올해로 8회를 맞이한 International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials는 Elsevier에서 주최하는 학회로 2025년 3월 3일부터 6일까지 프랑스 몽펠리에의 Le corum에서 개최되었다. 에너지, 환경, 건강과 같은 영역들은 연구뿐만 아니라 우리 삶의 모든 측면에서 우선순위로 부상하였으며, 하이브리드 소재는 이러한 우선순위 영역 각각에서 해결책을 제공하는데 높은 가능성을 보여주고 있다. 이에 다기능적 하이브리드 소재에 대해 다학제적인 연구 역량과 협력의 기회를 제공하기 위해 학회가 개최되었으며, 아래 4개의 주제에 대해 세션이 병렬적으로 진행되었다:

(1) 바이오 하이브리드, 바이오 소재 및 생물학적 물질

(2) 기능성 하이브리드 나노 소재, 나노 복합체 및 그 응용 분야

(3) 기능성 다공성 소재

(4) 에너지와 지속가능성

본 학회 참관기는 그중에서도 본인의 연구 분야에 맞는 (1) 바이오 하이브리드, 바이오 소재 및 생물학적 물질 세션에 초점을 맞추어 작성되었다. 해당 세션에서는 생체 적합한 바이오 모방 소재의 설계, 바이오 센서, 나노 의학 및 나노 바이오 기술의 응용, 약물 전달 및 조직 공학, 3D 바이오 프린팅 등 다양한 바이오 분야에서의 하이브리드 소재가 발표되었으며, 바이오 기술과 나노 하이브리드 소재의 융합이 어떻게 의학 및 생명공학 분야에 혁신을 가져올 수 있는지 논의되었다.

Prof. Chunying Chen은 나노 의학 분야에서 중요한 장애물인 단백질 코로나(protein corona)에 대해 언급하며, 질병을 진단하고 치료하는 데 있어 나노 의약품의 효능을 유지하면서 단백질 코로나를 어떻게 활용할 수 있을지 발표하였다. 단백질 코로나는 나노 입자가 생체 환경에 노출될 때 자발적으로 단백질 및 생체 분자와 결합하여 형성되는 층으로, 나노 입자의 생체 내 전달과 표적화가 손상될 가능성을 높인다. 이에 나노-바이오 인터페이스에서 Protein Corona의 화학적 및 생물물리학적 조절 전략을 제시하며, 나노의약품의 전달 효율을 최적화할 수 있는 3가지 핵심 접근법을 소개했다. 먼저 Prof. Chunying Chen의 연구팀은 나노 물질의 물리화학적 특성이 나노-바이오 인터페이스에 미치는 영향을 분석하였다. 특히 나노 입자가 발생시키는 산화 스트레스(oxidative stress)와 항산화제의 과다 사용이 환원 스트레스(reductive stress)를 유발할 가능성에 대해 논의하며, 산화-환원 균형(redox homeostasis)이 깨질 때 다양한 질병이 발생할 수 있기 때문에 나노 기반 치료 전략을 설계할 때 해당 요소를 고려해야 함을 강조하였다. 또한 기존의 경구 투여 방식은 위장관 장벽(gastrointestinal barrier)을 통과하는 과정에서 약물의 상당 부분이 분해되거나 흡수되지 못하는 한계를 가진다. 이를 해결하기 위해 장내 미생물(gut microbiota)이 소화할 수 있는 특정 탄소 및 고분자 기반 나노 물질을 개발하여, 생체 내 수송 효율을 향상하는 전략을 제시하였다. 마지막으로 나노 입자 표면의 단백질 흡착을 조절하고 단백질 코로나가 나노 입자의 표적화를 방해하는 문제를 해결하기 위한 전략으로 단백질 코로나를 활용하는 방법을 제안하였다. 이는 기존의 회피 전략(stealth strategy)에서 벗어나, 단백질 코로나를 능동적으로 조절하여 나노 의약품의 치료 효율성을 극대화하는 접근법을 제시한다는 점에서 중요한 의미를 가진다.

