과거에 없던 원격 조종 나노 기술로 맞춤형 의료를 선도하고 인류를 성장시키다
과거에 없던 원격 조종 나노 기술로 맞춤형 의료를 선도하고 인류를 성장시키다
  • 김예진 기자
  • 승인 2019.07.04 13:19
  • 댓글 0
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고려대학교 신소재공학부 강희민 교수
고려대학교 신소재공학부 강희민 교수

‘나노 물질’이란 물질을 구성하는 구조가 아주 작은, 흔히 ‘나노미터’라고 말하는 단위의 물질을 말한다. 이 작디작은 물질을 가리켜 과학계는 ‘인류가 나노 세계를 관찰하는 눈을 가짐으로써 다시금 문명의 진일보에 기여할 수 있게 되었다’고 말하기도 한다. 과연 나노 물질을 이용한 의료 기술이 인류의 미래를 바꿀 수 있는 걸까. 때마침 반가운 소식이 들려왔다. 고려대학교 신소재공학부의 강희민 교수가 환자들을 위한 맞춤형 의료를 실현시킬 원격 조종이 가능한 나노공학 신소재를 개발한 것이다. 바야흐로 면역 재생의학의 꿈을 실현시키는 데에 힘을 보탠 강 교수를 만나 그동안의 연구 성과와 나노공학의 내일을 엿보았다.

원하는 시간, 원하는 장소에서 환자에게 새로운 편의를 제공하는 맞춤형 의료 현장

강희민 교수가 있는 동적 나노바이오공학 연구실(Dynamic Nanobioengineering Laboratory)에서는 나노공학을 이용해 원격 조종이 가능한 신소재를 개발하여 다양한 바이오메디컬 공학에 적용하는 연구에 주력하고 있다. 최근 강 교수의 연구실에서는 나노공학을 이용해 나노 자가조립, 자성적, 광학적 등으로 원격 조종이 가능한 신소재를 개발했다. 이 바이오 신소재는 원하는 치료 시간과 장소에 따라 수술 없이 인체에 무해한 방법으로 그 특성을 생체 내에서 조절할 수 있다는데에 학계의 주목을 받고 있다. 맞춤형 의료 현장을 앞당긴 그의 연구를 보다 자세히 물었다.

“굉장히 작은 나노 소재를 이용하다보면 이 소재를 외부의 어떤 자극으로 조종할 수가 있습니다. 자성을 지닌 나노 물질이라면 자석으로 움직일 수 있게 하고, 빛에 반응하는 소재라면 빛을 이용해 외부로부터 나노 소재를 다양한 형태로 변화할 수 있게 만드는 거죠. 이 같은 원격 조종을 통해 나노 물질로 하여금 소재의 표면에서 움직이게 한다든지, 생성하고 분해시키면서 생명공학적인 의료현장에서 실현시킬 수 있는 의료 기술이 늘어날 것으로 봅니다.”

나노 물질의 원격 조종. 어렵게만 들리지만 쉽게 풀어 생각하면 결국 우리 삶에 굉장히 긍정적인 변화를 가져올 것이라는 건 확실하다. 환자의 상태와 질병에 따라 요구되는 환경이 전부 다르지만 그것을 하나하나 맞춰서 의료서비스를 제공한다는 것은 현실적으로는 상당한 어려움과 제약이 따른다. 그러나 나노 물질의 원격 조종이 가능해지면 의료 현장 조건을 컨트롤할 수 있다는 장점이 따라오는 것이다. ‘맞춤형 의료’라는, 낯설면서도 반가운 미래도 함께 말이다. 학계의 구체적인 평가와 강 교수의 연구 계기가 궁금했다.

“이번 연구 주제인 ‘면역 반응 실시간 원격 조종 기술’은 향후 의료 현장에서 맞춤형 의학을 가능케 할 것으로 기대된다는 평가를 받고 있습니다. 특히 임플란트 면역 반응을 원격 조종한다는 연구 보고는 이번이 처음이기도 한데요. 현대 의학에서 임플란트는 다양한 질병의 치료나 기능을 보완하기 위해 필수적으로 쓰이고 있거나 개발되고 있지만, 모든 임플란트는 인체 내에서 면역 반응을 일으킵니다. 이 면역 반응을 조절하지 못하면 임플란트의 기능을 하지 못하거나 장애를 일으킬 수 있기 때문에 실제 의료 현장에서 많은 어려움을 겪고 있죠. 이 같은 상황이 결국 연구 주제를 선정하게 된 계기가 되었습니다. 이에 최초로 면역 반응을 나노 자가조립이라는 방법으로 실시간 원격 조종할 수 있음을 증명하였습니다.”

