Smart Biomaterials Design Lab

Designing Smart Healthcare Materials for Enabler of Future Technology. Smart Biomaterials Design Lab은 생체재료의 정교한 설계를 통해 조직공학, 재생의학 등 헬스케어 분야의 난제를 해결하기 위한 혁신적인 플랫폼 개발에 주력하고 있습니다. 본 연구실은 생체 내 복잡하고 역동적인 환경을 모사할 수 있는 스마트 생체재료를 개발하고, 세포와 생체재료 간의 상호작용에 대한 깊은 이해를 바탕으로 새로운 치료법을 제시하고자 합니다. 특히, 줄기세포 분화 조절, 인공장기칩(Organ-on-a-chip) 개발, 손상된 조직의 재생을 위한 생체모방 고분자 기술을 연구하여 맞춤형 의료 시대의 핵심 기술을 선도하는 것을 목표로 합니다. 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. 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. 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