Q‘바이오나노공학융합연구실(이하 연구실)’에서는 어떤 연구를 하고 있나요?

A우리 연구실에서는 주로 당뇨병 치료 관련 세포치료제를 포함한 조직공학, 다양한 질환과 노화에 따른 만성염증 관련 질환 치료 및 질병의 조기 진단을 위한 비침습적 바이오센서 등을 연구하고 있습니다. 당뇨병 치료를 위한 세포치료제의 경우, 지난해에 국가연구개발사업에 선정돼 조직공학용 자가호흡소재를 개발하고 있습니다. 세포치료제를 체내에 이식할 때 이식 부위의 환경이 좋지 않고, 산소와 영양분이 부족해 이식세포의 생존율이 급격히 떨어지는 문제가 발생하곤 합니다. 우리 연구실에서는 이를 해결하기 위해 식물의 광합성 원리를 이용한 자가호흡용 소재를 개발하고 있습니다. 이식된 세포가 스스로 산소를 만들 수 있다면 생존율과 기능성을 개선할 수 있지요. 올 상반기에 우리 연구원이 이 내용을 국내외 학술대회에서 발표해 세 번의 우수논문발표상을 받았습니다.

Q공동연구를 통해 ‘당뇨병 치료를 위한 유전자치료제’ 개발에도 성공하셨습니다. 세포치료제와는 어떻게 다른가요? 유전자치료제 연구성과와 함께 동향에 대해서도 말씀해주세요.

A세포치료제는 당뇨병 치료를 위해 인슐린 호르몬을 분비하는 세포를 당뇨 환자나 실험동물에 이식하는 것으로, 세포 자체가 인슐린 분비를 계속할 수 있습니다. 반면 유전자치료제는 살아 있는 세포를 약처럼 활용하는 것이죠. 치료 목적으로 사용하는 인슐린 유전자를 환자가 경구 투여해 몸속으로 흡수시켜 인슐린 호르몬이 나오도록 만듭니다.
이번 공동연구는 표적형 흡수 촉진제 등을 이용한 유전자치료 시스템으로, 세계적으로 권위 있는 학술지 <나노 레터스>(Nano letters, IF=11.189)에 게재됐습니다. 기존 당뇨 치료제들이 가지고 있는 많은 양의 약물을 매일 주사 형태로 반복 투여해야 하는 단점을 해결했어요. 현재 유전자치료제는 해외에서 상용화돼 시판되고 있습니다만, 바이러스에 치료 유전자를 탑재시켜서 몸에 주입하는 바이러스 치료제가 대부분입니다. 주사 한 번에 4500만 원 정도의 고가 치료제로, 현재는 안질환 치료, 특별한 유전성 희귀질환 치료 등에 한정적으로 쓰이고 있습니다. 이 비용을 낮추고 보편적으로 사용하기 위해 먹는 유전자치료제를 연구한 것이죠.

Q만성염증 관련 질환 치료와 바이오센서 연구는 어떻게 진행되고 있나요?

A우리 연구실에서 개발하고 있는 만성염증 치료를 위한 신규 화학물질은 원래 세포치료제의 보조제로 개발했던 것입니다. 이 과정에서 염증 효능이 확인돼 현재 이 물질 자체를 의약품으로 개발하고 있습니다. 천연유래물질이라 일반 화학의약품 대비 부작용이 거의 없고 효능이 탁월해서 상용화를 추진 중입니다. 이를 위해 올 1월 실험실 벤처회사인 ‘일릭사파마텍주식회사(Elixir Pharmatech Inc)’를 설립했어요. 현재 우리 연구실 박사 졸업생들이 주요 연구인력으로 참여하고 있고, 향후 후속 투자 유치를 통해 임상시험에 들어갈 예정입니다.
바이오센서 연구 부문에서는 지난 2015년부터 2020년까지 5년간 국가연구개발사업을 수행하면서 콘택트렌즈를 이용해 눈물 속의 질환 인자를 진단하는 기술을 개발했습니다. 얼마 전 이 논문 역시 학술지 <나노 레터스> 온라인에 우선 게재되었고, 현재 표지(Supplementary cover figure) 게재 여부를 심사 중입니다. 이 연구의 핵심은 질환 인자와 반응하며 발색할 수 있는 나노입자예요. 눈물 속 질환 인자의 농도 변화에 따라 이 나노입자를 탑재한 콘택트렌즈가 발색하도록 만든 것이죠. 당뇨병 환자의 혈당 수치 예측을 목적으로 개발했고, 임상 샘플을 활용해 유효한 결과를 얻었습니다. 발색 수치를 정확히 정량화하기 위해 광주과학기술원 연구팀과 협력해 스마트폰 카메라 모듈을 기반으로 한 정량화 알고리즘도 개발했습니다. 현재 기술이전을 위해 한양대학교 산학협력단 등과 지속적으로 교류하고 있어요.

