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[재외연구자 소개] Rutgers University_최혜규 박사

관리자

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성명: 최혜규

이메일 주소: hye.choi@rutgers.edu

소속: Postdoctoral Fellow, Department of Chemistry and Chemical biology, Rutgers, The State University of New Jersey

Education:

2015 BS, Department of Chemical Engineering, Hongik University

2017 MS, Department of Biomedical Engineering, Sogang University

2022 Ph.D., Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Sogang University

연구자 소개 (최혜규, Hye Kyu Choi, Ph.D.)

저는 줄기세포의 생장 및 분화를 다양한 나노물질과 나노구조체를 이용하여 조절하고, 이를 재생의학에 응용하는 연구를 목표로 삼고 수행하고 있습니다. 단기적 목표로, in vitro 상에서 줄기세포 분화 제어를 나노 기술을 통해 유도하는 연구를 학위과정동안 진행하였습니다. 서강대학교 오병근 교수님의 지도하에, 중앙대학교 김태형 교수님과의 공동연구를 통해 고분자로 제작된 마이크로-나노 혼합 패턴을 제작하여 패턴 상의 근육세포의 분화를 향상시키는 연구를 수행하였고, 미국 럿거스 대학의 이기범 (Prof. Ki-Bum Lee)교수님, 서강대학교 최정우 교수님과의 공동연구로 금-그래핀 나노패턴을 이용한 간엽줄기세포의 뼈분화를 향상 및 분화 관찰 연구도 함께 수행하였습니다. 최종목표이자 장기적 목표인 해당 기술의 재생의학으로의 응용을 위해서, 현재 미국 럿거스 대학의 이기범 교수님 연구실에서 Postdoc fellow 소속으로 연구를 진행하고 있습니다. 미국 국립보건원 (NIH)의 박사후 연구원 재생의학 중개연구 프로그램인 NIH T32 Program을 수행 중이며, 척수손상을 치료하기 위한 나노기술 기반 줄기세포 치료 연구를 하고 있습니다. 줄기세포의 재생의학으로의 폭 넓은 응용 가능성과 나노기술의 미세조작이 가능한 장점을 융합하는 연구에 집중하고 있으며, 기반 기술을 확립하여 일상 치료에 줄기세포를 나노기술과 함께 적용할 수 있는 미래를 만드는데 보탬이 될 수 있기를 바라고 있습니다.

연구소 및 연구실 소개

Professor Ki-Bum Lee’s lab, Rutgers University (https://kblee.rutgers.edu)

미국 럿거스 뉴저지 주립대학의 이기범 교수님 그룹(https://kblee.rutgers.edu)의 주요 연구 관심사는 암과 줄기 세포의 신호 전달 경로를 조절하기 위해 나노기술과 화학-생물학을 응용하는 것입니다. 구체적으로는, 줄기 세포 및 암세포의 fate에 영향을 미치는 다양한 미세 환경 신호 (가용성 신호, 세포-세포 상호 작용 및 불용성/물리적 신호)를 확립하고 이후 이러한 신호를 줄기 세포의 신경 분화 및 세포 사멸에 활용하는 데 중점을 두고 있습니다. 또한, 암 치료, 분자 이미징 및 바이오 센싱과 같은 응용 분야를 위한 새로운 나노 물질 및 입자들을 개발하고 있습니다. 주요한 세부 연구 주제로는
i) 암 및 줄기 세포 운명을 제어하기 위한 툴킷으로서 차세대 다기능 나노물질 합성 및 개발, ii) 세포 재프로그래밍에서 효과적인 유전자 조절을 위한 나노입자 기반 인공 전사 인자(NanoScript) 개발, iii) 줄기 세포 기반 신경망을 생성하고 줄기 세포 유래 신경 인터페이스에서 신경 전달 물질을 감지하기 위한 혼합 나노물질 개발, 그리고 iv) 중추신경 손상에 대한 줄기 세포 치료 및 생체 하이브리드 나노물질을 사용한 생체 내 약물/유전자 전달 이 있습니다.
미래에는, 나노물질의 새로운 디자인 개발과 빛, pH 및 효소등의 외부 신호에 반응할 수 있는 3차원 생체물질 플랫폼 개발에 힘쓸 계획이고, 해당 기술들의 전문성을 활용하여 재생의학 등 다른 응용방향으로 확장할 것입니다. 이기범 교수님 그룹의 연구원들은 유기 화학, 무기 화학, 고분자 과학, 물리학, 세포 생물학, 화학 공학 및 생물 의학 공학 등 다양한 연구 배경을 가지고 있으며, 이러한 다양한 배경의 연구원들 간의 research discussion을 통해 자신의 배경지식 외의 새로운 시각으로 연구를 진행하고 응용할 수 있다는 것이 이기범 교수님 group의 장점이라고 생각합니다.