Prof. Silvia Vignolini는 자연에서 발견되는 키랄성(chirality)이 광학적 특성에 미치는 영향을 연구하며, 바이오 기반 키랄 물질의 대규모 응용 가능성을 발표하였다. 키랄성은 분자 수준에서 시작해 거시적인 구조로 전달되며, 바이오 기반 키랄(chiral) 빌딩 블록으로 구성된 복잡한 아키텍처는 독특한 광학적 특성을 만들어낸다. 그러나 자연에서 추출한 키랄 빌딩 블록을 활용하기 위해서는 먼저 개별 빌딩 블록의 특성이 대규모 아키텍처와 구조에서 어떻게 발현되는지 이해해야 한다. 이에 Prof. Silvia Vignolini의 연구팀은 셀룰로스 및 키틴 나노결정 현탁액과 같은 바이오 유래 입자에서 생성되는 중간상(mesophase) 키랄성의 기원을 조사하여, 나노입자 조립 과정과 최종 구조 간의 연관성을 규명하였다. 특히 개별 나노 입자의 정량적 형태 분석과 나노 입자 조립 과정을 연구하여, 키랄 구조가 광학 소재로서 기능할 수 있음을 확인하였다. 또한 대량 생산을 위한 다양한 방법을 제시하며, 자연에서 얻은 나노 구조가 차세대 기능성 광학 소재로 적용될 수 있음을 강조하였다.

Dr. Alessandra Pinna는 나노 의학에서 다양한 무기 나노 입자의 활용 가능성에 대해 발표하였다. 먼저 생분해성 및 단분산성 메조다공성 실리카 나노스타(Mesoporous Silica Nanostars, MSNS)를 개발하고, 이를 항염증제로써 기능하는 cerium oxide 나노 입자와 항생제를 동시에 전달할 수 있는 운반체로 제안하였다. 개발한 MSNS는 우수한 약물 탑재 능력, 높은 생체 적합성, 그리고 구형 나노 입자보다 뛰어난 혈액-뇌 장벽((blood brain barrier, BBB) 투과성을 보여 결핵성 수막염(Tuberculous Meningitis) 치료를 위한 새로운 접근법으로 강조되었다. 또한 초상자성 철 나노입자(Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles, SPION)를 광경화성 수지(photo-resin)에 포함하여 3D 프린팅이 가능한 자극 반응형 소재를 제작하는 연구도 발표하였다. 본 연구는 TBM 치료를 위한 혁신적인 나노의학적 접근법을 제시하는 동시에, 자극 반응형 바이오소재가 조직 공학 및 약물 전달 시스템에 활용될 가능성을 보여주었다.

인체 조직 모델은 약물 스크리닝과 환자 맞춤형 조직공학 솔루션 개발을 위한 필수적인 플랫폼으로, Prof. Laura Russo는 in vitro 조직 모델 개발에서 글리코시그니처(glycosignature)와 세포외기질(ECM)의 역할을 모사하는 모델이 필요함을 발표하였다. ECM의 글리코시그니처 및 생체분자적 특성은 세포 신호 조절 등에 영향을 미치며, 정상적인 혈관 기능 유지에 필수적인 글리코사미노글리칸(Glycosaminoglycan, GAG)이 병리적 환경에서는 염증과 섬유화를 유발할 수 있기 때문에 황산화 GAGs의 조절 또한 중요함을 제시하였다. 또한, 기존 화학적 접근법의 한계를 극복하기 위해 AI 알고리즘 및 3D 프린팅을 활용한 자동화 제조 기술을 개발한 최신 연구를 소개하며, 환자 맞춤형 조직 모델 및 다기능성 의료기기 개발의 가능성을 제시하였다.

Prof. Jesus Santamaria는 암 치료를 위한 나노입자 전달 전략을 발표하며, 특히 세포 외 소포체(Extracellular Vesicles, EVs)를 활용하여 나노 입자를 전달하면 1% 미만의 낮은 종양 전달률 문제를 해결할 수 있음을 강조하였다. EVs는 생체 내 세포 간 신호 전달에 중요한 역할을 하며, 막 단백질 패턴에 기반한 동종 세포 인식(homotypic recognition) 특성을 이용하여 나노입자의 선택적 표적화를 가능하게 한다. 이에 Prof. Jesus Santamaria 연구팀은 EVs와 나노 입자를 결합한 하이브리드 벡터(hybrid vector)를 개발하여 나노 입자의 치료 효율을 높이고, hyperthermia 및 촉매 기반 치료 기능을 부여하는 연구를 소개하였다. 비록 EVs의 종류에 따라 생체 내 분포가 다르므로 최적화가 필요하지만, 본 연구가 기존 치료법의 한계였던 내성 문제를 줄일 수 있는 잠재적 해결책이 될 수 있음을 시사하였다.

이번 학회에서는 총 382건의 초록이 제출되었으며, 그중 구두 발표 152건과 포스터 발표 230건이 진행되었다. 본 연구자는 중앙대학교와 펜실베니아 대학교가 공동 연구한 “Dual drug delivery via bijels as a novel approach to combat antibiotic-resistant bacterial infections”라는 발표 주제로 구두 발표를 진행하였으며, 해당 연구는 항생제 내성균 감염 치료를 위한 새로운 접근법으로써 항생제와 ZnO 나노입자를 이중 연속 나노 구조체에 결합하는 전략을 제시하였다. 발표를 통해 연구 성과를 공유하고 다양한 질문을 받으며, 향후 연구 방향을 모색할 수 있는 기회가 되었다. 이 외에도 흥미로웠던 연구 성과들을 몇 가지 공유하고자 한다.

