모세포를 3D 바이오 프린팅 기술을 통해 생체모사재료에 담지하여 만든 조직을 기반으로 in vitro 모델을 개발하고 있습니다.

3) 환자유래 줄기세포 기반 타액선 재생 연구
두경부암 환자는 방사선 치료 후의 부작용으로 타액선의 비가역적인 기능저하가 야기되며, 그 결과 구강건조증 (dry mouth, xerostomia)과 구강 점막의 손상/궤양 (oral mucositis) 등과 같은 난치성 질환 양상을 갖게 됩니다 (그림A). 따라서 이러한 환자들의 고통을 경감할 수 있는 해결책을 개발하기 위해서 저희 연구실에서는 환자유래 줄기세포 기반 생체모사 다종세포 타액선 오가노이드 형성 기술 개발 (그림B-C)과 조직내 염증 및 섬유화를 최소화할 수 있는 생체재료 개발 연구를 in vivo 질환동물모델을 활용하여 수행하고 있습니다 (그림D).

4) 생체모사 세포시트 공학기술 기반 in vitro 질환모델 개발
익상편 (pterygium)은 안구의 내측 각막(흰자위)에서 각막(검은동자)쪽으로 섬유혈관조직 (fibrovascular tissue)이 자라 들어오는 질환으로 심미적 이상 외에도 건조증, 난시, 각막혼탁을 유도하여 시력손상을 발생시킬 수 있습니다. 이러한 질환은 노화가 진행될수록 유병율이 높아지고, 젊은 환자들에게서 발병 시에는 수술 후에도 재발이 많이 일어나는 질환이지만 이에 대한 분자기전이 현재까지는 잘 알려져 있지 않습니다. 따라서 익상편 질환과 크게 연관된 것으로 알려진 안구내 섬유모세포와 내피세포 간의 구조를 생체모사한 3차원의 기능성 세포시트를 형성기술을 개발하였고, 이러한 익상편 in vitro 질환모델을 이용하여 익상편 질환 진행과 연관된 분자기전을 이해하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.

◯ Nature Communications, 2015, 6:8574.
◯ ACS Biomaterials Science and Engineering, 2015, 1, 7-12.
◯ PNAS, 2014, 111(3): 990-5.
◯ Biomaterials, 2013, 34(4), 912-21.
◯ Journal of Materials Chemistry, 2010, 20(2), 345-51.

◯ 소속: 순천향대학교 순천향의생명연구원
◯ email: yshwang0428@sch.ac.kr
◯ Lab webpage: http://return2enigma.wixsite.com/hwanglab
◯ 이력
▶ 2015-현재 조교수, 순천향대학교 순천향의생명연구원 (SIMS)
▶ 2011-2014 박사후 연구원, UC San Diego (바이오엔지니어링)
▶ 2011 박사, UC San Diego (재료공학)
▶ 2007 석사, UC San Diego (재료공학)
▶ 2006 학사, 성균관대학교 (신소재공학)
○ 연구실 구성원
▶박사과정: 김윤혜, 김주현
▶석사과정: 정지훈
▶학부연구생: 박예진, 민현철, 신명근
▶병역특례연구원: 김현범