1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
나노물질에 대한 연구가 시작된 이래로 다양한 종류의 나노물질들이 합성되었고 다양한 분야로의 응용에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 양자점, 금/은 나노입자, 자석 나노입자, 실리카 나노입자, 고분자 나노입자 등의 여러 가지 나노입자들을 이용하여 크기, 모양, 조성 등과 관련한 물리적/화학적 특성에 대한 연구들과 이를 이용한 생물 또는 생의학 분야로의 응용에 있어서 나노 독성, 바이오 이미징, 타겟팅, 약물 전달체로의 이용성에 대한 연구가 주로 진행되었습니다.
이 중 발광성을 가지고 있거나 도입할 수 있는 나노입자들(양자점, 실리카와 고분자 나노입자 등)은 응용 초기에 나노입자의 in vitro 또는 in vivo 독성이나 uptake mechanism이나 in vivo biodistribution과 같은 이미징 연구에 널리 쓰여져 왔고, 최근에는 cancer targeting, MRI/PET/fluorescent imaging과 drug delivery를 하나의 나노입자를 이용해 동시에 수행하도록 하거나 특정 부위에 집중시킬 수 있도록 targeting specificity를 높이는 일들이 진행되고 있고 있습니다. 특히 나노입자를 이용한 골 관련 연구에 있어서는 무기물질 또는 유/무기 혼성체를 이용한 치아 및 인공뼈, filler, bone glue, 및 그에 대한 생적합성 대해 꾸준히 연구되어지고 있지만, 나노입자를 이용한 bone targeting이나 뼈 관련 질병 치료에 대한 연구는 아직 많이 진행되고 있지 않습니다.
본 연구는 osteoblast differentiation에서 실리카 나노입자가 광화작용을 촉진하는 이유를 알고자 함이 그 목적이였습니다. 연구에 사용한 실리카 기반 나노입자는 1000 μg/ml의 농도에 다양한 세포를 노출시켜도 단기 독성이 관찰되지 않았고, 광화작용에 있어서 표면의 상태나 코어의 존재와 무관하게 특정 농도 범위에서 광화작용을 촉진하는 것을 확인하였고 최근에 발표하였습니다. 실리카 나노입자는 endocytic inhibitor study와 외부 자장을 이용한 분리방법인 pulldown 방법을 이용하여 Caveolae-mediated endocytosis에 의해 세포 내로 흡수가 일어남을 확인하였고, 세포 내로 들어온 나노입자는 autophagosome의 핵심 단백질인 SQSTM1/p62와 결합을 하고 또 다른 핵심 단백질이고 p62와 결합하는 것으로 알려진 LC3 중 PE와 결합한LC3-II만이 결합하고 있음을 pulldown 방법을 통해 분리 및 확인하였습니다. LC3 단백질 중 LC3-II한 형태로 shift하는 것은 나노입자가 세포 내로 들어오는 초기 과정에서 mitogen activated protein kinase ERK1/2 (p44/p42)를 자극하기 때문인 것으로 확인하였습니다. 흡수된 나노입자는 osteoblast differentiation 과정에서 autophagosome의 형성을 촉진하여 광화작용을 촉진함을 확인하였습니다. 결론적으로 실리카 기반 나노입자가 bone metabolism과 관련있는 autophagy를 자극하여 광화작용을 촉진한다는 기작을 제안하였습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대한 소개 부탁 드립니다.
현재 제가 연구하고 있는 에모리 대학교는 미국의 동남부 조지아주 애틀란타에 위치하고 있습니다. 캠퍼스 내에 미국 질병통제예방센터(Center for Disease Control and Prevention)과 암전문 병원인Winship Cancer Institute, 그리고 Yerkes 영장류 연구센터가 위치하고 있고, 조지아 공과 대학교(Georgia Institution of Technology)과 애틀란타 VA 병원이 인접하여 생체 재료, 의공학 및 중계 연구를 포함한 다양한 분야에서 공동연구가 가능한 장점을 가지고 있습니다.
3. 연구활동 하시면서 평소 느낀 점 또는 자부심, 보람
하나하나씩 무언가를 만들어가고 밝혀간다는 기쁨과 새로운 것을 끊임없이 알고자 하는 지적 호기심이 저를 여태까지 연구를 하게 만들어 온 원동력이라고 생각합니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
많은 분들이 언급해 주셨지만, 진학하기 전에 자신에게 진정으로 박사학위가 필요한지에 대한 답을 확고히 얻고 단순히 내가 무슨 학과를 졸업했으니 당연히 대학원도 같은 학과를 가야지가 아니라 어떤 분야에 대한 어떤 공부/연구를 할 것인가에 대한 것도 생각해 보아야 한다고 생각합니다. 또한, 무언가를 만들어 가고 밝혀간다는 기쁨과 더불어 찾아오는 스트레스를 자기 자신에게 맞는 방법으로 잘 조절하는 것이 필요하다고 생각합니다.
5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
박사과정에서 재료를 합성하고 이에 대한 특성 분석과 그 응용처를 찾는 연구하였고, 박사후 과정에서 합성된 재료에 대한 생물학적/생의학적 응용과 그에 대한 생물학적 의미를 찾는 연구를 진행하고 있습니다. 박사과정 및 박사후과정를 하면서 재료를 만드는 것도 중요하지만, 그 재료의 특성에 맞는 응용처를 찾고 그 의미를 찾는 일도 중요하다고 느끼고 있습니다. 앞으로도 새로운 생체 나노/마이크로 재료를 합성하거나 기존의 물질에 대한 물성을 향상시키는 연구와 동시에 합성 또는 향상된 생체 나노/마이크로 재료에 대한 생물학적/생의학적 의미를 가질 수 있는 연구를 진행해 보고 싶습니다.