안녕하세요. 인천대학교 생명공학부 기능성 핵산나노재료 연구실(FuNNano Lab)을 소개합니다. 기능성 핵산나노재료 연구실은 김은정 교수님의 지도 아래 대학원생과 학부연구생 총 9명으로 구성되어 있으며, 질병을 정확하고 신속하게 진단하고, 다각적인 환자 맞춤형 치료법 개발에 있어 새로운 패러다임을 창출하기 위한 다양한 바이오나노기술의 응용연구를 수행하고 있습니다.

1. 연구실 분위기

  기능성 핵산나노재료 연구실은 교수님과 학생들 간의 밀접한 유대 관계와 끊임없는 소통으로 인해 친밀한 분위기가 형성되어 있습니다. 교수님의 열정적이고 섬세한 지도는 학생들에게 실험에 대한 열정을 불러일으키는 원동력이 되기도 하며, 교수님과 학생 간에 친밀한 관계가 이루어져 있어 필요할 때마다 빠르게 일대일 지도를 받을 수 있습니다.

  연구실은 모두가 함께 성장하는 것을 지향하며, 이로 인해 실험 실패에 대한 부담을 덜고 자유로운 연구를 할 수 있도록 무한한 협력과 지원을 받을 수 있는 환경이 조성되어 있습니다. 선배와 후배 간의 수평 관계가 형성되어 있어서 화기애애한 분위기 속에서 의사소통이 활발하게 이뤄지며, 실험 또는 다른 고민 사항이 발생하면 함께 나누고 의논하여 해결해 나갈 수 있는 환경이 조성되어 있습니다.

  뿐만 아니라, 각자의 연구 주제를 관심있게 바라보고 서로 공유하고 있기 때문에, 자신의 연구 영역 이외 임에도 불구하고 서로에게 아낌없이 도움을 주고 받을 수 있는 분위기입니다. 이러한 분위기 속에서 학생들은 서로에게 긍정적인 영향을 주며, 적극적으로 연구활동 및 실험실 업무를 수행하고 있습니다.

2023년 학술대회 참석. 

2023년 연구실 단체사진. 좌측부터 송예진(석박사통합과정), 이지희(학부연구생), 강수진(학부연구생), 이예영(학부연구생), 전소민(학부연구생), 김은정(지도교수), 김연수(학부연구생), Khulan Nyamzaya(석박사통합과정), 이서원(학부연구생), 한주은(석사과정).

2024년 연구실 졸업식. 

연구실 네컷.

2. 특징

  우리 연구실은 학생들이 원하는 연구 주제를 교수님과 충분한 상의를 통해 선정하고, 그에 따라 관련된 연구를 수행할 수 있는 환경을 제공하고 있습니다. 연구를 시작하기 전에는 약 1달 동안 해당분야의 논문을 조사하고 리뷰하며 필요한 지식을 쌓고, 기초적인 실험을 병행하여 연구의 기반을 다지는 시간을 가집니다.

  주간 랩미팅과 논문 세미나는 연구 활동을 지속적으로 평가하고 개선하기 위해 주기적으로 진행되고 있습니다. 랩미팅에서는 한 주 동안의 실험 결과와 고찰을 공유하며, 서로의 연구 주제에 대해 이해를 높이는 시간을 가지고 있습니다. 논문 세미나에서는 각자의 연구 주제와 관련된 논문을 선정하여 발표를 통해 새로 알게 된 지식을 공유하고 토론합니다. 이 과정에서 본인의 연구 분야뿐만 아니라, 서로의 연구 분야의 최신 연구 동향과 산업 동향까지 파악할 수 있습니다.

  우리 연구실은 학생 공간과 실험 공간이 분리되어 있어 안전하고 청결한 환경을 유지하고 있으며, 실험에 집중하기에 이상적인 조건을 제공하고 있습니다. 동물세포 배양실을 비롯하여 물질 합성을 위한 케미컬 후드와 합성실험실, 그리고 real-time PCR, digital PCR, 형광현미경과 같은 다양한 실험 기기를 갖추고 있어 학생들이 물질 합성뿐만 아니라 분자 및 세포 실험을 설계하고 결과를 도출해 볼 수 있는 장점이 있습니다.

  더불어, 우리 연구실은 타 대학, 병원, 그리고 한국생명공학연구원 등 정부출연연구소와 다양한 공동 연구를 수행하고 있어 학생들은 실험실 안 뿐만 아니라 실험실 밖의 다양한 연구환경에서 폭넓은 인적 네트워크와 연구 경험을 쌓을 수 있다는 특징을 가지고 있습니다.

3. 연구

  우리 연구실은 질병을 정확하고 신속하게 진단하고, 다각적인 환자 맞춤형 치료법 개발에 있어 새로운 패러다임을 창출하기 위한 다양한 바이오나노기술의 응용연구를 수행하고 있습니다. 크게 4가지 연구 분야를 수행 중이며, 생체모방형 나노구조체 개발, 생체 내 전달 및 바이오이미징/분석 기술 개발, 신개념 고민감도 체외 분자진단 기술 개발, 그리고 백신 보조제/전달체 개발 연구를 수행하고 있습니다.  

