BPE Lab
생명공학과 백종윤
BPE Lab은 첨단바이오의약학 분야에서 포유류 세포 공학, 바이오공정공학, 무세포 단백질 합성 등 다양한 첨단 기술을 융합하여 바이오의약품 생산의 혁신을 선도하는 연구실입니다. 본 연구실은 특히 CHO(Chinese Hamster Ovary) 세포를 기반으로 한 항체 및 치료용 단백질 생산에 중점을 두고 있으며, 세포주 개발, 생산성 향상, 품질 안정성 확보 등 바이오의약품 산업의 핵심 이슈를 해결하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있습니다.
세포 공학 분야에서는 고생산성 CHO 세포주 개발과 세포주 불안정성 문제 해결을 위해 유전체, 전사체, 대사체 분석 등 다각적인 접근을 시도하고 있습니다. 세포 내 유전자 발현 조절, 대사 경로 최적화, 세포주 맞춤형 배양 조건 개발, 그리고 세포주 불안정성 예측 및 완화 전략 개발을 통해 바이오의약품 생산의 신뢰성과 효율성을 높이고 있습니다.
바이오공정공학 분야에서는 배양공정의 최적화와 공정 자동화, 대사공학적 조절, 무혈청 배양, 산소전달속도 모델 개발 등 실제 산업 현장에 적용 가능한 다양한 공정 기술을 개발하고 있습니다. NAD+ 및 그 전구체, 폴리아민 등 다양한 첨가제를 활용하여 세포의 생산성과 생존율을 높이는 연구도 활발히 이루어지고 있습니다.
무세포 단백질 합성 플랫폼 연구를 통해 신약 개발 초기 단계에서의 후보물질 검증 및 생산 기간을 획기적으로 단축시키고, 휴대용 시스템 개발로 오지 및 긴급 상황에서도 신속하게 바이오의약품을 생산할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다. 이러한 연구는 바이오의약품 생산의 패러다임을 변화시키고, 글로벌 보건 위기 대응에도 큰 기여를 하고 있습니다.
BPE Lab은 산학연 협력, 정부 및 산업체 지원 프로젝트, 국내외 학술활동 등 다양한 네트워크를 바탕으로 첨단 바이오의약품 생산기술의 연구와 인재 양성에 앞장서고 있습니다. 앞으로도 혁신적인 연구와 기술 개발을 통해 글로벌 바이오의약품 산업을 선도하는 연구실로 성장해 나갈 것입니다.
Recombinant Protein Production
Host Cell Proteins
Process Engineering
포유류 세포 공학을 통한 CHO 세포주 개발 및 생산성 향상
본 연구실은 포유류 세포, 특히 Chinese Hamster Ovary(CHO) 세포를 이용한 바이오의약품 생산의 혁신을 목표로 하고 있습니다. CHO 세포는 항체 및 다양한 치료용 단백질 생산에 널리 활용되는 세포주로, 생산성 향상과 품질 안정성 확보가 매우 중요합니다. 연구실에서는 세포 공학적 접근을 통해 고생산성 CHO 세포주 개발과 세포주 불안정성 문제 해결에 집중하고 있습니다.
세포 생물학, 유전학, 전사체학, 바이오인포매틱스 등 다양한 첨단 기술을 융합하여 CHO 세포의 생산성 및 제품 품질을 극대화하는 전략을 연구합니다. 세포주 내 유전자 발현 조절, 대사 경로 최적화, 유전체 안정성 평가 및 예측, 그리고 세포주 맞춤형 배양 조건 개발 등 다각적인 연구가 이루어지고 있습니다. 특히, 세포주 불안정성의 원인 규명과 예측 모델 개발을 통해 바이오의약품 생산 공정의 신뢰성과 효율성을 높이고자 합니다.
이러한 연구는 바이오의약품 산업에서 요구되는 고품질, 고생산성, 안정적인 세포주 개발에 직접적으로 기여하며, 신약 개발 및 상용화 과정의 시간과 비용을 절감하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 세포 공학 기반의 혁신적 기술 개발을 통해 글로벌 바이오의약품 시장에서 경쟁력을 확보하는 데 주력할 예정입니다.
