최이현 연구실
기계공학과 최이현
최이현 연구실은 생체공학(Bioengineering) 분야에서 첨단 융합기술을 바탕으로 다양한 바이오메디컬 응용 연구를 선도하고 있습니다. 본 연구실은 뇌-온-어-칩 및 오가노이드와 같은 인간 아바타 모델을 활용하여, 뇌 질환의 병태생리 연구와 신약 개발을 위한 혁신적인 전기생리학 모니터링 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 기존 동물 모델의 한계를 극복하고, 인간 중심의 정밀한 연구 데이터를 확보함으로써 뇌 질환 연구의 새로운 지평을 열고 있습니다.
또한, 온도감응성 하이드로겔(PNIPAAm) 기반의 세포배양 플랫폼 및 세포시트 공학 분야에서도 활발한 연구가 이루어지고 있습니다. 하이드로겔의 3차원 네트워크 구조와 나노구조 표면을 정밀하게 제어하여, 다양한 세포의 부착, 이동, 분화 및 조직화를 유도하는 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 조직 재생, 인공장기 개발, 맞춤형 치료 등 재생의학 및 바이오의료기기 분야에 폭넓게 응용되고 있습니다.
연구실은 또한 해양생물의 변형 가능한 조직에서 영감을 받은 소프트 액추에이터, 마이크로유체 디바이스 등 생체모사 기반의 혁신적 기술을 개발하고 있습니다. 물 감응성 소프트 액추에이터는 바이오로봇, 인공근육, 스마트 의료기기 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 마이크로유체 플랫폼은 세포의 미세환경 조절, 3차원 세포 배양, 약물 전달 및 진단 등 다양한 바이오메디컬 응용에 활용되고 있습니다.
이와 같은 연구 성과는 다수의 국제 저널 논문, 특허, 학술대회 발표를 통해 국내외적으로 인정받고 있으며, 연구실 구성원들은 다양한 수상 경력과 산학협력 경험을 바탕으로 학문적·산업적 가치를 창출하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 생체공학의 융합적 연구를 통해 미래 바이오의료기술 발전에 기여하고, 환자 맞춤형 치료 및 정밀의료 실현을 위한 혁신적인 솔루션을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다.
최이현 연구실은 생체공학의 기초부터 응용까지 폭넓은 연구를 수행하며, 차세대 바이오메디컬 기술의 발전과 실용화에 앞장서고 있습니다. 이를 통해 인류 건강 증진과 삶의 질 향상에 기여하고자 합니다.
생체공학 기반 뇌-온-어-칩 및 오가노이드 전기생리학 모니터링
본 연구실은 뇌-온-어-칩(Brain-on-a-Chip) 및 뇌 오가노이드와 같은 첨단 인간 아바타 모델을 활용하여 뇌 질환 연구 및 약물 평가의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 기존의 동물 모델이 인간의 유전적 특성과 병리생리학을 충분히 반영하지 못한다는 한계점을 극복하기 위해, 다양한 인간 유래 세포를 3차원적으로 배양하여 실제 뇌 조직과 유사한 환경을 구현하고 있습니다. 이를 통해 뇌 질환의 기전 연구 및 신약 개발에 있어 더욱 정밀하고 신뢰성 높은 데이터를 확보할 수 있습니다.
특히, 본 연구실은 뇌-온-어-칩 및 오가노이드 내에서 신경세포의 전기생리학적 기능을 실시간으로 모니터링하는 다양한 기술을 개발하고 있습니다. 세포 배양 환경의 특성과 깊은 층에 위치한 세포에 대한 접근성 문제를 해결하기 위한 혁신적인 측정 방법론을 도입하여, 신경세포의 활동전위 및 시냅스 전달 등 뇌 기능의 핵심 지표를 정밀하게 분석합니다. 이러한 기술은 뇌 질환의 조기 진단, 약물 반응성 평가, 맞춤형 치료 전략 수립에 중요한 역할을 합니다.