연구내용 소개- 연구 분야, 최근 연구 소개 등

   

Figure 1. Schematic diagram of recent research (Choi et al., Nanoconvergence (2021), 8, 40)

줄기세포를 비롯한 다양한 세포들은 세포 행동에 있어 여러 인자들의 영향을 받을 수 있습니다.예를 들어, 성장인자나 사이토카인 같은 가용성 인자들을 통하여 세포의 분화 방향을 조절할 수 있으며, 세포외기질 등의 비가용성인자를 세포 배양 환경에 조성하여 세포의 행동의 변화를 관찰 할 수 있습니다. 또한, 세포 주위 나노 지형을 제작하여, 연구자가 원하는 방향으로 세포의 elongation 및 분화 조절이 가능합니다. 줄기세포의 분화능을 고려하면, 줄기세포를 상처 및 질병치료 등 재생의학에 응용하기 위해서는 세포의 행동 조절 및 분화 방향 조절이 필수적입니다. 그러나 앞서 언급하였듯, 세포들은 다양한 인자로부터 영향을 받기 때문에, 줄기세포의 생장 및 분화를 일반적인 가용성/비가용성 인자만으로 조절하기에는 분화 수율 및 implantation 등의 응용을 위한 세포 배양/분화 속도에 한계가 있습니다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 저는 세포 행동 제어 및 분화를 위한 나노-마이크로 혼합 지형을 구성하고, 세포외기질의 역할을 위한 나노물질인 graphene oxide를 코팅한 플랫폼을 제작하였습니다. 일반적으로 마이크로 패턴을 통한 세포의 정렬, 그리고 이를 이용한 세포 분화는 많이 연구되어온 분야입니다. 또한 graphene과 같은 2차원 나노물질을 사용하거나, 나노 패턴을 사용하여 세포의 부착력을 강화시키는 연구도 진행되어 왔으나, 마이크로 패턴과 나노 패턴을 융합하여 세포 분화에 응용하는 연구는 진행되지 않았습니다. 이는 마이크로 패턴과 나노 패턴을 함께 제작하기에 시간적으로, 그리고 비용적으로 쉽게 만들기 어려웠기 때문입니다. 여기서, 저는 대면적의 나노 패턴을 간편하게 제작할 수 있는 Laser interference lithography 기술을 이용하여 마이크로 패턴된 Silicon wafer 상에 나노 패턴을 제작하고, 이를 PMDS casting을 통해 나노-마이크로 혼합 패턴을 제작하였습니다. 또한, 패턴 상에 graphene oxide를 코팅하였습니다. 제작된 패턴 플랫폼에서 나노 패턴과 graphene oxide는 세포의 adhesion을 증가시켜 근육세포의 생장 및 분화를 향상시켰고, 마이크로 패턴은 근육세포의 정렬을 통한 분화율 향상을 이끌었습니다. 여러 분화 영향 인자들이 혼합되어 제작된 해당 플랫폼을 사용하여 골격근세포의 분화를 전체적으로 향상시킨 결과를 보여줄 수 있었습니다. 현재도 다양한 나노 패턴 및 물질을 사용한 세포 분화 연구에 관심이 있으며, 이 외에도 재생의학으로의 응용을 위한 다양한 플랫폼 제작을 진행중에 있습니다.

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