인체가 움직이고 힘을 내는 것에 지배적인 역할을 하는 골격근은 조직 내에 존재하는 근육 줄기세포의 존재로 인해 스스로 재생이 가능한 조직임. 이러한 근육 줄기 세포는 평상시 휴지 상태로 존재하다가 근육 부상과 같이 근육 재생이 필요한 경우 활성화되어 근육의 손상을 치유함. 이러한 근육 줄기 세포의 대체될 수 없는 역할로 인해 심각한 근육 손상, 근위축증과 ...

미세아교세포는 뇌의 면역세포라고 불리며 대식 작용을 통해 유해 물질을 제거하는 신경염증반응 역할을 한다. 하지만 노인이나 신경퇴행성질환인 환자들의 뇌에서 미세아교세포의 대식 작용이 원활하게 이뤄지지 않아 신경염증반응에 문제가 생겨 유해 물질이 축적된다는 사실이 보고되고 있다. 대식 작용이 정상적으로 이루어지기 위해서는 미세아교세포의 효율적인 주변 탐색 및 이동이 필수적이다. 하지만 노화로 인해 미세아교세포의 밀도가 증가하고 뇌의 강성이 감소하는 등 뇌의 물리적 환경이 변화하면 미세아교세포의 주변 탐색 및 이동에 변화를 가져오기 때문에 정상적인 대식 작용에 영향을 끼치게 된다. 이를 바탕으로 본 연구에서는 미세아교세포의 운동성과 노화에 의한 뇌의 물리적 환경 변화에 주목하여 노인성 신경퇴행성질환의 발생이 쉬워지는 원인을 찾고자 한다. 또한 세포의 운동은 특정한 법칙에 따라 움직이는 것이 아니라 랜덤하게 움직이기 때문에 다량의 데이터에 대한 통계 분석을 통해 모델링 하는 것이 필수적이다. 이를 위해 빅데이터 분석을 통해 물리적 환경 변화에 따른 미세아교세포의 랜덤 운동 모델을 확립하고자 한다.

연구개발 내용 ○환자맞춤형 보형물 설계를 위한 생체조직 스트레스 분포 분석 -Finite Element Modeling (FEM) 기반 보형물에 의한 생체조직 변형 시뮬레이션 알고리즘 개발 및 검증 ○구형구축 환자 보형물 주변 기질의 다각적 분석 -구형구축환자 재수술에서 얻어지는 인공보형물 주변 피막을 5구획으로 나누어 구획별 보형물 표면, 구형구축 피막 세포-기질의 섬유화 중등도 및 염증 반응 세포 분석 (myofibroblast mechanical activation 등) -비표지 기반 Second harmonic generation (SHG)-Two Photon Microscopy (TPM) 이미징 시스템을 설계하여 구형구축 피막 조직 및 섬유화 특성 분석 -피막유래 섬유아세포를 안정적으로 유지할 수 있는 체외 배양 환경 구축 및 검증 -부위별 피막유래 섬유아세포의 형태학적 변화 추적 및 분류를 위한 AI 알고리즘 구축 -Traction force microscopy(TFM)와 digital Partical Image Velocimetry (dPIV), 세포 수축력 고속 대량 스크리닝 등의 기법 활용하여 다양한 세포역학적 지표 확보 -부위별 피막유래 섬유아세포의 유전자 발현 양상 추적을 위한 NGS 분석 수행 -인공보형물 주변 피막조직의 부위별 형태학적/세포역학적 지표, 유전자 발현 양상과 생체조직 변형 시뮬레이션을 통해 확보한 응력 분포를 매핑하여 구형구축 발생 메커니즘 규명 ○인공보형물과 host tissue 간 mechanical mismatch의 감소와 구형구축 예방 약물 전달이 가능한 3차원 지지체 개발 및 성능 최적화 -Electrospinning 기법을 활용하여 다양한 밀도와 alignment를 가진 생분해성 3차원 지지체 제작 -구형구축 예방 효과가 뛰어난 것으로 알려진 Omega-3의 안정적인 공급을 위한 NE drug carrier 소재를 발굴 및 평가하여 개발된 3차원 지지체에 적용 ○3차원 지지체 자체 평가 시스템 개발 -3D TFM과 세포수축력 고속대량스크리닝 플랫폼을 결합하여 3차원 지지체의 효과 검증 및 평가 -인공보형물-지지체-조직 간 물리적 조건을 모사한 체외 배양 바이오리액터를 개발하여 다양한 조합의 인공보형물-지지체 복합 구조에 의한 구형구축 예방효과 예측에 활용 -동물모델에 인공보형물-지지체 복합 구조를 삽입하여 구형구축과 주변 면역반응, 섬유화 등 확인 -Laser Speckle Imaging Rheology 시스템의 개발을 통한 구형구축 피막 조직 및 섬유화 특성 분석 -대면적 패치 형태로의 확장을 통한 임상활용으로의 프로토콜 제시 및 3차원 지지체가 적용된 인공보형물의 임상적 효용성 검증

유방 보형물은 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 의료 기기 중 하나이며 유방 재건 및 유방확대술이 점점 더 많이 시행되고 있음. 특히, 유방암 환자에 대한 유방 보형물 재건술이 가파른 증가 추세를 보이고 있는데, 이는 유방암이 여성암 중에 가장 높은 비율을 차지한다는 점과 유방 재건이 절제술 이후 환자 삶의 질에 상당히 중요한 역할을 한다는 점에서 기인함....