향후 본 연구실은 인간 뇌 아바타 모델의 전기생리학적 모니터링 기술을 더욱 고도화하여, 뇌 질환 연구의 한계를 극복하고 임상 적용 가능성을 높이는 데 주력할 계획입니다. 이를 통해 뇌 질환의 병태생리 이해와 신약 개발, 그리고 환자 맞춤형 치료법 개발에 기여하고자 합니다.
온도감응성 하이드로겔 및 세포시트 공학
본 연구실은 온도감응성 하이드로겔, 특히 Poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAAm) 기반 소재를 활용한 세포배양 플랫폼 및 세포시트 공학 분야에서 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. PNIPAAm 하이드로겔은 온도 변화에 따라 물리적 특성이 변화하는 특성을 지니고 있어, 세포의 부착 및 탈착을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이를 바탕으로 다양한 세포 유형의 시트 제작 및 조직공학 응용이 가능해집니다.
연구실은 하이드로겔의 3차원 네트워크 구조를 조절하여 세포의 부착력, 이동성, 성장 환경을 최적화하는 기술을 개발하고 있습니다. 나노구조 표면 및 그라디언트 패턴을 도입함으로써, 세포의 이동성과 분화, 조직화 과정을 효과적으로 유도할 수 있습니다. 또한, 이러한 플랫폼은 줄기세포 시트의 신속한 수확, 3차원 조직 배양, 맞춤형 조직 재생 등 다양한 바이오메디컬 응용에 활용되고 있습니다.
앞으로 본 연구실은 온도감응성 하이드로겔을 기반으로 한 세포시트 공학의 응용 범위를 확대하여, 조직 재생, 인공장기 개발, 맞춤형 치료 등 차세대 바이오의료기술 발전에 기여할 계획입니다. 이를 통해 환자 맞춤형 치료 및 재생의학 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공하고자 합니다.
생체모사 소프트 액추에이터 및 마이크로유체 디바이스 개발
연구실은 해양생물의 변형 가능한 콜라겐 조직에서 영감을 받은 물 감응성 소프트 액추에이터와 같은 생체모사 기술 개발에 주력하고 있습니다. 이러한 소프트 액추에이터는 물에 반응하여 빠르고 강력하게 동작할 수 있으며, 차세대 바이오로봇, 인공근육, 스마트 의료기기 등 다양한 분야에 적용될 수 있습니다. 특허 및 논문을 통해 해당 기술의 우수성과 실용성을 입증하고 있습니다.
또한, 마이크로유체 디바이스를 활용한 생체조직 모사 및 세포 배양 기술도 연구의 중요한 축을 이룹니다. 채널 내 유체의 유동 제어가 용이한 마이크로유체 플랫폼을 개발하여, 세포의 미세환경을 정밀하게 조절하고, 3차원 세포 스페로이드 배양, 조직공학, 약물 전달 및 진단 응용에 활용하고 있습니다. 이러한 기술은 기존의 대량 배양 방식에서 벗어나, 미세환경에서의 세포 행동 및 상호작용을 심층적으로 분석할 수 있게 합니다.
향후 연구실은 생체모사 소프트 액추에이터와 마이크로유체 디바이스의 융합을 통해, 더욱 정교한 바이오메디컬 시스템을 개발하고, 의료 및 헬스케어 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 계획입니다. 이를 통해 미래형 바이오공학 및 정밀의료의 발전에 기여하고자 합니다.
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Monitoring of Electrophysiological Functions in Brain-on-a-Chip and Brain Organoids
최이현
Advanced NanoBiomed Research, 202407
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A programmable powerful and ultra-fast water-driven soft actuator inspired by the mutable collagenous tissue of the sea cucumber
Andrew Choi, Hyeonseok Han, Dong Sung Kim
Journal of Materials Chemistry A, 202108
3
Improved chondrogenic performance with protective tracheal design of Chitosan membrane surrounding 3D-printed trachea
Hyeonji Kim, Jae Yeon Lee, Hyeonseok Han, Won-Woo Cho, Hohyeon Han, Andrew Choi, Hyeonjun Hong, Jae Yun Kim, Jeong Hun Park, Sun Hwa Park, Sung Won Kim, Dong Sung Kim, Dong-Woo Cho
Scientific reports, 202104