‘메카노바이올로지’ 연구로 IF 10 이상 논문 10편 연달아 발표
김해원 원장 “기초과학 성과가 실제 임상치료로 이어지는 것이 최종 목표”
△ 조직재생공학연구원
우리 대학 조직재생공학연구원(이하 ITREN, 원장 김해원)이 영향력이 큰 국제 학술지(IF 10 이상)에 논문 10편을 연달아 발표하며 세계 최정상급 연구 역량을 입증했다. 특히 이 중 7편의 논문이 학술지 표지를 장식하며 국제 학계의 이목을 집중시키고 있다.
이번 성과의 핵심은 ‘메카노바이올로지(Mechanobiology)’다. 이는 세포가 받는 물리적 힘과 그 반응을 연구하는 첨단 분야로 ITREN은 이를 실제 치료에 적용하고자 노력하고 있다. 혁신적 성과를 이끌고 있는 김해원 원장을 만나 비결을 들었다.
△김해원 원장(치의예과)
■ Q1. 최근 1년간 7편의 논문이 표지논문으로 선정되는 등 최정상급 연구집단으로 성장한 비결은 무엇인가요?
Advanced Science뿐 아니라 ACS Nano 등 임팩트 팩터 10 이상 저널에서 지난 해에만 총 7편이 표지논문으로 선정되었습니다. 국내외적으로 대단한 성과라 볼 수 있죠. 지난 20년간 구성원 모두가 ‘국내’가 아닌 ‘세계 최고 수준의 연구 그룹과 경쟁한다’는 마음으로 꾸준히 달려온 결과가 하나둘 결실을 맺고 있다고 생각합니다.
■ Q2. ‘조직재생’이 궁극적으로 추구하는 비전은 무엇인가요?
우리 몸은 나이가 들거나 병이 들면 손상되고 퇴화됩니다. 이를 다시 복구하는 생체 메커니즘이 바로 ‘재생’이죠. 이 과정을 모방하거나 촉진하기 위해 의학, 생명과학, 공학이 융합되어야 합니다. 저희의 최종 목표는 이러한 융합연구를 통해 “기초과학의 성과가 실제 임상치료로” 이어지도록 하는 것입니다.
■ Q3. ITREN이 주목받는 ‘메카노바이올로지’란 무엇인지 쉽게 설명해주세요.
우리 몸의 세포와 조직은 화학 신호뿐 아니라 외부의 ‘밀고 당기는 힘’, 전기장, 기질의 물성 등에도 반응합니다. 이런 물리적 자극이 세포의 운명을 바꾸기도 하죠. 바로 이런 현상을 규명하고 치료로 연결하는 연구가 메카노바이올로지입니다. ITREN은 이 분야에서 국내 최초로 구성된 연구집단으로, 선도연구센터(MRC)를 통해 관련연구를 주도하고 있습니다.
■ Q4. ITREN의 연구 성과가 실제 우리 삶에는 어떻게 적용되고 있나요?
나이가 들며 약해지는 뼈를 대체하는 인공 뼈이식재나 치과용 임플란트 같은 기술은 이미 기술이전을 통해 상용화되어 우리의 삶 속에 들어와 있습니다. 또한 현재 연구 중인 줄기세포 전달용 스캐폴드와 조직공학 기술들은 향후 손상된 무릎, 피부, 신경 등을 대체할 수 있는 차세대 치료법으로 발전할 것입니다.
■ Q5. 다양한 전공과 국적의 연구자들이 시너지를 내는 ITREN만의 특별한 문화가 있나요?
ITREN에는 생물학, 화학, 공학, 의치학 등 다양한 전공의 연구자들이 10여 개국에서 모여있습니다. 연구에 대한 열정이 있다면 누구나 환영이에요. 영어로 진행되는 세미나나 해외 특강, 소규모 연구 모임 등을 자주 열며 서로의 문화를 공유하고 연구로 연결시키는 열린 분위기가 최대 강점입니다.
■ Q7. 연구원이 앞으로 도전할 다음 목표가 궁금합니다.
거대한 미래만 좇기보다, 지금 이 순간 자신이 하는 연구 속에서 기쁨과 보람을 찾길 바랍니다. 그 즐거움이야말로 평생 이 길을 걸어갈 원동력이 되니까요. 궁극적으로는 질병이나 사고로 손상된 조직을 필요로 하는 수많은 환자들에게, 우리의 연구가 실제 치료와 회복으로 이어지는 그날을 진심으로 꿈꾸고 있습니다.
■ 세계 학계가 주목한 ITREN의 주요 연구 성과
대표 성과 중 하나는, 세포가 외부의 당기는 힘을 어떻게 감지하고, 그 신호가 핵(유전자가 있는 곳)에 전달되어 유전자 스위치(발현 조절)를 어떻게 바꾸는지 정밀하게 보여준 연구다. 국제학술지 『Advanced Science』(IF=14.1; 심혜원 학생 등 참여) 표지로 선정된 이 논문은, 외부의 당김 자극이 세포골격을 거쳐 핵까지 이어지며 유전자 보호 모드를 켜는 과정을 규명하였다. 한마디로 “세포는 힘을 느끼면 유전자를 바꾸어 스스로를 지킨다”는 원리를 증명한 셈이다. 논문명은 “Temporal Stretch‐Induced Nuclear Mechanosensing Coordinates Early Chromatin Accessibility and Genome Protection(시간적 신장(당김) 유도형 핵 기계감응을 통한 초기 염색질 접근성 및 유전체 보호 조율)”.
