<윤동조 박사>

 

 

이번 달에는 카이스트 바이오및뇌공학과 박제균 교수님 연구실에서 연구하고 계신 윤동조 박사님과 인터뷰를 진행했습니다. 윤동조 박사님은 2025년 6월 국제 저널인 Biosensors and Bioelectronics에 ‘Hybrid biofabrication of multilayered 3D neuronal networks with structural and functional interlayer connectivity’ 라는 제목으로 논문을 게재했습니다.

 

 

Q1. 안녕하세요. 이달의 학과 연구 성과 취재에 응해 주셔서 진심으로 감사드립니다. 간단한 자기 소개와 인사 말씀 부탁드립니다.

 

안녕하세요, 박제균 교수님 연구실의 박사후연구원 윤동조입니다. 석·박사 과정은 같은 학과 남윤기 교수님 연구실에서 진행했습니다. 현재 연구 분야는 프린팅 기술을 활용한 3차원 신경 인터페이스 개발이며, 동시에 체외에서 신경 네트워크를 구현하기 위한 3차원 모델 patterning 기술을 연구하고 있습니다.

 

 

Q2. 올해 6월 publish된 ‘Hybrid biofabrication of multilayered 3D neuronal networks with structural and functional interlayer connectivity’논문에 대해 간단한 소개 부탁드립니다.

 

이번 연구는 박사 과정 시절부터 이어온 주제로, 남윤기 교수님, 박제균 교수님, 김수지 박사와 함께 공동으로 수행한 연구입니다. 핵심은 3차원 적층식 바이오프린팅과 미세전극칩 기술을 결합해 모듈형태로 뇌의 구조를 정밀하게 모사하고, 기존에 발표된 다른 연구 대비 장기간 신경 활동을 측정할 수 있는 플랫폼을 개발한 것입니다. 연구의 주요 특징은  

특징은 세 가지로 요약할 수 있습니다. 첫째, 뇌 조직과 유사한 기계적 특성을 지닌 하이드로젤을 이용해 고해상도의 3차원 신경 네트워크를 제작했다는 점입니다. 둘째, 미세전극칩과 칼슘 이미징을 동시에 적용해 다층 구조에서 신경 신호와 활성도를 종합적으로 분석할 수 있었습니다. 셋째, 하부층과 상부층에 신경세포를 배치하고 중간층에는 세포를 두지 않는 방식으로 뇌의 모듈형 구조적 특징을 체외에서 구현했습니다. 스테인리스 micromesh 기판을 사용하여 기존 유리판 대비 여섯 배 향상된 정밀 patterning을 구현할 수 있었으며, 이를 미세전극 칩 위에 적층함으로써 뇌 구조를 3차원 공간에서 모사한 다층 3차원 신경 네트워크 모델을 제작할 수 있었습니다.

 

 

<연구 대표 이미지>

 

 

 

Q3. 이어, 해당 연구를 시작하게 된 계기가 있는지 궁금합니다. 특히 multilayered 3D neuronal networks 구현하게 된 계기나 배경은 무엇인가요?

 

기존 바이오프린팅 기술은 다양한 세포 patterning을 구현할 수 있었지만, 신경세포를 대상으로 할 때는 여러 한계가 있었습니다. 특히 구조적 안정성을 확보하기 위해 고점도·고밀도의 바이오잉크를 사용하다 보면 신경세포의 성장이 억제되는 문제가 발생했습니다. 이를 극복하기 위해서 본 연구를 시작하게 되었습니다. 저희 연구팀은 신경세포 친화적인 접근을 모색하고자 저점도의 하이드로젤을 사용했고, 정밀한 구조화를 위해 스테인리스 micromesh를 기판으로 활용하여 3차원 신경 네트워크 모델을 프린팅 하였습니다. micromesh는 고 해상도 패터닝 뿐만 아니라 구조적 안정성을 제공하여 세포의 활성이 유지된 상태로 미세전극 칩과 한달 이상의 장기간동안 안정적으로 접속될 수 있도록 하였습니다.

