[연구실소개]
BIOINTEGRATION RESEARCH LAB (BIRL)
허찬영 교수(성형외과학 교실, lionheo@gmail.com)
1. 연구실 소개
BIRL 연구실은 분당서울대학교병원 성형외과 허찬영 교수가 책임연구자로 6명의 박사급 연구원을 중심으로 하여 15명의 학·석사 연구원 및 3명의 임상간호사로 구성되어 중개 연구 및 임상 연구를 진행하고 있다.
그림1. BIRL 연구 분야
본 연구실은 1) 기초연구에서 임상연구로의 진입, 2) 임상연구에서 상용화 및 의료현장 적용에 있어 기초연구 및 기술개발팀과 임상연구팀 간의 협업시스템을 구축하여
새로운 치료제 및 의료기기의 개발이 이루어지고 있다. 또한, 이러한
혁신적인 연구 성과가 상용화 될 수 있도록 ㈜H& BIO와 ㈜오스펌을 설립하여 기술사업화도 함께
진행 중이다.
2. 연구 분야
2-1. 기전 연구
유방보형물 표면에 따른 섬유화 기전 분석 및 치료 연구
실리콘 유방보형물의 삽입 후 보형물 주변에 발생하는 섬유화 반응은 유방 확대 및 재건술의 대표적인 부작용인 구형구축의 주요 원인이다. 이에 대한 수많은 가설이 제기되고 있지만 정확한 원인은 규명되지 않았다. 이에 본 연구실에서는 주요 가설 중 하나인 보형물 표면 연구를 시작으로, 패턴을 이용한 기전 연구, 약물 및 단백질 등을 탑재한 항이물반응성 보형물 연구, Macrophage를 이용한 기전 연구 등을 세포 및 동물에서 효능 평가를 통해 섬유화 반응 조절 기전 연구를 진행하고 있다.
그림2. TGF-β 억제를 통한 섬유화 억제 규명
역형성 대세포 림프종 (BIA-ALCL ; Breast Implant Associate Anaplastic Large-Cell Lymphoma) 기전 연구
Macro-texture라 불리는 거칠기가 부가된 표면을 통해 구형구축의 부작용을 감소시키는 제 3세대 유방보형물이 개발되었으나 그와 반대로 BIA-ALCL 이라는 암 유발과의 연관관계가 확인됨에 따라 Macro-texture 의 판매는 중지되었으며, 지속적인 F/U을 통해 Macro-texture 표면의 위험성을 관리하고 있는 실정이다. 이에 본 연구실에서는 이러한 지속적인 생체 안전성 이슈로 인해 Smooth 표면 범주에서의 미세 표면을 실리콘 보형물 표면에 구현하고 이를 기반으로 BIA-ALCL과 구형구축의 발생률을 검증하는 연구를 진행하고 있다. 이를 위하여 세포 및 동물 수준에서의 BIA-ALCL 연구를 통한 역형성 대세포 림프종 조절 기전 및 진단 키트 개발 연구를 시행하고 있다.
2-2. 생체재료를 기반으로 한 융·복합 의료기기 개발
기능성 유방 보형물 및 대용량 필러 개발
실리콘 보형물 이식 후 나타나는 이물 반응으로 인한 보형물 주변부의 섬유화를 억제하고자 구형구축 발생의 주요 가설 중 하나인 유방보형물 표면 연구를 시작으로 다양한 표면 개질 및 약물 및 단백질 등을 탑재한 항이물반응성 보형물의 개발을 진행하고 있다. 특히, injection으로 임상사용 허가 약물인 Triamcinolone Acetonide (TA)를 실리콘 표면에 코팅하여 서방 전달 시, 섬유화 억제 효능 및 기전을 in vivo/in vitro에서 검증하였으며 이를 기반으로 현재 IND 신청 준비 중에 있다. 또한, 부분절제술 시행을 한 유방암 환자에게 기존의 유방보형물을 사용한 절개 수술은 부담이 되므로 비절개 수술을 통하여 유방재건이 가능한 주입식 대용량 필러 개발도 진행하고 있다.
