연구실(단) 소개 2

미세유체 연구실-의공학연구소 정기석 교수

연구실 소개 및 연구분야

미세유체 연구실은 수~수백 마이크로 미터의 구조적 특징을 가지는 미세유체칩 내에서 세포 및 조직의 체내환경과 유사한 물리화학적 환경을 구현하고 이를 기반으로 세포의 활성, 세포-세포 및 세포-세포외기질 (ECM: extra cellular matrix)간 상호작용에 대한 연구를 진행하고 있다.

줄기세포를 이용한 오가노이드의 분화 및 성숙화, 표준화 및 대량생산 환경을 구현하여 암 및 일반 장기 오가노이드 형성에 대한 연구를 진행하고 있으며, 이를 통하여 바이오 인공장기와 항암제에 개발에 대한 연구를 진행하고 있다.

현재 연구팀은 정기석 교수를 포함하여 총 7명의 연구자로 구성되어 있으며 의공학, 생물학 전공의 연구자들이 협력하여 연구하고 있다. 미세유체 연구실에서 개발하여 보유하고 있는 미세유체 시스템은 1. 환자유래 암 오가노이드 배양-약물평가용 one-stop 미세유체칩, 2. 표준화된 대량의 스패로이드 및 오가노이드를 생산할 수 있는 micro well array, 3. 희귀 난치성 오가노이드 모델 등이 있다.

최근 관심분야 및 주요 연구과제

1. 미세유체 시스템 기반 multicellular tumoroid

◆ Multicellular tumoroid

: 미세생리 환경이 재현된 미세유체 시스템내에서 암세포, 혈관세포 및 세포외기질을 포함하는 체내와 매우 유사한 암 조직 형성에 대한 연구를 진행하고 있다.

◆ multicellular tumoroid 표준화/대량생산 시스템

: 체외에서 암세포주를 이용하여 만들어지는 체외 암 조직 모델은 항암제 평가등에 사용되고 있으며, 항암제 평가에 사용하기 위해서는 일정한 크기의 대량배양이 필요하며, 이를 미세유체칩을 이용하여 생산하는 연구를 진행하고 있다

◆ multicellular tumor graft

: 체내의 암조직은 체외에서 형성할 때 보다 상대적으로 큰 크기로 발달하며, 이러한 발달은 암의 heterogeneity와 항암제 내성에 영향을 준다. 이러한 조직적 특성은 항암제의 약물내성 기전에 대한 연구와 다양한 항암제 개발 등에 활용이 가능하다. 이러한 tumor graft를 체내와 유사한 수 mm이상의 직경을 가지는 조직을 형성하여 항암제 내성에 대한 연구를 진행하고 있다.

▲ 정기석 교수(오른쪽)와 연구원들

2. 환자유래 암 오가노이드

◆ 환자유래 암 오가노이드 기반 항암제 평가 시스템

: 암 오가노이드는 환자의 약물반응을 매우 높은 수준에서 유사한 반응을 얻을 수 있는 장점이 있기 때문에, 환자 맞춤형 정밀의학 및 항암제 개발에 매우 효과적인 모델로 적용될 수 있다. 특히, 맞춤형 정밀의학 시스템으로 사용하기 위해서는 환자조직에서 항암제 평가까지 1-2주이내에 결과가 나오는 것이 중요한 역할을 하기 때문에 체내환경을 재현한 시스템을 이용하여 항암제 평가를 1주이내에 시행하고자 연구를 진행하고 있다.

◆ 환자유래 소세포 폐암 오가노이드 개발

: 소세포 폐암은 폐암중에서 비교적 빈도가 낮은 암이지만 그 치명율과 약물내성으로 인하여 이에 대한 연구가 필요한 암종으로 최근에 소세포 폐암에 오가노이드 형성하고 이에 대한 배양법을 개발하였다.

3. 간 오가노이드를 이용한 인공간 시스템 개발

◆ 고성숙 간 오가노이드 개발: 인체유래 간 오가노이드는 bile duct 주위의 bi-potent 줄기세포에서 배양하여, hepatocyte와 cholangiocyte로 분화를 유도할 수 있다. 다만 분화에는 쉽게 접근이 가능하지만, 여전히, 성숙화 즉, 간 조직의 기능적 역할을 수행하는 데는 어려움이 존재하였다. 이러한 어려움을 체내환경을 모사한 미세생리시스템을 활용하여 체내 간조직과 유사한 정도의 알부민 분비를 관찰할 수 있었다.

◆ 고성숙 간 오가노이드 기반 바이오 인공간 개발

: 급성간부전은 성인 및 영유아에게 다양한 원인으로 발생하는데, 이에 대한 근본적인 해결방안은 간이식이다. 하지만, 이식용 간은 항상 부족한 상태이며, 또한 급성 간부전 환자의 경우 시급성 또한 존재한다. 따라서, 간이식 전까지 환자의 생존을 유지하는 것은 매우 중요한 역할을 담당할 수 있다.

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2021년도 상반기