 

Q4. 이번에 개발하신 플랫폼이 향후 뇌 질환 모델링이나 약물 스크리닝에 어떻게 활용될 수 있을지 궁금합니다. 또한, multilayered neuronal networks의 구조적 복잡성이나 세포 구성을 더욱 확장해 나가기 위한 다음 연구 계획이 있으실까요?

 

뇌 질환 연구에 있어 이번 플랫폼은 실제 뇌의 모듈형 네트워크 특징을 반영했기 때문에, 단순히 하나의 덩어리 형태로 키운 모델보다 생체(in vivo) 기작에 더 가까운 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대합니다. 이러한 특성은 신경질환 관련 약물의 스크리닝에 특히 유용하게 활용될 수 있을 것입니다. 추후에는 다양한 세포 유형을 층별로 조합하는 방식을 활용해, 간질과 같은 구체적인 뇌 질환 특성이 반영된 모델로 확장해 적용하는 연구를 진행할 계획입니다.

 

 

Q5. 본 논문 연구에 공동 1저자로 참여하셨는데 어떤 부분에서 기여를 해 주셨는지 궁금합니다.

 

초반에는 제가 주로 담당했던 부분은 신경세포를 제공하고, 이를 미세전극칩과 접속할 수 있는 방식을 개발하는 일을 담당했었습니다. 또한 신경 활성도를 측정하고 분석하는 과정에도 참여했습니다. 하지만 연구를 진행하면서는 공동연구하는 김수지 박사님에게 바이오프린팅 기술을 배우고 서로의 연구를 공유하며 점차 논의가 많아지며 협업을 확대해 나갔습니다. 결론적으로 좋은 경험이 되었다고 생각합니다.

 

 

Q6. 본 연구를 진행하시는 과정과 논문을 작성하는 과정에서 가장 힘들다고 생각했던 부분은 어떤 것이었나요? 또한 이를 어떻게 해결하셨나요?

가장 많은 시간을 쏟았던 부분은 논문에 드러나지 않은 실험 최적화 과정이었습니다. 저는 원래 쥐 뇌에서 얻은 피질 뉴런을 사용해 콜라겐 하이드로젤 기반으로 연구를 진행했는데, 이번 연구에서는 여기에 피브린을 혼합해 적용하려 했을 때 문제가 발생했습니다. 바이오프린팅 과정에서 세포를 분리하기 위해 사용하는 효소가 피브린의 cross-linking을 가속화시켜 바이오프린팅이 제대로 진행되지 않았던 것입니다. 이 부분을 해결하기 위해 여러 차례 조건을 바꿔가며 최적화를 진행했고, 결국 원하는 형태의 3차원 구조를 구현할 수 있었습니다.

 

 

Q7. 현재는 어떤 연구를 진행하고 계시는지, 혹은 어떤 연구를 새롭게 해보고 싶으신 지 궁금합니다.

 

현재는 박제균 교수님 연구실에서 제 박사 학위 논문 주제를 확장시켜 3D 프린터를 활용한 뇌 스페로이드와 전극 간의 고효율 신경 인터페이스를 제작하는 연구를 진행하고 있습니다. 뇌 스페로이드는 3차원 구조로 활용 가능성이 크지만, 구형 형태로 인해 미세전극에 안정적으로 부착하기 어렵다는 한계가 있습니다. 이를 극복하기 위해 3차원 미세전극을 개발하고 있으며, 이 연구는 김휘수 박사님과 공동으로 수행 중입니다. 또한 연구실에서 다양한 주제를 함께 논의하면서 새로운 연구 아이디어를 탐색하고, 3D 프린터 기반의 다양한 공학적 기술 개발로 연구 범위를 지속적으로 확장하고 있습니다.