줄기세포 치료의 효율을 높이는 방법도 제시했다. 생체재료 분야 저명 학술지인 『Bioactive Materials』(IF=20.3, 윤여균 학생, 이준희 교수 등 참여)에 실린 이 연구는 인체와 비슷한 3차원 하이드로젤 안에서 ‘말랑함’의 정도를 조절하면 줄기세포의 모양과 신호가 변하고, 그 변화가 혈관 생성과 염증 완화 능력을 높인다는 점을 밝혀냈다. 복잡한 약물 조합 없이도, 세포가 딛는 ‘발판’의 물성만 바꿔 치료 효과를 끌어올릴 수 있음을 보여준 데 의의가 있다. 논문명은 “Mechanosignaling and 3D morphological adaptation of MSCs in response to hydrogel rigidity underpin angiogenic and immunomodulatory efficacy for ischemic injury regeneration(하이드로겔 강도에 반응하는 중간엽 줄기세포의 기계적 신호 전달 및 3차원 형태적 적응이 허혈성 손상 재생을 위한 혈관 형성 및 면역 조절 효능을 결정한다)”.
이러한 연구성과 외에도 Cell Press의 권위 있는 학술지 『Trends in Biotechnology』 및 『Cell Reports』 등에 메카노바이올로지 연구에 관한 통찰력 있는 리뷰 논문들을 에디터 초청으로 게재하는 등 학계의 주목을 받고 있다.
연구를 이끌어 온 김해원 원장은 “20여 년간 꾸준히 노력한 구성원들의 열정과 ITREN 철학이 결실을 맺고 있다”며, “세계적 수준의 연구 성과가 지속적으로 나오려면 연구 환경과 지원 제도가 글로벌 연구중심 대학 수준으로 올라서야 한다”고 강조하며 향후 지속적인 발전을 위한 기대와 포부를 밝혔다.
특히 2021년 선도연구센터(MRC) 사업 선정 이후 국내에서 새롭게 개척 중인 메카노바이올로지(Mechanobiology) 연구 분야를 선도하는 대표적 연구라는 점에서 의미가 크며 단국대병원의 임상 연구진과 협력하여 의사과학자(MD-PhD) 양성에도 크게 기여하고 있다.
2007년 설립된 동 연구원은 2017년 교책연구원으로 승격했으며, 중점연구소사업(09년), 글로벌연구실사업(15년), 해외우수연구기관유치사업 (18년), 중점연구소후속사업 (19년), BK21사업단 3단계 (12년) 및 4단계 (20년), MRC선도연구센터 (21년)를 포함해 현재까지 약 650억 원의 중대형 연구 과제들을 유치했다.
<주요 논문 바로 가기> ▶ “Matrix‐Rigidity Cooperates With Biochemical Cues in M2 Macrophage Activation Through Increased Nuclear Deformation and Chromatin Accessibility(기질 강성이 생화학적 신호와 협력하여 M2 대식세포 활성화를 촉진한다: 핵 변형 증가와 염색질 접근성 향상을 통한 기전)”, 『Advanced Science』(IF=14.1, 신승재 박사, 이정환 교수 등 참여) 손상된 조직의 재생이나 암 등 다양한 염증성 질환에서 중요한 역할을 하는 대식세포의 세포핵 역학 거동을 조직의 물리적 성질과 연계하여 새로운 치료 가능성 제시 ▶“Single-Atom Pt-Doped Ceria Nanozymes Mitigate Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury via Cardiomyocyte-Targeted Uptake and Catalytic Suppression of Oxidative Stress(단일 원자 백금(Pt)이 도핑된 세리아 나노효소가 심근 허혈-재관류 손상을 완화한다: 심근세포 표적 흡수와 산화 스트레스 촉매 억제를 통한 기존)”『Materials Horizons』,(IF=10.7, 김혜성 교수(조직재생공학연구원), 이나현 박사) 연골조직 재생 연구에서는 우수한 연골 재생 효과 입증 ▶Chondrocyte-mimetic therapeutic microcarriers for synergistic chemo-mechanical signaling in cartilage regeneration(연골세포를 모방한 치료용 마이크로 전달체를 활용한 시너지 화학·기계 신호 기반 연골 재생)” ▶Eco‐Fabricated Nanowave‐Textured Implants Drive Microtubule‐Assisted Nuclear Mechanotransduction and Chromatin Modification: Biophysical Priming for Osteogenesis and Bone(「친환경적으로 제작된 나노파형 질감 임플란트가 미세소관 매개 핵 기계전달과 염색질 변화를 유도한다: 골형성과 뼈 재생을 위한 생물물리적 준비)“, 『Advanced Functional Materials』(IF=19, 이정환 교수(치의예과), 윤지영 박사) 초고속 레이저로 가공한 임플란트 나노표면이 줄기세포의 뼈 분화를 촉진하는 메커니즘 규명 ▶Push-and-Pull Nanotherapeutics for Osteoarthritis with Drug Delivery and Dual Scavenging of Reactive Oxygen Species and Cell-Free DNA(약물 전달과 활성산소 및 세포유리 DNA 이중 제거 기능을 갖춘 골관절염용 푸시-풀 나노치료제)”, 『ACS Nano』(IF=18.0, 라젠드라 싱 교수 등) 관절염 치료를 위한 다기능성 나노입자 개발 |
[대학뉴스 제보]
죽전 홍보팀 : 031-8005-2032~3, 천안 홍보팀 : 041-550-1061
