본 줄기세포 및 조직공학 (Stem Cells And Tissue Engineering, SCATE) 연구실은 단국대학교 천안캠퍼스 나노바이오의과학과 소속으로 최신의 나노 기술을 이용한 생체 모사 및 천연유래 생리활성 단백질을 이용한 조직공학용 지지체 제조 기술을 도입한 조직공학 기반의 줄기세포 분화, 기전 연구 및 조직 재생분야 연구를 활발히 수행하고 있다. SCATE랩은 다양한 생체소재 개발 (3차원 세포 배양용 하이드로젤, 줄기세포 배양, 분화 및 이식 가능한 나노 배양 시스템, 약물전달 시스템, 3D printing용 바이오잉크 등) 기술 같은 소재 분야의 기초 연구를 진행하고 있으며 이와 더불어 천연 유래 기능성 생체소재의 발굴을 통한 면역 세포 활성 및 줄기세포 성장, 이동, 분화 메커니즘을 이해하고 실험 동물 모델을 통한 다양한 조직 재생 연구를 진행하고 있다. SCATE랩은 최근 연구 동향에 맞추어 끊임없이 진화하는 연구를 진행하고 있으며 최근 우수한 연구결과들을 관련 분야 상위 10%이내 SCI 저널에 발표하였다.

 본 연구실은 체계화된 운영시스템 및 다양한 공동 기기 활용과 국내외 학술 활동, 안정된 연구환경 및 연구원간의 친밀감을 자랑하며 타 기관과 공동연구도 활발히 진행하고 있는 연구실이다. 창의력과 열정 가득한 학부생 및 대학원생들이 한 팀이 되어 서로 노력하고 있으며 이에 함께할 연구자들의 지원을 기다립니다.

- 홈페이지 URL: https://www.neoscate.com/

 1. 생체재료 기반 2차원, 3차원 줄기세포 배양, 분화 및 이식 연구

 줄기세포 기반 조직재생을 위한 줄기세포의 배양, 분화 및 이식 효율을 높이기 위해 세포외기질을 유지하면서 다양한 형태의 세포 sheet를 제조할 수 있는 기술들이 연구되고 있다. 본 연구진은 하이드로젤을 이용한 세포 sheet를 제조하여 하이드로젤내에 다양한 약물을 전달할 수 있도록 기능이 향상된 세포 sheet를 제조할 수 있으며 다양한 형태로 원하는 세포 sheet를 제조 가능하고 실제 조직과 유사한 형태로 세포 sheet의 방향성을 제어 할 수 있는 기능성 세포 sheet 개발 또한 활발히 진행되고 있다. 또한 본 연구실은 근육세포, 신경세포, 중간엽줄기세포등의 분화를 촉진하기 위해 다양한 외부요소를 조절할 수 있는 줄기세포 배양, 분화가능한 플랫폼을 이용한 연구들을 진행하고 있다. 특히 나노지형을 이용한 줄기세포 분화연구는 외부 자극없이 줄기세포가 점착되는 나노 지형에 따라 다양한 줄기세포의 배양, 분화, 이식등의 응용 연구에 적용 가능한 기술이며 특히 줄기세포의 방향성 제어 연구는 인체의 장기 또는 조직의 배향성을 모방하여 줄기세포의 분화 효과를 극대화하여 이식 후 생존율을 높이는 연구 등에 적용할 수 있으며 이러한 줄기세포 이식을 위한 플랫폼 연구는 조직공학 및 재생의학 응용 연구로 활용 가능하다.

 2. 조직 재생용 마이크로/나노 플랫폼 기반의 줄기세포 이식 패치 연구

 최근 반도체 공정에서 사용되어진 lithography를 응용한 바이오 연구들이 활발히 진행되고 있으며 미세유체 (microfluidic) 기반의 세포가 배양되는 미세환경이 세포의 분화, 성장 및 거동을 조절할 수 있음을 예측하는 bio-MEMS (biological microelectromechanical system)기술들이 활발히 연구되고 있다. 본 연구진은 반도체 제조공정에서 사용되는 lithography 기반의 기술을 응용하여 모세관력 리소그래피 (capillary force lithography) 기술을 개발하여 줄기세포의 배향성 조절, 분화 조절이 가능하며 특히 생분해성 (biodegradable) 고분자를 이용한 패치 제조 기술은 생체내 이식이 가능한 기술로서 줄기세포의 배양 및 분화 후 바로 줄기세포가 포함된 세포 패치로 제조하여 이식할 수 있는 장점을 가진다. 또한 본 연구실의 패치 제조 기술을 응용하여 다공성의 도관을 제조할 수 있으며 이렇게 제조된 tube형태의 도관은 내부에 미세패턴이 식각되어 있어 신경 재생에 적용할 수 있는 인공 신경도관으로 활용 가능하다. 또한 줄기세포가 배양 가능하고 이식 가능한 생분해성 패턴 패치를 활용한 연구는 손상된 신경 재생뿐만 아니라 인대, 골, 혈관, 피부, 허혈성 심근 재생 등에 응용이 가능하며 다양한 줄기세포를 이용한 세포전달 carrier로 활용 가능한 기술이다.

