멀티스케일 재생공학 연구실 (Laboratory for Multiscale Regenerative Engineering)

“Stem cell engineering – Vascular disease – Exosome drug delivery – Blood-brain barrier – Organ-on-a-chip”

 

 

연구실 소개

저희 연구실은 중앙대학교 시스템생명공학과 소속으로 줄기세포와 혈관재생 기반의 조직공학 연구를 진행하고 있습니다. 줄기세포와 혈관 모두 신체 어느 조직이든 존재하면서 조직재생 및 염증조절에 핵심적인 역할을 하는데, 최근 연구에 따르면 이들의 기능 이상이 다양한 질환 발병을 유발한다는 사실까지 밝혀지고 있습니다. 이에 따라 저희는 조직 재생 및 질환 치료를 위해 줄기세포 및 혈관 재생에 초점을 맞춘 약물전달 및 생체재료 이식을 주로 연구하고 있으며, 현재 말초혈관질환, 동맥경화 등의 혈관질환 뿐만 아니라 알츠하이머 질환, 뇌졸중, 심근경색, 아토피성 피부염 등 다양한 질환을 혈관과 연관하여 연구를 진행하고 있습니다.

연구 내용

 

1. 줄기세포 유래 나노소포 활용 표적 약물전달 (Targeted drug delivery using stem cell-derived nanovesicles)

미분화 줄기세포가 paracrine 작용으로 조직 재생을 촉진하고 염증반응을 억제한다는 사실이 밝혀지며, 최근 미분화 줄기세포를 직접 이식하는 방법들이 연구되고 있습니다. 하지만 이러한 이들은 살아있는 변화무쌍한 상태로서 낮은 확률로 예측 불가능한 부작용을 낳기도 합니다. 이에 따라 non-living biomaterial인 줄기세포 유래 엑소좀을 활용하는 연구가 새로운 트렌드로 자리잡고 있으며, 저희 연구실에서는 엑소좀의 낮은 수율을 극복할 수 있는 중간엽 줄기세포 유래 엑소좀 모사 나노소포((mesenchymal stem cell derived exosome-mimetic nanovesicle)를 재생의학적으로 활용하고 있습니다. 다만, 이 나노소포는 뛰어난 재생 기능에 비해 특정 조직에 대한 표적성이 부족하기에, 저희 연구실에서는 이를 개선하는 연구를 진행하고 있습니다. 대표 논문으로, 동맥 내 혈류 와류부위를 타게팅하는 기능성 나노소포를 초기 동맥경화 진단 및 치료제로 활용한 예시가 있습니다. 최근에도 다양한 연구팀들과 엑소좀 및 나노소포 표면을 효과적으로 개질하는 방법에 관한 개발 연구를 활발히 진행하고 있습니다.

 

2. 혈관 재생 (Vascular regeneration & angiogenesis)

혈관 재생을 유도할 수 있는 물질은 여러가지가 보고되어 있습니다. 저는 VEGF 등 다양한 성장인자부터 앞서 언급한 줄기세포 혹은 그 엑소좀을 활용한 혈관 재생 연구를 진행해왔고, 최근에는 모세혈관 구조를 모사하는 마이크로채널 하이드로젤 구조체를 활용하여 말초혈관 재생을 촉진하는 연구를 진행했습니다. 해당 연구를 통해 VEGF나 엑소좀 같은 생화학적 자극뿐 아니라 물리적 구조 또한 혈관 재생에 도움을 준다는 사실을 밝혔고, 저희는 이러한 플랫폼을 활용한 다양한 혈관 모델링을 계획하고 있습니다.

 

3. 3차원 질환 모델링 (3D disease modeling)

치료제 개발을 위해 임상시험에 진입하는데 필수적인 전임상 시험으로 크게 세포실험과 동물실험이 있지만, 각각 모델의 부정확성 및 윤리적 문제로 인한 한계가 있습니다. 이로 인해 최근 in vitro 3차원 질환 모델링에 대한 수요가 높아졌고, 저희 연구실은 ㈜멥스젠과 함께 관련 일을 진행하고 있습니다. 대표적으로 장벽 조직(blood-brain barrier 및 vascularized skin tissue 등)을 모사하는 microfluidic chip을 디자인하여 알츠하이머 질환 및 아토피성 피부염을 모델링하고, 동물실험과의 교차검증을 통해 신약개발 및 메커니즘 규명에 힘쓰고 있습니다. 더불어 줄기세포 및 스페로이드 배양 연구 경험을 살려 추후 오가노이드 연구를 계획하고 있습니다.

소개를 마치며

저희 연구실은 현재 2년차 연구실로, 석사과정생 둘 및 2023년 3월 입학 예정생 둘로 구성되어 있습니다. 위에서 소개한 연구 내용을 기반으로 혁신적이고 도전적인 공동연구를 진행할 파트너를 찾고 있으니 많은 관심과 성원 부탁드립니다.