빠르고, 가역적이며, 인체에 무해한 나노 자가조립으로 대식 세포의 가역적인 부착, 분리, 분극화를
조절함으로써 임플란트에 대한 면역 반응을 실시간 원격 조종하는 모식도

강 교수의 해당 연구는 권위 있는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’를 통해서도 알려졌다. 그동안 다양한 종류의 나노 소재들이 잠재적으로 인체에 유해할 수 있다는 보고들이 있어서 임상 의학에 적용되고 상용화되기까지는 어려움이 있었지만, 그의 연구는 생체 내에서 인체에 무해한 물질들을 이용해 원격 조종을 통한 나노 소재를 가역적으로 생성하고 분해시킬 수 있어 향후 임상 의학에도 활용될 수 있다는 가능성을 열어주었다는 데에 보다 큰 의미를 지닌다.

“원하는 치료 시간과 장소에 따라 원격 제어가 가능한 신소재를 통해 환자들을 위한 다양한 맞춤형 의료를 실현시킬 수 있다는 것은 기존에 거의 이뤄지지 않았던 연구입니다. 저 역시도 아직은 초기 단계이지만, 고려대학교 임상 의학 교수님과의 협업으로 이 신소재가 실제로 임상에서 환자에게 쓰일 수 있다는 포부를 가지고 계속 연구를 발전시키고 있고, 향후 실제 의료 현장에서 이 기술이 쓰여서 환자들과 의료진들에게 많은 혜택과 편리함을 주고자 하는 기대를 하고 있습니다.”

세계로 뻗어나가는 원격 조종 나노 자가조립 연구

세계적으로 괄목할 만한 성과를 낸 만큼 연구 과정 또한 결코 순탄하게 흘러가지만은 않았다. 강희민 교수가 겪었던 어려움과 이를 극복해낸 그만의 방식을 물었다.

“나노 자가조립, 자성적, 광학적 등으로 실시간 원격 조종이 가능한 신소재를 개발하고, 이를 생체 내에서 효과적으로 제어하는 것은 환자들을 위한 맞춤형 의료의 가능성을 제시하는 미래지향적인 연구라고 할 수 있겠습니다. 하지만 생체 내에서 나노스케일의 단백질과 조직구조가 역학적으로 변화하면서 나노 소재에 영향을 미치기 때문에 생체 내에서 나노 소재를 완벽히 원격 제어하는 것은 결코 쉽지 않은 일입니다. 따라서 나노 소재를 어떠한 방식으로 디자인해야 이를 효과적으로 원격 제어할 수 있을지에 대한 목표가 연구 과정에서 제게 많은 도전을 주었습니다.”

그는 또한 나노 소재가 실시간으로 특성이 변화하는 것을 분석하는 데에도 어려움을 겪었는데, 이는 미국의 대표 명문 대학 노스웨스턴(Northwestern) 대학과의 공동협업을 통해서 큰 과제를 해결할 수 있었다고 덧붙였다. 어떠한 문턱 앞에서도 끝없이 나아간 덕분에 강 교수는 마침내 나노 소재를 디자인하고 분석할 수 있는 직관력과 풍부한 경험을 함양하게 되었다. 또한 강 교수는 실질적으로 임상의학에 접근하는 치료에 쓰일 수 있으며 원격 조종이 가능한 신소재를 개발하는 데에도 열중하고 있었는데, 특히 지난해 그가 국제 학술지에 게재한 논문이 궁금했다. 재료공학분야에서 있어서는 세계 정상급의 국제학술지였다.

“최근 저희 연구실에서 개발하는 원격 조종이 가능한 신소재는 생체 내에서 다양한 세포들과 나노 소재와의 상호작용을 실시간으로 제어할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 이는 향후 면역 반응 제어뿐만 아니라 줄기 세포 분화를 조절할 수 있는 등 다양한 바이오메디컬 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 특히 줄기 세포 분화를 조절하면 원하는 조직 재생을 통하여 다양한 재생 치료가 가능한데, 나노 자가조립의 원격 조종하는 기술이 줄기 세포 분화를 조절함으로써 재생 의학에도 적용될 수 있는 연구에 대해서도 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)에’ 게재하였습니다.”

국내 연구자들은 이미 세계적인 수준으로 기여할 준비가 되어있다

향후 의료 현장에 혁신적인 변화를 가져 올 연구 결과로 바쁜 나날을 보내고 있는 요즘, 강희민 교수의 본격적인 연구 활동은 마치 이제 시작인 것처럼 보였다. 나노공학 신소재를 이용해 다학제적 관점에 기반한 연구 활동을 진행하고 있는 그는 지치지도 않고 다른 연구 계획들을 꼽았다. 그에게서 배우고 익히는 학자의 즐거운 에너지가 느껴졌다.

