TMB Lab at UNIST
바이오메디컬공학과 강주헌
TMB Lab(Translational Microfluidics & Bioengineering Lab)은 미세유체공학, 나노바이오기술, 오가노이드 및 미세생리학적 시스템을 융합하여 감염 질환, 패혈증, 암, 조직재생 등 다양한 바이오메디컬 분야의 난제를 해결하는 데 주력하고 있습니다. 본 연구실은 자성 나노입자, 미세유체 칩, 오가노이드, 3D 조직공학 등 첨단 바이오공학 기술을 기반으로, 진단과 치료, 질환 모델링, 신약 개발 등 다양한 응용 연구를 선도하고 있습니다.
대표적으로, 패혈증 및 중증 감염 질환 환자를 위한 체외 혈액 정화 시스템, 자성 나노입자 기반의 병원체 및 독소 제거 기술, 항생제 내성균 조기 진단 및 치료법 개발 등 혁신적인 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 오가노이드와 미세생리학적 시스템을 활용하여 실제 인체와 유사한 환경에서 질환의 발병 기전과 치료 반응을 정밀하게 분석하고, 환자 맞춤형 치료 전략을 제시하고 있습니다.
이와 더불어, 자성 나노입자 및 미세유체 칩을 이용한 고감도·고특이도 진단 플랫폼을 개발하여, 패혈증, 암, 감염 질환 등 다양한 질환의 조기 진단과 예후 예측을 가능하게 하고 있습니다. 이러한 기술은 임상 현장에 적용되어 환자 치료의 정확성과 효율성을 높이고, 미래 정밀의료 실현에 기여하고 있습니다.
연구실은 국내외 유수의 연구기관 및 산업체와의 협력을 통해, 연구성과의 실용화와 산업화에도 적극적으로 나서고 있습니다. 다수의 특허 출원 및 기술이전, 정부 및 산업체 연구과제 수행, 국제 학술지 논문 발표 등 활발한 연구 활동을 이어가고 있습니다.
TMB Lab은 앞으로도 미세유체공학과 바이오메디컬공학의 융합을 통해, 감염 질환, 암, 조직재생 등 다양한 분야에서 혁신적인 진단 및 치료 기술을 개발하고, 인류 건강 증진에 기여하는 것을 목표로 하고 있습니다.
Biofluidics
Cancer Metastasis Prediction
Digital Healthcare
미세유체 및 나노바이오기술을 활용한 패혈증 및 감염 질환 치료
우리 연구실은 미세유체 기술과 나노바이오기술을 융합하여 패혈증 및 다양한 감염 질환의 진단과 치료를 혁신적으로 개선하는 연구를 수행하고 있습니다. 패혈증은 전신적인 염증 반응으로 인해 장기 부전과 사망에 이를 수 있는 치명적인 질환으로, 기존의 항생제 치료만으로는 한계가 존재합니다. 이에 따라, 혈액 내 감염성 물질을 신속하게 제거하고, 환자의 생존율을 높이기 위한 새로운 체외 혈액 정화 시스템 개발에 집중하고 있습니다.
특히, 자성 나노입자와 미세유체 칩을 결합한 체외 혈액 정화 장치는 다양한 병원성 미생물과 독소를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 이 장치는 혈액 내에 존재하는 세균, 바이러스, 진균 등 광범위한 병원체를 신속하게 포획하고, 자성장치를 통해 혈액에서 분리하여 환자에게 깨끗한 혈액을 다시 공급하는 원리로 작동합니다. 또한, 적혈구 및 백혈구 유래 자성 입자, 기능성 멤브레인 등 다양한 바이오 소재와 공학적 요소를 접목하여 치료 효율을 극대화하고 있습니다.
이러한 연구는 동물 모델 및 임상 샘플을 활용한 실험을 통해 그 효과와 안전성을 입증하고 있으며, 실제 패혈증 환자 치료에 적용될 수 있는 차세대 의료기술로 주목받고 있습니다. 더불어, 관련 특허와 기술이전, 산업화 가능성도 활발히 모색하고 있어, 미래 감염 질환 치료 패러다임을 선도하고 있습니다.
오가노이드 및 미세생리학적 시스템 기반 질환 모델링과 맞춤형 치료
본 연구실은 오가노이드와 미세생리학적 시스템(Microphysiological System, MPS)을 활용하여 인간 장기 및 조직의 미세환경을 정밀하게 모사하고, 이를 기반으로 다양한 질환의 발병 기전과 치료법을 연구하고 있습니다. 오가노이드 기반의 인간 위장관, 신장, 뇌 등 다양한 장기 모델을 개발하여, 실제 인체와 유사한 환경에서 병원체 감염, 암 전이, 약물 반응 등을 체계적으로 분석합니다.
특히, 혈관화된 3차원 조직구조체, 뇌 탈세포화 ECM 기반 3D 종양 플랫폼, 혈관 내피세포 배양 시스템 등 첨단 바이오공학 기술을 접목하여, 기존 동물실험이나 2D 세포배양에서 얻을 수 없었던 정밀한 생체 반응을 재현합니다. 이를 통해, 항암제 내성, 면역 반응, 조직 재생 등 복잡한 생리·병리 현상을 심층적으로 규명하고, 환자 맞춤형 치료 전략을 제시하고 있습니다.
이러한 플랫폼은 신약 개발, 독성 평가, 감염 질환 연구 등 다양한 바이오메디컬 분야에 적용될 수 있으며, 실제 임상적용을 위한 전임상 연구와 산업 협력도 활발히 이루어지고 있습니다. 미래 정밀의료 및 재생의학 분야에서 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.
자성 나노입자 및 미세유체 칩 기반 진단 기술 개발
연구실은 자성 나노입자와 미세유체 칩을 결합한 차세대 진단 플랫폼 개발에 주력하고 있습니다. 기존의 혈액 배양이나 분자진단법이 가진 한계를 극복하기 위해, 자성 입자를 이용한 병원체 농축 및 분리, FISH(형광제자리교잡) 분석, 면역분석 등 다양한 진단 기술을 고도화하고 있습니다. 이를 통해, 패혈증, 항생제 내성균, 암 등 다양한 질환의 조기 진단과 예후 예측이 가능해졌습니다.
특히, Halbach 배열 자석을 이용한 고효율 자성 입자 배치, 다중 바이오마커 동시 검출, 미세유체 내에서의 신속한 면역반응 유도 등 혁신적인 공학적 접근을 도입하여, 기존 진단법 대비 민감도와 특이도를 크게 향상시켰습니다. 또한, 임상 혈액 샘플을 활용한 실제 적용 연구를 통해, FDA 승인 진단기기와 동등 이상의 성능을 입증하였으며, 다양한 특허와 기술이전 사례도 보유하고 있습니다.
이러한 진단 플랫폼은 감염 질환뿐만 아니라, 암, 면역질환, 희귀질환 등 다양한 분야로 확장 가능하며, 현장진단(POCT) 및 개인 맞춤형 의료 실현에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
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