무세포 동종 및 이종 사체진피의 개발
무세포 동종사체진피는 유방 재건술에서 유방보형물을 직접 지지하여 임플란트 위치 제어 개선과 유방 피부에 기계적 스트레스를 감소시켜 섬유화와 구형구축을 막을 수 있다. 현재 시판되고 있는 무세포 동종사체진피는 낮은 항원성, 빠른 혈관 형성능, 안정성 등 중요한 특성을 보유하고 있어 화상, 외상 또는 기타 질병으로 인한 피부결손 부위에 사용된다. 하지만 이러한 이식용 피부는 높은 가격 책정 및 대부분 수입제품으로 수급의 어려움, 제조 시 동결 과정으로 인한 빠른 분해성이 단점이다. 이에 본 연구실에서는 동종 또는 이종을 기원으로 한 이식용 무세포 진피층 및 이의 제조방법을 기반으로 제품화 개발 중에 있다.
그림3. 이식용 무세포 진피층의 제조 검증
2-3. 학내 창업을 통한 기술 사업화
서울대학교 및 분당서울대학교병원을 중심으로 지속적인 중개연구 및 공동연구를 통하여 창출되는 성과들을 발굴하여 새로운 산업적 가치를 창출하고자 현재 ㈜H& BIO와 ㈜오스펌을 설립하여 기술사업화 진행 중에 있다.
주요 신호전달 타겟 기반 아토피 피부염 치료제 개발
다양한 외부 환경적 요인 및 유전적 원인으로 인해 극심한 소양증을 동반하는 아토피피부염 환자가 급격히 증가하는 추세인 가운데, 아토피 피부염의 다양한 치료제가 개발되었으나 대부분 부작용이 존재하며 근본 치료가 매우 힘든 상태이다. 최근 TSLP, IL-1β, IL-4, IL-13과 같은 아토피피부염 소양증의 타겟 사이토카인들이 보고되고 있으며 이에 본 연구팀은 현재 이들 타겟들을 조절하는 물질, HB1801 (UA-CA우스닉산 유도체)의 신규 발굴 및 효능 검증을 통하여 핵심 타겟 사이토카인을 조절할 수 있는 First in Class 아토피피부염 합성신약을 개발 진행하고 있다.
그림4. 아토피 유발 mouse에서 HB1801에 의한 소양증(가려움증) 완화 검증
엑소좀 (Exosome) 기반 바이오의약품 개발
엑소좀은 1) 불용성 물질의 수송, 2) 소포체 내용물의 보호, 3) 높은 국부적 농도 유지, 4) 기능적 모듈 분자의 수송 이라는 장점에도 불구하고 소포체 표준 분리 기준 및 분석법의 부재로 인하여 제품 상용화가 어렵다. 따라서 본 연구실에서는 Adipose-derived stem cell (hADSC) 유래의 exosome 대량추출법, 표준분석법 구축 및 효능, 안전성, 안정성 검증을 진행 중에 있으며 이를 통하여 줄기세포 치료제의 fast track으로서 hADSC 유래의 엑소좀 치료제를 개발하고자 한다.
그림5. hADSC 유래 엑소좀에 의한 fibroblast 증식 효능 증대 및 피부투과도 확인
피부임상연구센터
미용 목적 의료기기 시장의 확대로 인해 관련 기업의 수가 기하급수적으로 증가하고 있는데 반해 전문적으로 관련 임상시험을 진행하는 전문 기관은 많지 않은 실정이다. 따라서 미용 목적의 의료기기를 비롯하여 의약외품 및 화장품, 건강기능성 식품에 이르기까지 그 임상적 안전성 및 유효성 평가 결과를 객관적으로 산출함과 동시에 과학적 기술지원 및 정보를 제공하고자 분당서울대학교 병원 성형외과 연구실과 연계하여 기업과 상호 협력 하는 성형외과 기반의 전문 피부임상연구센터를 설립하였다. 해당 센터는 피부 및 성형임상연구센터로서 자체 임상시험심사위원회 (IRB) 설립을 통하여 피험자의 권리 및 안전을 보호하고 있으며 국내 최고 GLP기관인 Chemon과 전략적 MOU를 맺어 인허가와 전략적 방향제시를 위한 one stop 컨설팅 진행을 통하여 다양한 (비)임상 시험을 진행 중에 있다.
