Biomater Res. 2024 Nov 19;28:0106. doi: 10.34133/bmr.0106. ​

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 안녕하십니까, 저는 부산대학교 응용화학공학부 김기수 교수님 지도하에 연구 중인 박사과정생 최혜은입니다. 제가 소속된 스마트나노바이오소재 연구실 (https://snbl.pusan.ac.kr/onbl/index..do)은 다양한 기능성 나노입자, 나노섬유, 하이드로젤 등을 개발하여 향상된 약물전달 또는 조직공학으로의 적용을 목표로 연구를 활발히 수행하고 있습니다. 특히 다양한 광원을 이용한 광의학에 초점을 맞추어 스마트한 광자소재 개발의 연구에 힘쓰고 있습니다. 저희 연구실은 포항공대, 서울대, 부산대뿐만 아니라 하버드의과대학, 샌디에이고 캘리포니아 대학을 포함한 해외의 다양한 분야의 연구실과 협업을 통해 새로운 시도 및 향상된 연구 성과를 도출해내고, 다양한 학회에서 꾸준히 발표를 진행하여 연구원들에게 좀 더 넓은 시야와 경험을 얻을 수 있는 기회를 제공합니다.

 최근 광의학(Photomedicine) 분야가 급격히 발전하면서, 빛을 이용한 질병의 진단 및 치료 기술이 주목받고 있습니다. 특히, 광상향전환(Upconversion) 현상을 활용하면 낮은 에너지의 광자를 보다 높은 에너지의 광자로 변환할 수 있어, 생체 조직 투과성이 높은 근적외선(NIR) 또는 적색광을 이용한 치료 및 약물 전달이 가능해집니다. 그러나 기존의 무기 기반 광상향전환 나노입자는 높은 에너지의 광원(103~105 mW/cm2)을 필요로 하며 상대적으로 낮은 양자효율(0.01~0.1%)이라는 한계를 가집니다. 이때, 유기 기반의 삼중항-삼중항 소멸 광상향전환(Triplet-triplet annihilation upconversion)은 상대적으로 낮은 에너지의 광원(<102 mW/cm2)을 활용하여 높은 양자효율(0.1~40%)을 달성하는 기술로 주목 받고 있습니다.

 본 연구에서는 우수한 생체적합성과 높은 수분 분산성을 갖춘 고분자 기반 유기 광상향전환 나노입자(Polymer-based Organic UCNPs)를 설계 및 개발하여, 경피약물 전달시스템에 적용하는 연구를 수행하였습니다. 광의학 기술이 조직 내 광침투율이 낮다는 한계를 지니고 있음을 고려하여, 적색광에 여기하여 청색광을 방출하는 광상향전환 기술을 도입하여 조직 투과성을 개선하였습니다. 또한, 경피약물 전달의 주요 제한 요소인 각질층에 의한 약물 투과 저하 문제를 해결하기 위해 피부 친화적 생체고분자인 히알루론산(Hyaluronic acid)을 적용하였으며, 광상향전환 과정에서 산소에 의한 소광(Quenching) 현상을 최소화하기 위해 산소투과율이 낮은 고분자인 폴리카프로락톤(Polycaprolactone, PCL)을 활용하여 안정성을 향상시켰습니다. 이러한 전략을 통해 고분자 기반 유기 광상향전환 나노입자의 생체적합성과 물 분산성을 극대화함과 동시에, 광의학 기반 경피약물 전달의 효율성을 증대시킬 수 있음을 확인하였습니다.

 본 연구의 결과는 광조절형 약물 전달 시스템의 개발에 기여할 수 있으며, 향후 피부를 통한 비침습적 치료 및 다양한 질환(예: 염증성 질환, 암 치료 등) 적용 가능성이 있는 플랫폼 기술로 확장될 수 있을 것으로 기대됩니다.

 모든 연구자들이 겪는 어려움은 다양하지만, 가장 큰 장벽은 목표한 결과를 예상한 시간 안에 얻기 어렵다는 점이라고 생각합니다. 저 역시 이번 연구에서 비슷한 어려움을 경험했습니다. 진전이 보이지 않거나 원하는 결과가 나오지 않을 때, 포기하고 싶은 마음이 들기도 했습니다. 그럴 때마다 설정한 목표를 다시 상기하며 실험을 반복하는 과정이 필요하다는 것을 깨달았습니다. 결국, 이 시기를 잘 넘기고 견디다 보면 어느 순간 정답을 찾을 수 있다는 것을 확신하게 되었습니다. 연구의 진행이 어려울 때일수록, 그 과정에서 자신의 성장과 성취감을 느낄 수 있음을 경험했고, 이 모든 과정이 연구자로서뿐만 아니라 개인으로서도 성장하는 중요한 단계임을 알게 되었습니다. 이 성취감은 그 어떤 말로도 다 표현할 수 없을 만큼 값지기 때문에, 끈기와 인내가 가장 큰 자산이 된다고 생각합니다.

 KOBRA 사업은 지도 교수님을 통해 알게 되었습니다. 연구 분야에 대한 협력 기회를 모색하던 중, KOBRA 사업이 연구 교류 및 협업을 지원하는 프로그램이라는 것을 듣고 큰 관심을 가졌습니다. 또한, KOBRA 사업이 연구자들의 글로벌 네트워크를 확장하고, 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들과의 협업을 촉진하는 기회를 제공한다는 점에서 더욱 흥미를 느꼈습니다.

  KOBRA-O 프로그램은 연구 교류와 협업을 위한 중요한 기회를 제공하는 프로그램으로, 저 역시 연구에 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있습니다. 제 연구 분야인 광의학 기반 나노입자 및 약물 전달 시스템과 관련된 연구자들과의 교류를 통해, 새로운 아이디어와 접근법을 배울 수 있을 것으로 생각합니다. 특히 KOBRA-O 프로그램을 통해 해외 연구자들과의 공동 연구를 활성화하고, 서로의 연구 결과를 비교하며 상호 발전할 수 있는 기회를 마련하고자 합니다. 이를 위해, 2025년 하반기에는 보스턴에 위치한 하버드 의과대학(Harvard Medical School)의 연구실에서 5~6개월간 연구 파견을 진행할 예정입니다. 이번 파견을 통해 최첨단 연구 환경에서 학문적 지식과 실험 기술을 심화하고, 글로벌 연구 네트워크를 확장하여 연구 역량을 한층 강화할 계획입니다.

 연구가 막힐 때 마다 조언을 아끼지 않고 지도해주신 김기수 교수님께 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 그리고 이번 연구를 함께 수행한 부산대학교 김재혁 교수님과 박정민 박사 과정 학생께 감사를 표합니다. 또한, 논문을 게재하는데 도움을 주신 모든 교수님, 연구자분들, 저희 연구실 멤버들에게 감사의 말씀드립니다. 제가 힘들 때마다 응원과 격려를 아끼지 않으신 부모님, 가족들과 친구들에게 늘 감사하다는 마음을 전하고 싶습니다.