바이오공정공학 및 배양공정 최적화
연구실은 바이오의약품 생산을 위한 배양공정의 최적화와 공정공학적 접근에 중점을 두고 있습니다. 세포 배양 배지의 영양소 조성, 온도, pH, 유체역학적 스트레스, 부산물(락테이트, 암모니아) 축적 등 다양한 배양 조건이 세포 성장, 생산성, 제품 품질에 미치는 영향을 체계적으로 분석합니다. 이를 바탕으로 최적의 배양 조건을 도출하여 바이오의약품 생산 효율을 극대화하고 있습니다.
특히, 대사공학적 접근을 통해 세포 내 에너지 대사 경로를 조절하고, NAD+ 및 그 전구체, 폴리아민 등 다양한 첨가제를 활용하여 세포의 생산성과 생존율을 높이는 연구를 수행합니다. 또한, 무혈청 배양, 산소전달속도(OTR) 모델 개발, 배양 플라스크 및 바이오리액터 내 환경 제어 등 실제 산업 현장에 적용 가능한 공정 기술을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 대량생산 및 상업화에 적합한 공정 플랫폼 구축에 중요한 역할을 합니다.
더불어, 신약 개발 초기 단계에서부터 대규모 생산에 이르기까지 전 과정에서의 공정 최적화와 품질 관리 기술을 개발하여, 바이오의약품의 글로벌 경쟁력 강화에 기여하고 있습니다. 앞으로도 첨단 공정공학 기술과 데이터 기반의 최적화 전략을 통해 바이오의약품 생산의 혁신을 선도할 계획입니다.
무세포 단백질 합성 플랫폼 및 신약 개발 응용
연구실은 무세포 단백질 합성 시스템을 활용한 초고속 항체의약품 생산 플랫폼 개발에도 선도적인 역할을 하고 있습니다. 기존의 세포 배양 방식이 아닌, 단백질 합성에 필요한 요소만을 사용하여 무세포 환경에서 항체 치료제를 생산하는 기술을 연구하고 있습니다. 이 기술은 신약 개발 초기 단계에서 소요되는 기간을 크게 단축시킬 수 있어, 신속한 후보물질 검증과 개발에 큰 장점을 제공합니다.
또한, 휴대용 무세포 단백질 합성 시스템 개발을 통해 오지나 바이오의약품 유통이 어려운 지역에서도 손쉽게 치료제를 생산할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다. 이는 글로벌 보건 위기 상황이나 긴급 의료 수요에 신속하게 대응할 수 있는 혁신적 솔루션으로 주목받고 있습니다.
이와 같은 무세포 단백질 합성 플랫폼 연구는 바이오의약품 생산의 패러다임을 변화시키며, 신약 개발의 효율성과 접근성을 크게 향상시키는 데 기여하고 있습니다. 앞으로도 연구실은 무세포 기반 바이오의약품 생산 기술의 고도화와 다양한 치료제 개발 응용에 지속적으로 힘쓸 예정입니다.
1
DNA Double-Strand Breaks Affect Chromosomal Rearrangements during Methotrexate-Mediated Gene Amplification in Chinese Hamster Ovary Cells
PHARMACEUTICALS, 2021
2
Growth Rate Changes in CHO Host Cells Are Associated with Karyotypic Heterogeneity
BIOTECHNOLOGY JOURNAL, 2018
3
A Framework to Quantify Karyotype Variation Associated with CHO Cell Line Instability at a Single-Cell Level
BIOTECHNOLOGY AND BIOENGINEERING, 2017
1
2024년 대학연계 과학전공 진로체험 프로그램 위탁 용역(인하대학교) - 생명공학과
2
글로벌 진출을 위한 항체의약품 생산용 화학정의 배지의 대량생산 제조 및 검증 기술 개발
3
(국고-5차년도)산학융합 인터랙티브 바이오공정 혁신 교육연구단
