안녕하세요. 경북대학교 의생명융합공학과 지능형 생체재료 연구실 (Intelligent Biomaterials Lab; iBM)을 소개하도록 하겠습니다. 저희 연구실은 조윤기 교수님의 지도하에, 현재 5명의 학생 (대학원생 3명, 학부생 2명)이 소속되어 있습니다. 본 연구실은 갓 첫 돌을 맞은 신생 연구실로서, 구성원들 간의 정이 넘치는 분위기 속에서 생체고분자를 이용한 원천소재 개발, 자극 감응성 소재를 이용한 항균 및 항암 치료 시스템, 인공장기 유사체인 오가노이드 개발 등 최신 의생명공학 분야 연구를 진행하고 있습니다.

1. 연구실 분위기 

 ​저희 지능형 생체재료 연구실은 교수님과 학생들 간의 끈끈한 유대관계를 바탕으로 서로 끌어주고 당겨주는 따뜻한 분위기가 큰 장점입니다. 교수님과의 관계가 단순한 사제 간의 관계를 넘어, 편안하게 고민을 나눌 수 있는 보호자로, 또는 함께 연구를 만들어나가는 동반자로서, 서로의 자율성을 존중하며 연구를 진행하고 있으며, ‘최고가 되는 습관’을 하나씩 새기며 생활하고 있습니다. 학생 스스로 연구에 대한 동기부여를 가질 수 있는 분위기 속에서 각자의 자리에서 주어진 일들에 최선을 다한 결과, 짧은 시간임에도 연구실 세팅을 마쳐 본격적인 연구 활동을 원활하게 진행하고 있을 뿐만 아니라, 작년 한국연구재단 기본연구에 이어 올해는 우수신진연구에 선정되어 더 큰 추진력을 가지고 연구를 진행할 계획입니다.

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지능형생체재료연구실 단체사진 

2. 특징

 ​저희 연구실은 처음 합류 직후, 의생명공학 분야의 최신 연구 동향에 맞는 후보 주제를 부여받으며, 학생의 자기주도적인 과정을 거쳐 본인이 가장 흥미를 가질 수 있는 연구 주제를 선정하게 됩니다. 특히 갓 입학한 학생들은 논문을 찾는 방법에서부터 간단한 소논문 작성, 본인이 실험한 내용의 발표 등 연구 활동 전반에 걸친 일련의 프로세스를 조금씩이나마 경험하게 되며, 실질적인 대학원생이 일상적으로 진행하는 연구와 업무들의 기본 소양을 함양할 시간과 기회를 갖습니다. 이후에는 주기적인 랩 미팅을 통해 구성원 간의 활발한 토론을 진행할 수 있고, 저널클럽을 통해 서로가 파악한 분야별 최신 연구동향을 공유합니다. 또한, 최근에는 국내외 유수대학 및 기관과의 협업을 통해 융합연구를 추진하고 있습니다.

3. 연구 

 ​자연에서 볼 수 있는 다양한 동·식물들은 자신만의 우수한 특성들을 가지며 살아가고 있습니다. 저희 연구실은 이러한 자연에서 영감을 받은 특성들을 기반으로 지능적인 생체재료를 설계하고 생의학적 응용을 통해 인간의 삶의 질 향상을 목표로 합니다. 이에, 특정 기능성을 나타내는 단백질이나 펩타이드 등 생체고분자를 재설계하고, 이를 나노입자, 하이드로겔 등 다양한 구조체로 제작함으로써, 원하는 물리·화학적 특성 및 생체적합성을 갖추는 지능형 생체재료 개발을 위한 연구를 수행하고 있습니다.

 대표적으로, 본 연구실에서는 자극감응성 소재를 이용한 항암·항균 치료 시스템을 연구하고 있습니다. 항암·항균 치료를 위한 물질을 자극감응성 생체재료에 탑재할 경우, 빛과 같은 외부 자극을 통해 재료의 동적 특성을 변화함으로써 목표 부위에 효율적인 약물 타겟팅이 가능하며, 질환 주변의 국소 환경에 반응하여 약물 방출의 제어가 가능한 시스템을 개발할 수 있습니다.