 3. 3D 프린팅용 바이오잉크 소재 개발 연구

 기존의 지지체를 제조하는 전통적인 방식에서 사용되어 왔던 다양한 방법들은 간단한 구조의 지지체를 제조할 수 있었으나 최근 3D 프린팅을 이용한 복잡한 조직을 형태를 간단히 프린팅 할 수 있는 기술이 개발됨에 따라 3D 프린팅을 활용한 다양한 연구들이 바이오, 의학, 약학, 생명공학등에 적용되어 왔다. 본 연구실은 인체 유래 조직을 간단히 탈세포화 (decellularization)하여 세포에 존재하는 세포 핵을 제거함으로서 인체 유래 조직이 가지고 있는 면역반응을 획기적으로 줄일 수 있는 기술을 개발하였으며 실제 골유래 조직에서 탈미네랄화 한 demineralized bone matrix에서 탈세포화 과정을 거처 골 유래 세포외기질을 3D 프린팅용 바이오 잉크 소재로 개발하였으며 이를 두개골 손상 쥐에 이식하여 신생골이 재생되는 연구를 진행하였으며 실제 재생된 골은 본래 쥐 두개골과 유사한 형태로 재생되었음을 확인하였다. 또한 본 연구진은 탈세포화된 조직유래 세포외기질뿐만 아니라 세포에서 핵을 제거한 세포유래 탈세포화된 세포외기질을 응용한 연구들도 진행하고 있으며 최근 천연고분자를 이용한 바이오 잉크 소재를 개발 중에 있으며 특히 면역세포의 유입과 줄기세포의 유입을 조절할 수 있는 천연 유래 단백질을 활용한 바이오잉크 소재를 연구 개발을 진행하고 있다.

 4. 서방형 약물전달 시스템 개발 연구

 약물을 이용한 조직재생은 그 효과가 우수하여 재생의학에서 많이 사용되는 기술 중에 하나이며 이러한 약물전달시스템은 약물의 방출 속도를 제어 함으로서 손상된 조직에서 서서히 방출되어 약물의 효과를 극대화 하고자 하는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구실은 음전하를 가지는 헤파린을 이용하여 약물의 양전화와 결합하는 형태의 서방형 약물전달 시스템을 연구 개발하고 있다. 헤파린이 결합된 약물전달 시스템은 실제 약물이 서서히 방출됨으로써 추가적인 약물의 도입이 필요 없으며 한번의 이식으로 약물의 효과를 극대화할 수 있는 약물전달 시스템을 개발하였으며 다양한 약물을 전달함으로서 손상된 골, 연골등을 재생하는 연구를 성공적으로 진행해 왔으며 신생혈관의 재생을 촉진하는 허혈성 질환 모델에 적용하는 연구를 진행하고 있다. 또한 본 연구진이 개발한 약물전달 기술은 줄기세포의 분화 연구에 응용 가능하며 약물과 줄기세포가 동시에 전달 가능하기 때문에 환자에서 분리한 줄기세포를 이용한 분화연구 및 조직재생 연구들을 활발히 진행하고 있다.

 5. 실험 동물 모델을 이용한 조직 재생 연구

 본 연구실은 생체재료의 개발, 약물전달시스템 개발, 줄기세포의 분화 연구, 생체모방형 지지체 개발뿐만 아니라 실험동물을 이용한 조직 재생 연구를 직접 진행하여 본 연구실에서 개발된 다양한 생체재료를 이용한 조직 재생연구에 활용 가능한 다양한 실험동물 모델을 이용한 연구들을 진행하고 있다. 본 연구실은 피부 재생을 위한 skin flap model, skin wound healing model, scars dermis model, 골 재생 연구를 위한 두개골 손상 (calvarial defect) 모델, 경골 손상 (tibia defect) 모델, 근/인대 손상 (ligament, tendon defect) 모델과 허혈성 심근 (myocardiac infarction) 모델, 하지 허혈 (hind limb ischemia) 동물 모델, 궁둥신경 (sciatic nerve) 손상 모델등 다양한 조직, 장기 손상 모델을 응용한 연구들을 진행하고 있다. 본 연구실은 단국대학교 동물 실험에 관한 동물실험윤리위원회 (IACUC; Institutional Animal Care and Use Committee)의 규정을 준수하여 다양한 조직의 손상 동물 모델을 개발하였으며 조직공학 및 재생의학분야에 적용하는 최소한의 동물 사용과 연구에 사용되는 실험동물의 관리 및 사용을 위한 미국 농민부 (USDA)에서 제안하는 적절한 동물 관리 및 가이드라인을 준수하여 실험을 진행하고 있다.