Omar Mertins (브라질 상파울루 연방대학교 파울리스타 의과대학)

질병 치료를 위한 바이오 활성 물질 전달 시스템으로, pH에 따라 구조가 변하는 생체 고분자-쉘 큐보좀(BPS-cubosome) 기반의 스마트 나노 전달 시스템을 소개하였다. 키토산-알지네이트 복합 코아세르베이트로 표면을 개질한 BPS-cubosome은 위장관 환경에서 구조적 변화를 통해 바이오 활성 물질의 방출을 조절할 수 있으며, 세포막과의 상호작용을 통한 세포 내 흡수가 가능하여 위장관 내 약물 전달 시스템으로 적용 가능성을 제시하였다.

Monica L Fanaragga(Universidad De Cantabria-IDIVAL, 스페인 산탄데르)

종양 미세환경에서 과발현되는 Tumor Endothelial Marker 8 (TEM8)을 전이성 암 치료를 위한 새로운 표적 전략으로 제시하며, 이를 활용한 나노의약품 전달 방식을 발표하였다. 연구팀은 TEM8을 표적화하는 탄저 독소 유래 리간드 PA17을 개발하였으며, PA17로 기능화된 항암제 탑재 나노 입자는 전이성 흑색종 종양 크기를 약 50% 감소시킬 수 있었다.

Albert Woodward-Rowe (영국 서리 대학교)

본 연구는 폐수 처리, 생물 정화 또는 토양 첨가제로써 사용되는 박테리아의 대사 활동은 유지하되 박테리아 자체는 보호할 수 있는 캡슐을 개발하였다. 개발한 poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) 기반의 하이드로겔 캡슐은 기계적 손상과 건조로부터 Mycobacterium smegmatis 박테리아를 성공적으로 보호하면서, 환경과의 분자 교환을 가능하게 하여 박테리아 본연의 역할을 계속 수행시킬 수 있음을 시사하였다.

장연우 (중앙대학교, 대한민국)

암 면역 치료를 위해 대식세포 유래 막과 합성 리포솜을 융합한 하이브리드 나노 소포체를 개발하였으며, 이와 같은 하이브리드 나노 소포체가 면역 치료 약물을 운반하고 항종양 M1 표현형에 대한 대식세포 분극을 강화하는 이중 기능을 할 수 있음을 발표하였다. 특히 해당 나노 소포체는 CXCR4 결합 펩타이드로 기능화되어 대식세포에 대해 높은 표적화 능력을 보였다.

본 학회에서는 하이브리드 소재 연구자들 간의 네트워킹을 활성화하기 위해 다양한 세션을 마련하였다. 연구자들은 하루 2번 제공된 커피와 간식을 먹으며 각자의 연구에 대해 질의응답을 나누고, 다양한 주제로 담소를 나누며 교류할 수 있었다. 또한, 웰컴 리셉션과 갈라 디너에서도 자유로운 대화를 통해 연구 협력의 기회를 모색할 수 있는 장이 마련되었다. 본 연구자 또한 웰컴 리셉션에서 발표에 관심을 보인 연구자와 함께 연구의 발전 방향에 대해 논의하며, 학문적 교류를 확장하는 시간을 보냈다.

이번 8th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials에서는 다양한 하이브리드 소재가 여러 학문 분야에서 어떻게 응용되며, 기존의 문제를 해결할 수 있는지 배울 수 있는 좋은 기회였다. 특히 나노의학 분야에서 나노-바이오 하이브리드 소재가 활발히 개발되고 있으며, 이를 활용한 치료 전략이 질병 치료의 효율을 충분히 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 나아가 하이브리드 소재의 발전이 의학을 포함한 다양한 분야의 발전에 도움이 될 수 있기에, 하이브리드 소재 분야의 유수한 연구자들이 모여 의견을 나눌 수 있는 본 학회는 학문적 협력을 통해 주요 난제를 해결하는데 있어서 큰 도움이 될 것으로 기대한다. 마지막으로 KOBRA-TA 프로그램을 통해 본 학회에 참석할 수 있었기에, 이 자리를 빌려 모든 관계자분들께 깊은 감사를 전한다.

학회명: 8th International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials

개최지: Le Corum, Montpellier, France

​개최일: 2025년 3월 3일 ~ 2025년 3월 6일

작성자: 중앙대학교 융합공학부 박사과정 김지원 (jacqueline46@cau.ac.kr)