“최근 저희 연구실에서는 나노공학을 이용해 나노 자가조립, 자성적, 광학적, 기계적, 전기적, 화학적 등으로 원격 조종이 가능한 다양한 신소재를 개발하는 데에 초점을 맞추어서 연구하고 있습니다. 이 새로운 개념으로 개발된 신소재들의 생체 내 원격 제어를 통해 다양한 바이오메디컬 응용 분야에서 기존에 존재하지 않았던 새로운 방법을 제시하고자 합니다. 과거 스탠포드(Stanford) 대학과 캘리포니아대학교 샌디에이고(University of California, San Diego)에서 신소재공학과 바이오메디컬 공학을 연구했던 경험이 최근의 융복합 연구들을 활발히 진행하는 데에 근간으로 작용하고 있습니다.”

그는 기존의 방법으로 치료하기 어려웠던 질병들을 앞으로 어떻게 하면 원격 제어가 가능한 신소재를 활용해 편리하고, 효과적이고, 안전하게 치료할 수 있을지에 대한 실제적인 연구를 이어가고 싶다고 밝혔다. 이를 위해서는 강 교수뿐만 아니라 국내 다양한 연구 활동을 진행하고 있는 연구자들을 위해 조성되어야 할 환경의 보완이 필요할 테다. 이에 대한 그의 개인적인 견해를 물었다.

“우리나라의 과학기술이 최근에는 세계적인 수준으로 발전하고 도약했다고 생각합니다. 2018년도 QS 세계대학평가에서 고려대 공과대학이 세계 50위 안에 들었다고 합니다. 하지만 대학들의 연구 수준과 성과들이 세계적인 수준에 도달한 것을 많은 연구자들이 체감하지 못하는 것 같습니다. 국내 대학의 연구에서 대학원생들과 특히 박사 후 연구원의 연구 참여와 기여도가 매우 중요합니다. 국내 연구자들의 처우 개선과 연구 환경 조성 등이 세계적인 수준으로 마련되어 많은 국내 우수 연구자들의 인재 양성이 이루어지고, 우리나라의 과학기술 수준이 더욱 도약할 수 있기를 바랍니다.”

후속세대에게 꿈과 개척정신을 제시하는 연구자로

강희민 교수는 연구자로서, 또 교육자로서 후학들에게 큰 귀감이 되고 있다. 연구실 안에서, 또 강단 위에서 그가 가장 전하고픈 메시지는 무엇일까. 그는 무엇보다 재직 중인 신소재공학부를 향한 큰 애정을 드러냈다.

“차세대 신소재 개발은 시대에 따라서 다른 종류와 기능성을 요구하고 있고, 제가 연구하는 나노 바이오 신소재도 최근에 헬스케어 응용 분야와 접목하여 주목받고 있는 신소재 중의 하나라고 할 수 있겠습니다. 저는 원래 신소재공학 전공자 출신으로서 바이오메디컬 공학도 전공했었는데요. 변하는 시대의 흐름에서 학문 후속 세대들 또한 연구 분야 선택에 있어서 친숙하고 전통적인 틀에서 벗어나는 용기를 지녔으면 좋겠습니다. 막연한 호기심과 열정만으로도 충분하니, 두려워하지 않고 새로운 융복합 연구에 도전하시기 바랍니다. 연구에 있어서 창의성과 독창성은 새로운 길을 열어가기 위해 필수적으로 요구되는 요소이니까요.”

그 또한 앞으로도 더욱 원천성 있고, 독창적이며, 혁신적인 연구에 도전할 것이라고 힘주어 말했다. 학계에 새로운 판로를 모색한 연구인 만큼 그가 앞으로 우리나라의 선도형 연구 개발을 주도하리라는 것만은 짐작할 수 있었다. 그의 말처럼 자신만의 연구 분야를 개척해가기를 갈망하는 많은 학문 후속세대들이 생겨나기를 함께 바라고 응원할 것이며, 미래 다양한 분야와 의료 산업에 혁신을 실현시킬 이번 연구가 순항하기를 바래본다

강희민 교수

· 現) 고려대학교 신소재공학부 조교수

· UC 샌디에고 신소재공학 박사 (바이오공학과)

· 스탠포드대학교 신소재공학 석사

· 고려대학교 신소재공학 학사

· 2015 미국 Acta Biomaterialia 편집장의 The Acta Student Award 수상

· 2016 미국 UC 샌디에고의 총장 학위논문 최종후보

▷동적 나노바이오공학 연구실 (Dynamic Nanobioengineering Laboratory)

우리 연구실에서는 나노공학을 이용한 원격 조종이 가능한 신소재를 개발하여

다양한 바이오메디컬 공학에 적용하는 연구를 합니다.

(www.dynamicnano.org)


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