  먼저, 생체모방형 나노구조체 개발 분야에서는 생체 분자를 포함하는 다기능성 핵산 나노구조체를 개발하고 물리화학적 특성을 평가하며, 나노입자 부착 및 결합을 통한 신개념 핵산 소재를 연구하고 있습니다. 이러한 신개념 소재를 활용하여 유전자 및 단백질 등과 같은 여러 약물의 전달체로의 응용연구를 수행하며, 단백질과 핵산의 상호작용, 효소 고정화 기술, 효소활성 연구도 함께 수행하고 있습니다.

  생체 내 전달 및 바이오이미징/분석 기술 개발 분야에서는 나노입자 및 핵산 나노구조체의 세포 내 전달, 면역세포 및 종양 세포 간의 상호작용, 면역 반응 등과 같은 응용 연구를 수행하고 있습니다. 이를 통해 면역반응, 약물내성, 유전자 발현 조절, 세포독성 등 생체 내 다양한 반응에 대한 측정 및 분석 기술을 개발하고, 생체 내 바이오마커를 고감도로 검출하고 이미징할 수 있는 시스템도 함께 개발하고 있습니다.

  고민감도 체외 분자진단 기술 개발 분야에서는 등온 유전자 증폭 원천기술을 확보하고, 이에 형광, 자성, 고분자, 지질 나노입자 등을 이용하여 유전자의 빠른 포획, 증폭 및 검출할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 이 외에 체외진단용 어세이, 분자진단 키트 및 유전자 증폭 시약 개발과 신개념 등온 유전자 증폭기술을 활용한 현장형 유전자 진단시스템 개발에 대한 연구도 진행하고 있습니다.

  마지막으로, 백신 보조제와 전달체 개발 분야에서는 백신 효능을 극대화하기 위한 백신 보조제에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 나노입자를 활용한 고효율 면역증강 어쥬번트 개발, 항원/mRNA 백신 전달용 차세대 나노플랫폼 개발과 전달 효능 평가를 진행하고 있습니다. 이를 통해 감염병과 난치성 질환을 비롯한 다양한 질병에 효과적으로 대응하기 위해 맞춤형 설계와 제작이 가능한 나노바이오 융합기술을 확립하고자 합니다.

연구실 연구분야. 

4. 맺음말

  기능성 핵산나노재료 연구실은 질병 대응을 위한 정확하고 신속한 진단 및 환자 맞춤형 치료법 개발을 목표로 다양한 바이오나노기술을 활용한 응용연구를 수행하고 있습니다. 이러한 노력을 통해 질병 진단 및 치료 분야에서 차세대 전략을 제시하고 혁신적인 패러다임을 가져올 것을 기대합니다. 이상으로 인천대학교 생명공학부 기능성 핵산나노재료 연구실 소개를 마칩니다. 더 자세한 정보는 연구실 홈페이지(https://www.funnanolab.org/)를 참고해 주시기 바랍니다.

5. 연구실 대표 논문

1. S. Lee, E. Kim, C-E. Moon, C. Park, J-W. Lim, M. Baek, M-K. Shin, J. Ki, H. Cho*, Y. W. Ji*, S. Haam*, Amplified Fluorogenic Immunoassay for Early Diagnosis and Monitoring of Alzheimer's Disease from Tear Fluid, Nature Communications (2023), 14, 8153.

2. C. Park,† E. Kim,† G. Park, B. C. Kim, S. Vellampatti, J.-W. Lim, S. Lee, S. Chung, S-H. Jun, S. Lee, S. Ali, M. Yeom, D. Song*, S. Haam*, Membrane Rigidity-Tunable Fusogenic Nanosensor for High Throughput Detection of Fusion-Competent Influenza A Virus, Advanced Functional Materials (2023), 33, 2214603.

3. H. Lee,† S. Lee,† C. Park, M. Yeom, J-W. Lim, T. T. H. Vu, E. Kim*, D. Song*, S. Haam*, Rapid Visible Detection of African Swine Fever Virus Using Hybridization Chain Reaction-Sensitized Magnetic Nanoclusters and Affinity Chromatography, Small (2023), 19, 2207117.

4. E. Kim†, E-K. Lim†, G. Park†, C. Park†, J-W. Lim, H. Lee, W. Na, M. Yeom, J. Kim, D. Song*, S. Haam*, Advanced Nanomaterials for Preparedness Against (Re-)Emerging Viral Diseases, Advanced Materials (2021), 33, 47, 2005927.

5. E. Kim, S. Agawal, N. Kim, F. S. Hage, V. Leonardo, A. Gelmi, M. M. Stevens*, Bioinspired Fabrication of DNA–Inorganic Hybrid Composites Using Synthetic DNA, ACS Nano (2019), 13, 3, 2888-2900.