우리 연구실은 세포 내 신호전달 및 미세환경 변화를 실시간으로 정밀하게 관찰할 수 있는 유전적으로 암호화된 FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer) 바이오센서 개발에 주력하고 있습니다. FRET 바이오센서는 두 형광 단백질 간의 에너지 전달 현상을 이용하여 분자 간 상호작용, 단백질 활성, 이온 농도 변화 등 다양한 세포 내 이벤트를 고해상도로 시공간적으로 추적할 수 있는 혁신적인 도구입니다. 이를 통해 기존의 생화학적 분석법으로는 한계가 있었던 살아있는 세포 내의 동적 변화를 실시간으로 시각화하고 정량화할 수 있습니다. 특히, 본 연구실은 다양한 세포 신호전달 경로(예: Rho GTPase, Src, FAK, ERK 등)와 세포 소기관(예: 미토콘드리아, 소포체, 핵 등)의 기능적 변화를 감지할 수 있는 맞춤형 바이오센서를 설계하고, 이를 최적화하는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 바이오센서의 민감도와 특이성을 높이기 위해 구조적 설계, 링커 최적화, 형광단백질 조합 등 다양한 공학적 접근법을 적용하고 있습니다. 이러한 기술은 암, 신경퇴행성 질환, 대사질환 등 다양한 질병의 분자적 기전을 규명하고, 신약 개발 및 진단기술로의 응용 가능성을 높이고 있습니다. 첨단 이미징 기술과 결합된 FRET 바이오센서 플랫폼은 단일세포 수준에서의 신호전달 네트워크 해석, 약물 스크리닝, 환경 변화에 따른 세포 반응 분석 등 다양한 생명과학 및 의생명공학 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 차세대 바이오센서 및 이미징 기술의 개발을 통해 세포 내 복잡한 신호전달 체계와 질병의 분자적 원인을 밝히는 데 기여할 것입니다.

본 연구실은 세포가 외부의 물리적 힘(기계적 자극, ECM 강도, 신장 등)과 미세환경 변화에 어떻게 반응하고, 이를 신호전달 및 유전자 발현 조절로 변환하는지에 대한 메커노바이올로지 연구를 선도하고 있습니다. 세포는 기계적 자극을 감지하는 다양한 메카노센서(예: 이온채널, 인테그린, 카데린 등)를 통해 외부 환경의 변화를 생화학적 신호로 변환하며, 이는 세포의 이동, 분화, 생존, 사멸 등 다양한 생리적 현상에 직접적으로 영향을 미칩니다. 연구실에서는 FRET 기반 바이오센서와 라이브 셀 이미징을 활용하여, 세포막 미세영역에서의 신호전달, 세포-ECM 상호작용, 세포골격 재구성, 세포 간 접착 및 힘 전달 메커니즘을 정량적으로 분석하고 있습니다. 예를 들어, ECM의 강도 변화가 미토콘드리아 내 칼슘 유입, 세포골격 단백질의 재배열, 핵막 변형 등 세포 내 다양한 신호전달 경로에 미치는 영향을 규명하고 있습니다. 또한, 기계적 자극에 의해 유도되는 후성유전학적 변화와 세포 운명 결정(예: 역분화, 줄기세포화, 암세포 침윤 등) 간의 연관성도 심도 있게 연구하고 있습니다. 이러한 연구는 암, 섬유증, 신경퇴행성 질환 등 다양한 질환의 발생 및 진행 과정에서 기계적 미세환경이 미치는 영향을 이해하고, 새로운 치료 전략(예: 기계적 신호 조절 기반 치료제, 조직공학, 재생의학 등) 개발에 중요한 기초 자료를 제공합니다. 앞으로도 본 연구실은 세포-미세환경 상호작용의 분자적 원리를 규명하고, 이를 기반으로 한 혁신적 바이오의료 기술 개발에 앞장설 것입니다.

우리 연구실은 고감도·고특이성 바이오센서와 첨단 이미징 기술을 융합하여, 신약 개발 및 질환 진단을 위한 차세대 스크리닝 플랫폼을 구축하고 있습니다. 특히, FRET 및 BRET 기반의 유전적으로 암호화된 바이오센서를 이용해, 에스트로겐 수용체, 타우 단백질, DNA 손상, 칼슘 신호 등 다양한 생체 분자 및 신호전달 경로를 실시간으로 모니터링할 수 있는 시스템을 개발하고 있습니다. 이러한 플랫폼은 대량고속스크리닝(HTS) 기술과 결합되어, 수많은 후보 화합물이나 환경호르몬, 신약 후보물질이 세포 내 신호전달 및 단백질 상호작용에 미치는 영향을 신속하게 평가할 수 있습니다. 실제로, 본 연구실에서 개발한 에스트로겐 수용체 이합체화 바이오센서는 내분비계 교란물질(EDCs)의 스크리닝에 활용되고 있으며, 타우 단백질 변형 감지 바이오센서는 신경퇴행성 질환의 조기 진단 및 치료제 개발에 적용되고 있습니다. 이와 더불어, 암세포의 신호전달 이상, 약물 저항성, 세포 간 상호작용 등 질환의 분자적 특성을 정밀하게 분석함으로써, 맞춤형 치료제 개발과 정밀의료 실현에 기여하고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 바이오센서 기반의 혁신적 진단·치료 플랫폼을 지속적으로 개발하여, 생명과학 및 의생명공학 분야의 발전에 이바지할 것입니다.