한양대학교 생명공학과 세포 및 나노치료제 공학 연구실(Cell and Nanotherapy Engineering Lab)을 소개합니다. 저희 연구실은 박희호 교수님 지도 아래, 현재 포스닥, 대학원생 및 학부연구생 등 총 15명으로 구성되어 있습니다. 저희 연구실에서는 유전자 및 면역세포치료제, 단백질 및 나노치료제, 인간 유도만능줄기세포 유래 오가노이드, 가축 유도만능줄기세포 유래 배양육 개발 등에 대한 융복합적인 연구를 수행하고 있습니다. 이렇듯 다양한 연구 활동의 목적은 효과적인 질병 치료, 조직재생 및 지속가능한 미래 식량 개발 등을 통해 인류의 건강을 유지하고 삶의 질을 향상시키는 것입니다. 저희는 융복합 연구를 통해 범인류적인 문제 해결에 대한 혁신적인 접근 방법을 개발하는 데 기여하고 있습니다.

2023년 2학기 종강 회식. 

1. 연구실 분위기

  저희 연구실은 박희호 교수님께서 한양대학교에 2021년 9월 임용되신 후 탄생한 신생 연구실로, 한 번에 많은 학생들이 입학하여 기수 차이가 거의 나지 않습니다. 이로 인해 선후배 간의 계급 구조보다는 모두가 동등한 친구 관계를 형성하고 있으며 수평적이고 편안한 분위기에서 연구를 수행하고 있습니다. 연구실 구성원들이 서로를 존중하며 상호협력하고 있기 때문에 학문적인 교류뿐만 아니라 소통과 협업이 자유롭게 이루어지고 있습니다. 이러한 환경 속에서 모두가 원활히 의견을 나누고 배우며 성장할 수 있도록 노력하고 있습니다.

  또한, 저희 연구실은 대전, 제주도, 부산 등 전국 각지에서 열리는 다양한 학회에 적극적으로 참여하고 있습니다. 학회에서는 각자의 연구와 관련된 다양한 주제를 탐구할 수 있는 기회를 제공받고, 자신의 연구 결과를 발표할 수 있기 때문에 개인의 연구 역량을 기르는 데 큰 도움이 됩니다. 그리고 학회를 통해 다양한 연구 그룹들과 만나 상호작용하면서 다각도의 연구 협업 기회를 창출해 나가고 있습니다. 뿐만 아니라, 학회 참석을 통해 우리 연구실 구성원 간에 소중한 추억을 쌓고 가까워지는 시간을 갖고 있습니다. 이러한 다양한 경험을 통해 저희 연구실 구성원들은 학문적 성장과 함께 인간적인 교류와 이해를 함께 배우고, 이를 통해 연구실 분위기를 더욱 활기차게 만들어 가고 있습니다.

2023 한국생물공학회 춘계학술발표대회 및 국제심포지엄 참여. 

2. 특징

  박희호 교수님께서는 매우 바쁜 일정을 소화하시면서도 학생 개개인에 대해 항상 큰 관심을 기울이고 계십니다. 1:1 랩미팅 시간에 학생들이 2주 동안 진행한 실험 데이터를 제시하면, 교수님은 그동안의 노고를 칭찬하며 디스커션을 통해 아낌없는 피드백을 제공해 주시며 연구를 더 나은 방향으로 이끌어 주십니다. 이러한 과정을 거치면서 학생들은 스스로 실험에 책임을 지고 고민하며 성장하는 경험을 얻을 수 있습니다.

  또한, 학생들이 그동안 연구한 모든 데이터를 정리하여 발표하는 세미나도 주기적으로 개최하고 있습니다. 이때 교수님께서는 PPT 자료의 사소한 부분까지 잡아주셔서 덕분에 발표 자료를 만드는 스킬이 날이 갈수록 점점 더 성장하고 있습니다. 세미나와 더불어 저널 발표도 진행하고 있는데 덕분에 주기적으로 발표 연습도 할 수 있고 본인의 연구 분야에 대해 보다 심도 있는 이해를 할 수 있는 좋은 시간이라고 생각합니다.

  그뿐만 아니라 저희 연구실은 다른 연구실과도 적극적으로 협력하여 다양한 분야에서 공동연구를 진행하고 있습니다. 협업을 통해 교류되는 아이디어와 지식은 연구실의 활동을 더욱 다양화시키고 깊이 있게 발전시키는 역할을 하고 있습니다. 이러한 다각도의 연구 활동은 학문적인 경험을 확장시키며 새로운 시각과 혁신적인 아이디어를 유도하여 연구실의 업적을 높이고 있습니다.