Q최근 ‘우유단백질로 코팅된 금 나노입자를 이용한 경구흡수형 뇌종양 치료제’도 개발하셨어요.

A현재까지 금 나노입자의 경구제형을 우유단백질을 이용해 개발한 사례는 처음인 것으로 알고 있습니다. 미국 등에 관련 기술을 특허 등록했죠.
경구 투입한 우유단백질 기반의 금 나노입자가 흡수된 뒤, 혈액을 타고 뇌로 표적화되게 만든 것입니다. 이후에는 널리 알려진 광열치료법을 사용해 머리 바깥에서 근적외선 영역의 빛을 쏘아 금 나노입자가 열을 발생시키면 그 열로 암세포를 소멸시키게 됩니다. 뇌의 암세포 대부분을 소멸시킬 만큼 약효가 뛰어나지만, 임상까지는 조금 더 시간이 필요합니다.
복용이 쉬운 데다 향후 다양한 항암치료 연구 분야에 활용할 수 있어 기대가 커요. 뇌종양 치료제뿐만 아니라 그 안에 어떤 치료제를 넣느냐에 따라 다른 질병 치료에도 적용이 가능한 플랫폼 기술이라 이를 이용한 다양한 유무기 물질, 바이오의약품 등의 경구제형 개발이 가능합니다. 우리 연구실에서도 우유단백질을 기반으로 한 바이오의약품 개발을 별도로 진행하고 있어요. 이 연구 결과는 지난 6월 말 생체재료 분야 및 의공학 분야의 세계적 학술지 <바이오엑티브 매터리얼스>(Bioactive materials, IF=14.593) 온라인에 우선 게재됐습니다.

Q그 밖에 연구실이 거둔 성과나 자랑거리가 있다면요?

A현재까지 100편 이상의 SCI(E)급 국제 저널에 학술논문을 발표했고, 약 45건의 관련 기술들을 국내 및 국제특허에 등록·출원했습니다. 국내외 다수의 연구실, 회사와 공동연구도 진행하고 있지요. 지난 6월에는 서울대학교 공과대학 연구팀과 세포 케이징 기술에 대한 공동연구를 진행해 <사이언스 어드밴스>(Science Advance, IF=14.136)에 논문을 게재했고, 지난해 2월에는 포항공과대학교 연구팀과 살아있는 실험동물의 췌장 내에서 인슐린을 분비하는 췌장세포 표적이 가능한 광학형광염료를 처음으로 공동개발해 우수 학술지 <미국화학회지>(Journal of the American Chemical Society, IF=14.695)에 발표했습니다. 또 무균돼지를 통해 이종장기 이식산업을 선도하는 ‘옵티팜’과의 공동연구로 국내외 소재 관련 특허를 등록·출원했습니다.
이렇게 우수한 성과들은 연구실 구성원으로서 항상 최선을 다해준 대학원생들이 있어 가능했습니다. 그 결과, 우리 연구실 학생들은 국내외 학회에서 다수의 학술논문발표상 등을 받았으며, 졸업 후 전공 관련 기업체 등으로 진로도 잘 선택하고 있습니다.

Q향후 연구실 운영 계획과 앞으로의 목표를 말씀해주세요.

A순수 생명과학, 의학, 약학 등의 지식을 기초로 응용공학인 재료공학, 나노기술 등을 활용해 의약학과 산업체가 필요로 하는 실용적 연구를 꾸준히 진행하고자 합니다. 우선은 현재 수행 중인 국가연구개발사업의 성공을 위해 최선을 다할 것입니다. 이 기술이 성공한다면 현재의 (줄기)세포치료제 분야를 비롯해 조직공학 분야와 바이오 장기 보존 분야 등에 활용할 수 있을 것입니다. 아울러 연구실에서 개발한 만성염증 치료 기술을 실험실 벤처회사로 기술이전하고 상용화를 위한 연구개발을 지속적으로 수행할 계획입니다.