생체모방 바이오 신소재 및 골재생 의료기기 개발
고령화 및 관련 만성질환과 신체활동 증가로 인하여 퇴행성 골질환의 유병률이 크게 증가하고 있으며 이에 따라 치료에 대한 기대수요 및 제품 니즈가 증가하는 추세이다. 이러한 골질환 치료를 위한 의료기기에 적용하는 기존의 합성재료 이식용 뼈들은 생리활성, 생분해 기간, 강도 등과 같은 단점이 존재하고 있다. 본 연구실은 이를 보완할 수 있는 생체골에 존재하는 무기물의 성분과 구조를 모방한 바이오 세라믹 소재, 휘트로카이트 제조 기술을 보유하고 있다. 이를 기반으로 하여 타제품들과 비교하여 높은 골재생능을 보유한 골이식재, 골접합용 판 및 나사 및 관련 의약외품을 개발 중에 있다.
그림6. 휘트로카이트 및 적용 골이식재의 골재생 효능 검증
3D 프린팅 적용 인공지지체 개발
생체 내 결손 부위의 재건 및 재생에 있어 최근에는 기능 회복뿐만 아니라 외형적인 회복에 대한 환자의 요구수요가 증가하는 추세이다. 그러므로 기존 공정으로 제조한 지지체의 경우, 지지체의 들뜸현상, 표면 불균일, 경계면의 계단 현상 등이 발생하게 되고 이를 해결하고자 3D 프린팅 기술을 적용한 환자 맞춤형 혁신 의료기기를 개발함으로써 기능적⋅심미적 요구 수요 모두를 충족시키고자 한다. 현재 보유하고 있는 휘트로카이트를 기반으로 두개안면골, 안와골 및 치조골 등에 적용 가능한 지지체를 개발함으로써 단순히 재건만을 위한 지지체가 아닌 골재생 효능이 월등한 제품을 개발하고 있다.
그림7. 3D 프린팅을 적용한 다양한 형태의 인공지지체 제조
2-4. 다양한 이식형 의료기기의 비임상 평가 및 임상 연구
25건 이상의 생체 이식형 의료기기 및 치료제 (실리콘겔 인공유방, 비흡수성 이식용 mesh, 욕창개선 주사제, 지방분해 피하주사, 세포치료제, 주름개선 치료제 등)의 임상 연구를 진행하였다. 또한, 30건 이상의 의료기기 (다양한 형태의 기능성 유방보형물, 생분해성 판/나사, 항염증 생분해성 봉합사 등)의 효능 및 생체적합성 검증을 위한 동물 모델 구축 및 효능 평가를 통하여 의료기기의 유효성을 검증하고 있다.
3. 남기고 싶은 말
본 연구실은 창조적인 아이디어를 기반으로 산·학·연·병 다양한 분야의 바이오 의료기술을 보유하고 있는 연구진들과의 공동연구 및 국가과제 수행을 통해 기초연구 및 중개연구 성과물을 창출하고 있습니다. 또한, 이러한 융·복합 연구를 기반으로 상용화 시점의 시장 변화에 유연하게 대처하여 연구 단계가 끝이 아닌 성공적인 제품화를 최종 목표로 하고 있습니다.
본 연구팀과 파트너십을 원하시는 대학, 병원, 연구소 및 기업들에게 BIRL과 ㈜H& BIO, ㈜오스펌의 문은 언제나 열려 있습니다. 감사합니다.
그림8. BIRL 연구실 단체사진