 또한, 인공장기 유사체인 오가노이드 형성 과정에 필요한 다양한 신호들과 같은 미세환경을 조성하기 위해 요구되는 물리·화학적 특성을 갖춘 생체재료를 기반의 인공 세포외기질 (extracellular matrix)의 개발을 위한 연구를 진행 중이며, 오가노이드의 실제 장기와 유사한 구조적·기능적 특성을 이용하면, 장기 및 질병의 초기발달이나 약물과 조직의 상호 작용 등을 이해하기 위한 3차원 모델로 활용할 수 있습니다. 이와 연관된 전략으로서, 난치성 질환 치료나 조직재생을 위한 줄기세포 전달기술도 개발을 위한 연구를 진행하고 있으며, 줄기세포의 이식 효율과 생존율을 높이기 위한 마이크로입자, 주사용 하이드로젤 등을 개발하여 줄기세포 이식용 전달체로서 골 결손, 골다공증, 간 질환, 심혈관 질환 등 다양한 난치성 질환의 치료 효과를 증진하고자 합니다.

4. 맺음말 

 ​저희 지능형 생체재료 연구실은 특정 기능성을 가진 생체고분자 기반으로 하는 기능성 생체재료를 개발하고, 이를 통한 의생명공학 분야 융합연구를 수행하고 있습니다. 특히 의학, 생명공학, 화학공학, 약학 등의 매우 광범위한 분야의 학문을 융합하여 지능형 3차원 마이크로·나노 구조체 개발, 난치성 질환 치료 및 줄기세포를 이용한 3차원 배양 및 전달기술 개발, 표적 항암·항균제 및 비바이러스성 유전자 치료 기술 개발, 세포 탑재 기술을 통한 정밀진단 및 약물 스크리닝 등의 다양한 분야에서 연구하고 있습니다. 앞으로도 지금까지 해왔던 것처럼, 지도교수님과 구성원들이 정교한 톱니바퀴와 같이 각자의 자리에서 맡은 일을 체계적으로 수행하면서, 인류에게 실생활에서 도움이 될 수 있는 의료용 소재 개발과 응용을 위하여 최선을 다할 계획입니다.

5. 연구실 대표 논문​ 

1. Y. K. Jo, B.-H. Choi, C. S. Kim, H. J. Cha, “Diatom-Inspired Silica Nanostructure Coatings with Controllable Microroughness Using an Engineered Mussel Protein Glue to Accelerate Bone Growth on Titanium-Based Implants”, Advanced Materials, 2017, 29 (46), 1704906.

2. Y. Jeong+, Y. K. Jo+, B. J. Kim, B. Yang, K. I. Joo, H. J. Cha, “Sprayable Adhesive Nanotherapeutics: Mussel Protein-Based Nanoparticles for Highly Efficient Locoregional Cancer Therapy”, ACS Nano, 2018, 12 (9), 8909-8919 (+co-first author).

3. Y. K. Jo, D. Lee, "Biopolymer Microparticles Prepared by Microfluidics for Biomedical Applications", Small, 2019, 16, 1903736.

4. Y. K. Jo+, H. J. Kim+, Y. Jeong+, K. I. Joo, H. J. Cha, “Biomimetic Surface Engineering of Biomaterials by Using Recombinant Mussel Adhesive Proteins”, Advanced Materials Interfaces, 2018, 5 (9), 1800068.

5. A. P. Peredo, Y. K. Jo, G. Duan, G. R. Dodge, D. Lee, R. L. Mauck, “Mechano-Actived Biomolecule Release in Regenerating Load-Bearing Tissue Microenvironments”, Biomaterials, 2020, 265, 120255.