Research Topics
• Smart biomaterials design for tissue engineering and regenerative medicine
• Understanding of biomaterial-cell interface
• Development of organs-on-a-chip platform for personalized medicine
• Biosensors for monitoring of cell fate decisions
Biomaterials-cell interface
세포와 생체재료 간의 계면은 조직공학 및 재생의학에서 본질적인 연구 주제 중 하나로, 세포가 생체재료와 접촉했을 때의 반응을 이해하고 이를 활용해 새로운 치료 전략을 개발하는 데 목적이 있습니다. 세포는 기질의 강성(stiffness), 표면 화학적 조성, 단백질 및 리간드 배열, 기계적·전기적 자극 등 다양한 신호를 동시적으로 인식하며, 이 신호들의 정밀한 조합은 세포의 증식, 분화, 이동, 대사 조절과 같은 복잡한 생물학적 현상을 유도합니다. 따라서 세포-재료 계면을 이해하고 조절하는 것은 세포 기능을 원하는 방향으로 프로그래밍하거나 재프로그래밍하는 데 필수적입니다. 본 연구실은 하이드로겔을 기반으로 한 첨단 생체재료 플랫폼을 개발하여 실제 조직의 3차원 동적 환경을 재현하고 있습니다. 이를 통해 줄기세포의 선택적 분화 유도, 심근세포 성숙 가속화, 암세포의 전이 및 역분화 기전 분석, 면역세포 반응 조절 등 다양한 응용 연구를 수행합니다. 더 나아가, 물리적·화학적·생화학적 신호를 정밀하게 통합 제공하는 기술을 바탕으로 질환 특이적 모델링, 환자 맞춤형 약물 반응 평가, 차세대 재생치료 전략 수립으로 연구 범위를 확장하고 있습니다.
Organ on a chip
장기칩이란 인체의 장기 미세환경을 모사하기 위해 미세유체공학, 세포배양기술, 그리고 생체재료 공학이 결합된 마이크로플랫폼으로, 기존의 2차원 세포배양이나 동물실험이 가지는 한계를 극복하기 위해 개발된 차세대 생체모방 시스템입니다. 이 기술은 실제 장기의 구조적·기능적 특성을 재현함으로써 약물 흡수, 대사, 독성 평가와 같은 생리학적 반응을 보다 정밀하게 분석할 수 있게 합니다. 특히, 장기칩은 미세혈관 네트워크, 기계적 자극, 화학적 미세환경 등을 조절할 수 있어 인체와 유사한 반응을 구현할 수 있으며, 나아가 다중 장기칩을 연결하면 인체 내 장기 간 상호작용까지 재현할 수 있습니다. 이러한 장기칩 플랫폼은 신약 개발 과정에서 임상적 예측성을 향상시키고, 환자 유래 세포를 이용할 경우 맞춤형 치료 전략 수립에도 기여할 수 있는 혁신적인 도구로 주목받고 있습니다. 본 연구실에서는 혈관, 장, 근육 등 생체 내에서 역동적인 환경에 놓여있는 장기들을 모사하기 위해 연구를 진행하고 있습니다.
Tissue engineering & Regenerative medicine
조직공학과 재생의학은 손상되거나 퇴행된 조직과 장기를 대체하거나 복원하기 위해 세포, 생체재료, 생화학적 신호를 통합하는 융합 학문 분야입니다. 조직공학은 세포가 생체재료에서 생존·증식·분화할 수 있도록 적절한 3차원 미세환경을 제공하며, 재생의학은 이를 임상적으로 적용하여 실제 조직 기능 회복을 목표로 합니다. 하이드로젤, 탈세포화 세포외기질(dECM), 바이오프린팅 기술 등은 인체 조직과 유사한 구조적·기계적 특성을 구현할 수 있는 핵심 플랫폼으로, 피부, 연골·뼈, 근육 등 다양한 조직 재생에 활용됩니다. 이러한 기술은 단순한 조직 치환을 넘어 환자 맞춤형 이식재, 질환 모델, 약물 반응 평가 시스템 개발로 확장되고 있으며, 더 나아가 상처 치료와 조직 재생을 위해 개발되는 실란트(sealant), 접착성 하이드로젤, 접착 고분자(adhesive polymers)와 같은 플랫폼은 지혈, 봉합 대체, 생체재료-조직 간 계면 안정화 등 임상적 요구에도 대응할 수 있는 차세대 재생치료 전략의 기반을 형성하고 있습니다. 본 연구실은 환자 맞춤형 dECM 기반 이식재와 퇴행성 관절염 및 상처 치유용 실란트 등 첨단 생체재료 플랫폼을 개발함으로써, 환자 특이적 재생치료 전략 수립과 임상 전환 가능성이 높은 조직공학 솔루션을 제시하는 데 주력하고 있습니다.