  마지막으로 저희 연구실은 해외유수기관인 Harvard Medical School / Dana-Farber Cancer Institute / Boston Children’s Hospital 등과 함께 다양한 공동연구를 진행하고 있습니다. 장기간 파견된 학생 및 연구원들은 나노의학, 유전자 및 세포치료제 관련 연구 분야를 선도하는 세계적인 그룹들에서 현재 진행 중인 최신의 연구 트렌드 및 기술을 접하고 수학하는 기회를 가집니다. 이러한 연수 기회를 통해 학생들은 장차 해당 분야를 이끄는 훌륭한 연구자로 성장하는 데 필요한 전문성을 함양하고, 다른 문화와 환경에서 새로운 연구자들과의 적극적인 교류를 통해 새로운 아이디어를 개척할 수 있는 힘을 기르고 있습니다.

​3. 연구

  저희 연구실에서는 주로 유전자 및 면역세포치료제, 단백질 및 나노치료제, 인간 유도만능줄기세포 유래 오가노이드, 가축 유도만능줄기세포 유래 배양육 개발 등에 대한 연구를 수행하고 있습니다.

첫 번째 연구 분야는, 유전자 및 세포치료제 분야입니다. 키메릭항원수용체(CAR, Chimeric Antigen Receptor) 면역세포에 대한 심층적인 연구를 통해 암세포를 특이적으로 표적하는 첨단의학 기술을 개발하고 있습니다. 암세포 표면에 발현된 항원을 표적할 수 있는 CAR를 선천면역세포인 macrophage 표면에 도입함으로써 암세포를 선택적으로 공격할 수 있는 항암치료제의 개발을 목표로 하고 있습니다. 우리 연구실은 특히 고형암에 대한 CAR 면역세포치료제의 한계를 극복하기 위해 종양미세환경(TME, Tumor Microenvironment)을 조절하는 방법의 일환으로, 고형암 주변의 세포외 기질(ECM, Extracellular Matrix) 성분을 효과적으로 분해하는 전략 또는 적응면역세포인 T세포를 활성화시켜서 함께 공동 대응하는 전략 등에 주력하고 있습니다. 이로써, 그동안 혈액암에 비해 항암 효과가 미약하게 나타났던 고형암 표적형 CAR 면역세포치료제를 효과적으로 발전시키고자 노력하고 있습니다. 또한 면역세포 기반 체내에서 약물을 생성하는 신개념 바이오팩토리(Biofactory) 치료기술을 개발하여, 부작용이 적고 광범위한 질병에 적용 가능한 효과적인 새로운 개념의 면역세포치료제를 개발하고자 노력하고 있습니다.

  두 번째 연구 분야는, 단백질 및 나노치료제 분야입니다. 성장인자, 전사인자 및 항체 등 뛰어난 효능을 가진 약물 단백질은 안정성이 낮고 짧은 반감기를 가진다는 단점 때문에 이를 의료적으로 응용하는 데에는 여러 가지 제한이 따릅니다. 이를 해결하기 위해 우리는 약물 단백질을 단백질 기반의 나노입자 형태로 구현하여 약물의 안정성을 높이고 장기간 지속적으로 방출될 수 있게끔 하여, 체내에서 효능을 오랜 시간 유지할 수 있는 새로운 약물 전달 시스템을 구축하였습니다. 단백질 100%로 만들어진 이와 같은 단백질 나노입자는 고분자, 금속이온 등 인체에 독성을 나타낼 수 있는 성분이 배제되어 체내 독성과 면역 문제 등에서 자유로운 장점을 가지며, 생체재료로써 조직 재생 및 항암치료 등 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 기대됩니다.

  세 번째 연구 분야는, 인간 유도만능줄기세포(iPSC, induced pluripotent stem cell) 유래 오가노이드 분야입니다. 알츠하이머병(Alzheimer’s disease)은 현재 치매환자의 약 70% 이상을 차지하는 질병으로 아직까지도 명확한 치료 방법이 제시되지 않았습니다. 본 연구실에서는 알츠하이머병으로 대표되는 다양한 퇴행성 뇌질환의 치료 가능성을 제시하기 위해 뇌 오가노이드를 제작하여 질병을 유발시키고 대표 병변을 표적하는 진단 방법에 기반하여 다양한 치료 물질 개발에 앞장서고 있습니다.

