우리 연구실은 세포가 경험하고 발휘하는 기계적 힘을 단분자 수준에서 정밀하게 분석하는 메카노바이올로지 연구에 중점을 두고 있습니다. 세포와 주변 환경 간의 상호작용에서 발생하는 물리적 힘이 세포의 부착, 이동, 신호전달 등 다양한 생물학적 현상에 어떤 영향을 미치는지 규명하고자 합니다. 특히 암세포의 전이, 면역세포의 반응, 근육세포의 수축, 뇌 질환 등 다양한 생리적 및 병리적 상황에서 세포-기질 간 기계적 상호작용이 세포 행동에 미치는 영향을 심도 있게 연구하고 있습니다. 이러한 연구를 위해 단분자 힘 센서, DNA 오리가미 기반 힘 프로브, 마이크로/나노패터닝 기술 등 첨단 바이오물리학적 도구를 개발 및 활용하고 있습니다. 이를 통해 세포 내외부에서 발생하는 미세한 힘을 실시간으로 측정하고, 세포 신호전달 경로의 활성화와 기계적 자극 간의 연관성을 규명합니다. 최근에는 암세포의 침습성과 전이 과정에서 인테그린 분자 장력의 역할, 면역 시냅스에서 T세포 수용체가 받는 힘의 정량적 분석 등 다양한 응용 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 세포 역학 연구는 조직공학, 질병 치료 및 예방, 생체모사 환경 구축 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 특히, 암 전이 억제, 면역치료 효율 증진, 근육 및 신경 질환의 기전 규명 등 미래 의생명과학 발전에 중요한 기초 지식을 제공할 것으로 기대됩니다.

본 연구실은 마이크로/나노플루이딕스 기술을 활용하여 단일 DNA 분자, 단일 세포 수준에서의 정밀 분석 플랫폼을 개발하고 있습니다. 기존의 고가 장비나 복잡한 공정 없이, 균일한 크랙 어레이를 형성하는 혁신적 제작 기법을 통해 다양한 생물학적 시료를 효과적으로 포획하고 분석할 수 있는 시스템을 구축하였습니다. 이 플랫폼은 스트레스 집중(또는 차폐) 구조를 도입하여 크랙의 위치와 방향을 정밀하게 제어하며, 다층 기질 내 다양한 재료를 조합하여 생체적합성과 기능성을 극대화합니다. 이러한 기술을 바탕으로, 단일 DNA 분자 또는 단일 세포를 포획하여 에피제네틱 마커를 분석하는 연구를 수행하고 있습니다. 예를 들어, DNA의 메틸화 패턴, 히스톤 변형 등 후성유전학적 정보를 고감도로 검출할 수 있으며, 암세포, 줄기세포, 면역세포 등 다양한 세포 유형의 유전·후성유전 변화를 정량적으로 분석합니다. 또한, 고효율 단분자 검출 시스템을 통해 단백질 상호작용, 효소 활성 등 미세한 생화학적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 이러한 마이크로/나노플루이딕스 기반 플랫폼은 암 진단, 약물 반응성 평가, 희귀 순환종양세포 분리, 맞춤형 치료법 개발 등 다양한 바이오메디컬 분야에 응용될 수 있습니다. 특히, 에피제네틱스 연구를 통한 질병의 조기 진단 및 예후 예측, 신약 개발 등 정밀의료 실현에 중요한 역할을 하고 있습니다.

우리 연구실은 단분자 수준에서 생체분자의 힘과 상호작용을 정밀하게 측정할 수 있는 다양한 센서 및 검출 기술을 개발하고 있습니다. 기존의 단분자 분석 기술은 효율성과 비특이적 결합 문제로 인해 한계가 있었으나, 본 연구실은 표면 패시베이션이 강화된 마이크로/나노플루이딕스 플랫폼을 통해 이러한 문제를 극복하고 있습니다. 이를 통해 극소량의 시료로도 높은 민감도와 재현성을 확보할 수 있습니다. 특히, 단백질-단백질 상호작용, 효소 활성, 세포 내 신호전달 과정 등 다양한 생명현상을 단분자 수준에서 실시간으로 분석할 수 있는 시스템을 구축하였으며, DNA 기반 힘 센서, 오리가미 구조체, 나노입자 기반 바이오센서 등 첨단 기술을 융합하여 연구의 정밀도를 높이고 있습니다. 최근에는 암세포의 침습성, 면역세포의 활성, 바이러스 탐지 등 다양한 응용 분야에서 고감도 검출 기술의 효과를 입증하고 있습니다. 이러한 단분자 센서 및 검출 기술은 암 진단, 감염성 질환 탐지, 신약 개발, 맞춤형 치료 등 다양한 의생명과학 분야에 활용될 수 있습니다. 미래에는 인공지능 및 빅데이터 분석과 결합하여, 더욱 정밀하고 신속한 바이오마커 탐지 및 질병 예측 시스템으로 발전할 것으로 기대됩니다.