우리 연구실은 Organ-on-a-Chip(오가논어칩) 기술을 기반으로 다양한 인체 조직 및 장기의 미세생리학적 시스템(Microphysiological System, MPS)을 개발하고 있습니다. 이 기술은 미세유체공학과 조직공학을 융합하여 실제 인체의 미세환경을 모사하는 플랫폼을 구현함으로써, 기존의 동물실험이나 2D 세포배양의 한계를 극복할 수 있습니다. 예를 들어, 혈관화된 종양 미세환경, 신경계 질환 모델, 혈액-뇌 장벽(BBB), 폐, 간, 신장 등 다양한 장기 특이적 모델을 제작하여 질병의 발생 기전과 약물 반응을 정밀하게 분석할 수 있습니다. 이러한 플랫폼은 환자 유래 종양 스페로이드, 혈관 내피세포, 면역세포 등 다양한 세포를 3차원적으로 공배양하여 실제 인체 내에서 일어나는 세포 간 상호작용, 약물의 흡수·분포·대사·배설(ADME), 면역 반응, 혈관 신생, 종양 전이 등 복잡한 생리현상을 재현합니다. 또한, 고효율 대량생산이 가능한 사출성형 및 3D 프린팅 기반의 칩 제작 기술을 도입하여, 실험의 표준화와 자동화, 대규모 약물 스크리닝에 최적화된 시스템을 구축하고 있습니다. 이러한 Organ-on-a-Chip 및 MPS 기술은 신약 개발, 독성 평가, 맞춤형 정밀의료, 질병 모델링 등 다양한 바이오메디컬 분야에서 혁신적인 연구와 산업적 응용이 가능하게 하며, 동물실험의 윤리적 문제와 비용을 줄이고, 실제 환자 반응을 예측하는 정밀한 플랫폼으로 각광받고 있습니다.

MBEL 연구실은 미세유체 기반의 미세제조(Microfabrication) 기술을 바탕으로, 다양한 생체모사 플랫폼과 분석 시스템을 개발하고 있습니다. PDMS 소프트 리소그래피, 디지털 리소그래피, 연속 레이저 파이롤리시스, 사출성형, 3D 프린팅, 일렉트로스피닝 등 첨단 미세가공 기술을 활용하여, 복잡한 3차원 미세구조와 다양한 기능성 소재를 정밀하게 구현합니다. 이를 통해 실제 인체 조직의 구조적·기계적 특성을 모사하는 고성능 바이오칩을 제작할 수 있습니다. 특히, 표면장력, 모세관 현상, 개방형 마이크로플루이딕 패터닝 등 혁신적인 유체 제어 기술을 도입하여, 다중 세포 및 하이드로젤의 정밀 패터닝, 멀티채널 공배양, 고효율 대량생산이 가능한 플랫폼을 실현하였습니다. 또한, 디지털 리소그래피와 3D 프린팅을 결합하여, 맞춤형 미세구조 설계와 신속한 프로토타이핑이 가능하며, 다양한 생체조직 및 질병 모델에 최적화된 칩을 제작할 수 있습니다. 이와 더불어, 딥러닝 기반 컴퓨터 비전, 가상염색, 라이브셀 이미징, 3D 이미지 재구성, 단일세포 RNA 시퀀싱 등 차세대 분석 기술을 접목하여, 대용량 생체 데이터의 정량적 분석과 자동화된 고속 스크리닝을 실현하고 있습니다. 이러한 기술력은 신약 개발, 암 및 신경질환 연구, 맞춤형 치료제 평가 등 다양한 바이오헬스케어 분야에서 국제적 경쟁력을 확보하는 데 핵심적인 역할을 하고 있습니다.

본 연구실은 혈관화된 종양 미세환경(Vascularized Tumor Microenvironment, TME)과 항종양 면역반응 모델 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. 종양의 성장, 전이, 약물 저항성 등은 종양 미세환경 내 혈관, 면역세포, 섬유아세포 등 다양한 세포와의 상호작용에 의해 결정됩니다. 이를 정밀하게 재현하기 위해, 하이드로젤 기반 미세유체 칩에 내피세포, 암세포, 면역세포(자연살해세포, 수지상세포 등)를 3차원적으로 공배양하여 실제 환자 특이적 TME를 모사합니다. 이러한 플랫폼에서는 혈관 신생, 암세포 침윤, 면역세포의 종양 내 이동 및 세포독성, 항암제 및 면역항암제의 반응성 등을 실시간으로 관찰하고 정량화할 수 있습니다. 특히, 고효율 3D 세포독성 분석(CACI-IMPACT), 혈관화된 종양 칩, 환자유래 종양 스페로이드 기반 약물 반응 평가, 혈관-면역-종양 상호작용 분석 등 다양한 맞춤형 모델을 통해, 정밀의료 및 차세대 항암제 개발에 필요한 혁신적 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 기존 2D 세포배양이나 동물실험에서 얻기 어려운 실제 환자 반응 예측, 약물 조합 최적화, 면역세포 치료제의 효능 검증 등 임상적 가치가 높은 데이터를 제공합니다. 또한, 혈관화된 TME 모델은 암뿐만 아니라 다양한 만성질환, 염증성 질환, 조직 재생 등 폭넓은 분야로 확장될 수 있습니다.

MBEL 연구실은 신경계 질환(뇌, 말초신경, 혈액-뇌 장벽 등) 및 다양한 장기 특이적 질환(간, 신장, 폐, 망막 등)을 모사하는 첨단 인체모사 플랫폼을 개발하고 있습니다. 예를 들어, 3D 프린팅 기반 뉴런-온-어-칩, 말초신경 손상 및 재생 모델, 혈액-뇌 장벽 칩, 망막 혈관 장벽 칩, 폐-공기-액체 인터페이스 모델 등은 실제 인체 내 미세환경과 유사한 구조와 기능을 구현합니다. 이러한 플랫폼에서는 신경세포의 성장, 축삭 재생, 탈수초화 및 재수초화, 혈관-신경 상호작용, 약물 투과성, 염증 반응, 조직 재생 등 다양한 생리·병리 현상을 정밀하게 분석할 수 있습니다. 또한, 단일세포 RNA 시퀀싱, 3D 이미징, 단일세포 추적 등 첨단 분석 기법을 접목하여, 질환의 분자적 기전과 치료제의 작용 메커니즘을 심층적으로 규명합니다. 이러한 신경계 및 장기 특이적 질환 모델은 신약 개발, 독성 평가, 맞춤형 치료제 개발, 희귀질환 연구 등에서 동물실험을 대체할 수 있는 차세대 플랫폼으로 주목받고 있으며, 실제 임상 적용을 위한 정밀의료 연구에 크게 기여하고 있습니다.