  네 번째 연구 분야는, 가축 유도만능줄기세포 유래 배양육 관련 분야입니다. 최근 대기 중 이산화탄소의 농도 증가로 인한 지구 온난화 및 환경파괴 문제에 범지구적인 우려가 쏟아지고 있습니다. 이러한 문제에 대한 한 가지 대안으로 종래의 가축 사육 방식에서 벗어나 세포로 고기를 만드는 배양육(Cultured/Cultivated Meat)이 지속가능한 미래 식량으로서 많은 관심을 받고 있습니다. 배양육 제작을 위해 본 연구실에서는 가축의 체세포를 리프로그래밍 및 역분화시켜 유도만능줄기세포를 제작하는 연구를 진행하고 있습니다. 유도만능줄기세포는 무한 증식이 가능하고 분화능이 뛰어나기 때문에 다양한 계통(lineage)의 세포로 분화가 가능합니다. 따라서 대량 증식 및 생산하여 근육, 지방 및 혈관 등으로 분화 유도하고 섭취 가능한 지지체를 이용해 배양육 기반 식량을 개발하고자 힘쓰고 있습니다.

​세포 및 나노치료제 공학 연구실 연구분야. 

4. 맺음말

첨단 바이오 공학 기술을 토대로 한 우리의 연구는 혁신적이고 유용한 세포 및 나노 치료제의 개발을 목표로 하고 있습니다. 앞으로도 지속적인 연구와 협력을 통해 인간의 건강과 삶의 질을 높이는 데 기여하고자 합니다. 이상으로 한양대학교 생명공학과 박희호 교수님의 세포 및 나노 치료제 공학 연구실의 소개를 마치겠습니다. 감사합니다.

연구실 대표 논문

1. "Multilayer nanofilms via inkjet printing for stabilizing growth factor and designing desired cell developments", Advanced Healthcare Materials, 2017

2. "Efficient encapsulation and sustained release of basic fibroblast growth factor in nanofilm: extension of the feeding cycle of human induced pluripotent stem cell culture", ACS Applied Materials and Interfaces, 2017

3. "DROSHA knockout leads to enhancement of viral titers for vectors encoding miRNA-adapted shRNAs", Molecular Therapy-Nucleic Acids, 2018

4. "Acetylated K676 TGFBIp as a severity diagnostic blood biomarker for SARS-CoV-2 pneumonia", Science Advances, 2020

5. "Wnt5a and Wnt11 as acute respiratory distress syndrome biomarkers for SARS-CoV-2 patients", European Respiratory Journal, 2020

6. "COVID-19-activated SREBP2 disturbs cholesterol biosynthesis and leads to cytokine storm", Signal Transduction and Targeted Therapy, 2020

7. "Ferritin nanocage-based methyltransferase SETD6 for COVID-19 therapy", Advanced Functional Materials, 2020 

8. "Bioinspired DNase-I-coated melanin-like nanospheres for modulation of infection-associated NETosis dysregulation", Advanced Science, 2020

9. "Long-acting nanoparticulate DNase-1 for effective suppression of SARS-CoV-2-mediated neutrophil activities and cytokine storm" Biomaterials, 2021

10. "2D graphene oxide particles induce unwanted loss in pluripotency and trigger early differentiation in human pluripotent stem cells", Journal of Hazardous Materials, 2021

11. "PEGylated nanoparticle albumin-bound steroidal ginsenoside derivatives ameliorate SARS-CoV-2-mediated hyperinflammatory responses", Biomaterials, 2021

12. "Lung-selective 25-hydroxycholesterol nanotherapeutics as a suppressor of COVID-19-associated cytokine storm", Nano Today, 2021

13. "Nanocomplex-mediated in vivo programming to chimeric antigen receptor-M1 macrophages for cancer therapy", Advanced Materials, 2021

14. "Cleavage-responsive biofactory T cells suppress infectious diseases-associated hypercytokinemia", Advanced Science, 2022

15. "Free radical-scavenging composite gelatin methacryloyl hydrogels for cell encapsulation", Acta Biomaterialia, 2022

16. "Secured delivery of basic fibroblast growth factor using human serum albumin-based protein nanoparticles for enhanced wound healing and regeneration" Journal of Nanobiotechnology, 2023

17. "Improved neural inductivity of size-controlled 3D human embryonic stem cells using magnetic nanoparticles" Biomaterials Research, 2024