 

Q8. 올해 2월에 졸업하시고 최근 새로운 연구실에서 활발한 연구 활동을 하고 계신 것으로 알고 있습니다. 졸업 이후 새로운 환경으로 옮겨가는 것은 많은 학생들이 겪는 일인데요, 먼저 경험하신 선배님으로서 새로운 연구실 생활에서 느낀 점이나 조언해주실 부분이 있을까요?

 

졸업 직후 박제균 교수님 연구실에 합류하면서 공동연구 두 건을 진행하게 되었습니다. 처음에는 새로운 환경에 대한 부담감도 있었습니다. 하지만 박사 과정 때부터 공동연구를 통해 학생들과 교류해 온 경험이 있어 적응 과정이 한결 수월했습니다. 운 좋게도 제 연구가 lab-on-a-chip분야와 맞닿아 있어 학회에 함께 참여할 기회가 많았고, 그 과정에서 자연스럽게 관계를 형성할 수 있었습니다. 덕분에 큰 어려움 없이 연구실 생활에 적응할 수 있었고, 동료들의 배려도 많이 받았습니다. 제 경험을 바탕으로 조언을 드리자면 새로운 환경으로 옮기기 전, 교수님이나 학생들과 학회나 교류의 장에서 미리 소통하고 친분을 쌓아두면 적응에 큰 도움이 될 것이라고 생각합니다.

 

 

Q9. 박사님께서 생각하시는 ‘좋은 연구’란 무엇인지, 그리고 연구자로서 가장 중요하게 생각하시는 가치가 무엇인지 여쭤보고 싶습니다.

 

제가 추구하는 연구는 새로운 창작입니다. 그러한 생각을 바탕으로 적용해보면 좋은 연구란 남들이 쉽게 떠올리지 못한 독창적인 아이디어를 바탕으로 문제를 해결하는 것이라고 생각합니다. 개인적으로 저는 시간이 될 때 마다 제가 연구하는 분야의 문제점을 염두에 두고, 이를 어떻게 하면 더 단순하면서도 창의적인 방식으로 풀 수 있을지 고민합니다. 남들이 시도하는 방식을 참고하면서도, 새로운 발상을 떠올릴 때 가장 큰 즐거움을 느낍니다. 이러한 과정 속에서 연구에 대한 동기를 얻고, 흥미와 즐거움을 동시에 느끼는 것이 제가 중요하게 여기는 가치입니다.

 

 

Q10. 현재 박사 후 연구원으로 활발히 연구를 이어가고 계신 것으로 알고 있습니다. 선배 연구자로서, 앞으로 학위를 고민하고 있는 학생들에게 조언이나 전하고 싶은 말씀이 있으시다면 부탁드립니다.

 

저는 학부부터 박사후연구원까지 줄곧 뇌공학 분야에서 연구를 이어오고 있습니다. 그 과정에서 느낀 우리 학과의 가장 큰 장점은 이 분야가 본질적으로 융복합적이라는 점입니다. 실제 연구는 세포 단위의 생물학적 지식부터 신경 인터페이스에 필요한 전자기적 이해, 그리고 3D 프린팅 기술의 재료·기계적 특성까지 아우르며 진행됩니다. 학부생들에게 전하고 싶은 말은, 여러 분야를 함께 공부하는 것이 쉽지는 않지만 반드시 도전해볼 만하다는 것입니다. 또한 대학원 과정에서는 각 분야의 전문가들로부터 직접 수업을 들을 수 있는 좋은 기회가 많으니, 이를 적극 활용해 보길 권하고 싶습니다.

 

오랜 시간 인터뷰에 응해 주신 윤동조 박사님께 다시 한번 진심으로 감사드립니다.

 

참고문헌 : Kim SJ, Yoon D, Choi Y, Lee G, Nam Y, Park JK. Hybrid biofabrication of multilayered 3D neuronal networks with structural and functional interlayer connectivity. Biosens Bioelectron. 2025;287:117688. doi:10.1016/j.bios.2025.117688

 

<취재/TA김혜진>