Research

우리 연구실은 크게 세 가지 연구를 진행하고 있습니다. 

1. 초고해상도, 초다중 이미징 기술의 개발 및 이를 활용한 다양한 뇌 및 암 연구

최근 들어 암 및 뇌 연구에서의 가장 중요한 흐름은 '초고해상도' 및 'Spatial omics'로 요약될 수 있습니다. 초고해상도는 조직 내부의 수십 nm 크기의 초미세구조를 자세히 관찰하는 것을 말합니다. Spatial-omics는 기존의 조직 전체를 갈아서 분석했던 genomics, transcriptomics, proteomics에서 한걸음 더 나아가, 조직을 갈지 않고 그대로 둔 상태에서 세포별로 genomics, transcriptomics, proteomics 등을 수행하는 것을 말합니다.

우리  연구실은 지난 2022년 하나의 시표에서 수십개의 단백질을 동시에 관찰할 수 있는 기술인 PICASSO 기술을 개발하였으며, 최근 이 기술의 후속 기술인 IMPASTO를 개발하였습니다. 또한, 우리 연구실은 조직을 팽창시켜 그 내부 단백질 및 mRNA를 초고해상도로 관찰할 수 있는 기술인 Expansion microscopy를 이용하여 세계 최초로 뼈를 가지고 있는 whole vertebrate를 팽창시키는데에 성공하였습니다. 

Expansion microscopy imaging of the whole mouse embryos (in revision)
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.05.18.443629v2

Ultra-multiplexed imaging technique, PICASSO (Nat. Comm., 2022)
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30168-z

Expansion microscopy imaging of actin (ACS Nano, 2020)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04915

Iterative expansion microscopy (Nat. Methods, 2017)
https://www.nature.com/articles/nmeth.4261


2. 생명체를 template으로한 새로운 재료의 합성 및 다양한 응용

생명체의 내부 구조는 사람이 만든 그 어떤 재료보다도 복잡한 내부 구조를 가지고 있습니다. 생명체의 내부에는 수천, 수만가지 단백질들이 정교하게 조립되어 있으며, 이들의 기능에 따라서 서로 각기 다른 위치에서 서로 각기 다른 양으로 발현되고 있습니다. 이러한 생명체의 내부 단백질을 본뜬 재료를 합성할 수 있다면, 기존에 인간이 합성한 재료에 비해서 훨씬 더 높은 기능성을 가진 재료를 만들 수 있을 것입니다. 

우리 연구진은 지난 2022년 세계 최초로 진핵생물 내부의 특정 단백질을 template으로 해서 재료를 합성할 수 있는 기술을 개발하였습니다. 향후 본 연구진이 보유하고 있는 이미징 기술을 활용하여 다양한 생명체를 이미징하고, 이 중 특정 application에 맞는 구조를 골라 여기서부터 재료를 합성하는 연구를 수행할 예정입니다. 또한, 이렇게 합성한 재료들을 촉매, 배터리, 수전해, 센서 등 다양한 분야에 응용하는 연구를 수행할 예정입니다. 

Metallization of targeted protein assemblies in cell-derived extracellular matrix by antibody-guided biotemplating (Adv. Sci., 2023)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302830

Protein-templated material synthesis (Adv.  Mater.,  2022)
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202200408

In-situ silver growth from biological structures (Nanoscale Adv., 2022)
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/na/d2na00449f


3. 기능성 하이드로젤의 개발 및 이를 이용한 소프트 로보틱스 

하이드로젤은 crosslinked hydrophilic polymer network 인데, 하이드로젤의 가장 좋은 예는 바로 생명체 입니다. 생명체는 단백질, 핵산, 탄수화물 등 다양한 기능을 가진 hydrophilic polymer 들이 복잡하게 조립되어 있습니다. 우리 연구실은 이러한 다양한 기능성을 가진 하이드로젤을 합성하고, 이를 조립하여 기존 하이드로젤이 가지지 못한 새로운 기능을 가진 하이드로젤 기반 디바이스를 만드는 연구를 합니다. 

예를 들어, 사람의 손은 하이드로젤로만 만들어져있음에도 불구하고 높은 load capacity를 가집니다. 이는 높은 강성을 가진 뼈, 이 뼈들을 서로 단단하게 잡아주고 있는 인대, 뼈들을 움직여주는 근육이 삼차원으로 정교하게 조립되어 있기 때문입니다. 우리 연구실은 이러한 정교한 생체 하이드로젤 구조를 모방한 소프트 로보틱스를 개발하며, 또한 하이드로젤을 더 작고 정교하게 패터닝 혹은 삼차원으로 제작할 수 있는 기술을 연구하고 있습니다. 

Low-cost high-resolution 3D printing technique (under review)
All-hydrogel grippers with a high load capacity (Mater. Horizons, 2023)
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/mh/d2mh01309f