안녕하세요. 인천대학교 생명공학부 나노바이오전공에 있는 나노바이오 고분자 실험실(Nanobiopolymer Lab)(https://sites.google.com/site/nanobiopolymers)을 소개합니다. 우리 실험실은 심민석 교수님의 지도 아래, 현재 박사 후 연구원 1명, 대학원생 및 연구원 4명으로 구성되어 있습니다(그림 1). 본 연구실은 나노바이오 융합 기술을 이용한 질병 치료용 나노바이오 소재 및 플랫폼 개발에 대한 연구를 진행하고 있습니다.

​

그림 1. 나노바이오 고분자 실험실 단체 사진 (랩미팅)

1. 연구실 분위기

우리 나노바이오 고분자 실험실의 가장 큰 장점은 구성원들의 연구에 대한 강한 열정과 자유로운 연구 분위기라고 생각합니다. 새로운 분야에 대한 연구를 하다보면 여러 가지 시행착오와 함께 많은 어려움들을 겪게 되는데 우리 실험실의 구성원들은 연구에 대한 열정과 도전정신을 바탕으로 쉽게 포기하지 않고 각자의 연구 과제들을 열심히 수행하고 있습니다. 또한 교수님을 포함한 구성원들의 관계가 수평적이어서 자유롭고 편안한 분위기에서 연구 내용을 토론하고 다양한 아이디어를 서로 공유하고 있습니다. 아직까지 구성원의 숫자가 많지 않은 작은 연구실이기 때문에 서로의 연구뿐만 아니라 개인적인 고민거리를 나눔으로써 쉽게 친목을 도모할 수 있는 환경이라고 할 수 있습니다. 그 결과 구성원들이 서로 친구처럼 허물없이 잘 지내고 있습니다(그림 2).

그림 2. 실험실 회식 사진 

2. 특징

우리 연구실은 “어제의 후회와 내일의 꿈 사이에 오늘의 기회가 있다”라는 모토를 가지고, 실패한 실험의 경험을 토대로 다음엔 꼭 성공할 것이라는 확신을 가지고 연구에 매진하고 있습니다. 그리고 아직 완벽하지는 않지만, 나노바이오 소재 개발 및 효능 평가에 필요한 여러 장비들이 실험실 내에 구축되어 있어서 구성원들이 효율적으로 연구를 수행할 수 있는 여건이 마련되어 있습니다. 또한 나노바이오 융합이라는 분야의 특성상 각자 수행하고 있는 연구가 다르고 다양한 분야의 전문 지식을 습득할 필요가 있기 때문에 매주 랩미팅을 통해 서로의 전문 지식, 실험방법 및 연구 결과들을 공유하는 시간을 가지고 있습니다(그림 1). 서로간의 자유로운 토론을 통해 연구 지식과 창의적 사고를 자연스럽게 키워나갈 수 있다는 점이 우리 연구실의 특징입니다. 딱딱한 틀이 없는 것 또한 우리 실험실의 특징입니다. 규제에 구속받지 않는 자율적인 분위기에서 실험을 진행할 수 있기 때문에 다양하고 창의적인 연구에 집중할 수 있습니다.

3. 연구 

현재 우리 실험실은 질병 치료용 고분자 나노 소재 및 유/무기 하이브리드 나노바이오 소재를 개발하고 그 치료 효능을 평가하는 데에 가장 큰 초점을 맞추고 있으며 이를 위해 다양한 공동 연구를 진행 중에 있습니다(그림 3).

그림 3. 실험실 주요 연구 분야 

특히 자극-감응성 약물 및 유전자 전달용 고분자 나노전달체 합성과 관련하여 핵심 기술을 보유하고 있으며 개발된 전달체들을 암 치료 분야에 다양하게 활용하고 있습니다. 자극-감응성 나노전달체를 이용한 약물 및 유전자 전달을 통해 고효율, 표적형 항암 치료 방법을 성공적으로 구현하였습니다. 현재 가톨릭대학교 약학과 연구진들과의 공동 연구를 통해 세포내 소기관 표적형 나노약물전달체를 개발하고 있으며 이를 통해 항암제 치료효율을 극대화하는 방법을 연구하고 있습니다. 이와 더불어 고려대학교 화공생명공학과 봉기완 교수님 연구실과 함께 마이크로플루이딕 기반의 자극-감응형 약물 전달체 개발에 관한 연구를 진행 중에 있습니다. 마이크로플루이딕 기반의 약물 전달체 제조를 통해 다중 약물 탑재 및 개별 약물 방출 제어 기술을 구현하였으며 향후 암 치료 및 조직재생 분야에 활용하고자 합니다. 이러한 다기능성 질병 치료용 나노바이오 소재 및 플랫폼들이 실제 질병 치료에 사용될 수 있도록 상용화하는 것이 우리 실험실의 장기적인 연구 목표입니다.

4. 맺음말

질병의 조기 진단 및 표적형 치료가 가능한 나노바이오 소재 및 플랫폼 개발은 나노의학 분야의 핵심 연구 분야이며 향후 헬스케어 분야에서 높은 잠재력을 가지고 있는 분야입니다. 현재 우리 실험실은 기존의 연구 분야를 확대하여 질병의 조기 진단 및 표적형 치료가 가능한 생체친화적 유/무기 하이브리드 나노소재 개발을 연구 목표로 하고 있으며, 그 목표를 달성하기 위해 우리 실험실 구성원들은 최선을 다해 연구에 매진하고 있습니다. 앞으로도 많은 관심가지고 지켜봐주시길 부탁드립니다. 감사합니다!

5. 연구실 대표 논문

​
1. Kim HU, Choi DG, Lee H, Shim MS*, Bong KW*, Fabrication of dual stimuli-responsive multicompartmental drug carriers for tumor-selective drug release, Lab Chip 2018, 18, 754-764.
2. Venkatesan J, Alam MS, Hong EJ, Kim S-K, Shim MS*, Preparation of piperlongumine-loaded chitosan nanoparticles for safe and efficient cancer therapy. RSC Adv . 2016, 6, 79307-79316
3. Kim HU, Choi DG, Roh YH, Shim MS*, Bong KW*, Microfluidic synthesis of pH-sensitive multicompartmental microparticles for multimodulated drug release. Small 2016, 12, 3463-3470.
4. Wang Y1, Shim MS1, Levinson NS, Sung H-W, Xia Y, Stimuli-responsive materials for controlled release of theranostic agents. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 4206-4220 (1: equally contributed).
5. Shim MS, Xia Y, Reactive oxygen species (ROS)-responsive polymer for safe, efficient, and targeted gene delivery in cancer cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6926-6929.
6. Shim MS1, Bhang SH1, Yoon K, Choi K, Xia Y, A bioreducible polymer for efficient delivery of Fassilencing siRNA into stem cell spheroids and enhanced therapeutic angiogenesis. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 11899-11903 (1: equally contributed).