금일 강의는 생체재료에 대한 연구를 하시는 GIST 이재영 교수님의 Electrically Conductive Hydrogels as new functional biomaterials 였습니다. 주로 전기/자기장/열과 같은 요소를 고려해, 재료의 여러 특성들을 바꾸어 biology 시스템에서 필요한 역할을 할 수 있는 생체재료 개발에 대한 이야기를 해주셨습니다. 교수님께서는 특히 non-conductive/ weak&fragile / not interactive to Hydrophobic compound 인 Hydrogel 을(이 뿐 아니라 여러 재료들을) 어떻게 conductive 하고, weak 하지 않으면서 Soft 하게 유지할 수 있을지에 대한 연구에 집중하셨습니다. Conductive 하며 Soft 한 물질을 만드는게 생체재료에서 중요한 이유는, 우리의 신체가 뼈를 제외하고는 모두 Soft 하고,
또 Mechanotransduction in cells 의 특성을 확인했을때 신경세포의 분화가 원하는 경도에 따라 달라진다는 점 때문이었습니다. 즉, 세포는 그 경도와 비슷한, Soft 한 신경쪽으로 이동한다는 것 입니다.
한 예로 Conductive 하며 Soft한 Hydrogel 을 만드는 연구에서, 가장 큰 문제점은 전도도를 높일때 gel이 soft해지지 않고 단단해진다는 점이었는데, 이 부분을 Graphene Oxide 와 Polyacrylamide 를 이용해서 해결하셨고, 그 외에도 근육/신장/신경과 같은 전기반응이 일어나는 신체들에 대한 생체재료 연구 또한 말씀해주셨습니다. 예를들어 신경 도관 개발입니다. Short gap 이 생긴 신체는 그냥 신경을 땡겨서 꼬메면 되지만, Long gap이 생기면 떨어져있는 부위의 신경에서 가져와서 꼬메게 되는데 이때 신경 관의 굵기가 다른 문제 등이 생겨 신경이 잘 발생하지 않는 문제가 있었습니다. 교수님께서는 이를 위해 '신경도관'이 가져야하는 특성 중 Conductive, Soft 에 주안점을 두어 신경도관을 만드셨습니다.
강연을 들으며 궁금했던 부분은 Mechanotransduction in cells 입니다. 먼저 대체 어떻게 세포가 주위의 환경을 인식해서 반응을 다르게 하는지 궁금했습니다. 또한 이러한 효과가 in vivo 뿐 아니라 in vitro에도 일어나는지, in vitro에서도 일어난다면 연구실에서 세포 분화/배양을 시킬 때 해당 효과를 이용하여 딱딱한 플라스크가 아니라 소프트한 무언가를 깔고 그 위에 배양을 시킨다던지, 혹시 전기전도도가 있는 물질을 깔고 배양하면 더 잘 배양된다던지 하는 부분이 궁금했습니다. 후자는 질문을 드렸지만, 전자는 생체재료를 연구하시는 교수님께 드릴 수 있는 질문이 맞나, 하는 생각이 들어 질문하지 못한게 조금 아쉬움이라면 아쉬움이 남는 것 같습니다. 저는 컴퓨터 공학 전공으로 biology 에 대한 부분은 전혀 모르고 있었는데, 금일 강연을 통해 처음 접해보는 생체재료라는 분야에 대해 얕지만 넓게 알아갈 수 있었다고 생각합니다.
참고용 필기 >
Electrically Conductive Hydrogels as new functional biomaterials #이재영
생체재료 ~전기/자기장/열 → 재료의 특성을 바꿔 biology 시스템에 영향을 주는 연구를 하심
Hydrogel : 함수율이 높다, 조직처럼 말랑말랑, difussion이 잘일어남,
—------> 신체와 비슷한 장점. (그러나 어떻게보면 단점이 될수도 있다 )
—> non-conductive, weak/fragile, not interactive to Hydrophobic compound
—->
Bioelectronic device..
전도성 소재..
아연채널을 통해 comunitation이 달라짐 -> 전기전도도 높은 소재 에서 하면 syncronize 됨..
전기적 active 직관적적으로 cell-cell comunication이 달라진다?
Why conductive / soft?
- 우리 몸과 비슷한 물질, 뼈 제외하고는 다 soft..선호함 , 만약 딴딴한 재료로 만들어 조직을 implant 시키면 (불편???)
- Mechanotransduction in cells (원하는 경도에 맞췄을때 신경세포의 분화가 다름… soft한 물질-> 신경쪽으로 감…) Q. 어떻게 그러지???????? -> 비슷한 세포…라고 생각해서 뭉쳐있으려고 하는건가?
Conductive Hydrogel
전도도 높아지면 gel이 더 단단해짐.. 어떻게하지?
그래핀 옥사이드 + 폴리아크리라마이드 → 환원 ->
Mechanotransduction in cells (원하는 경도에 맞췄을때 신경세포의 분화가 다름… soft한 물질-> 신경쪽으로 감…)
Q. 어떻게 그러지???????? -> 비슷한 세포…라고 생각해서 뭉쳐있으려고 하는건가?
In vivo 뿐 아니라 in vitro 에서도 전기전도도와 soft 함이 Mechanotransduction in cells 에도 영향을 미칠까?
예를들어
(in vitro 에서 세포 분화를 시킬때도 단단한 플라스크가 아니라 소프트하고 전기전도가 통하는 플라스크를 만들어서 거기에 (혹은 아래에 그런 젤을 깔고?)에서 분화시키면 분화가 세포끼리 뭉치지않고 비교적 플라스크 쪽으로 평평하게 분화가 잘될까?
근육/신장/신경 — 전기 반응 확실
신경 도관?
Short gap 그냥 땡겨서 꼬맴
Long gap 다른 신경에서 가져와서 꼬맴 (뗀쪽 멍듬/ 굵기다름) → 인공 도관을 만들어서 해보자. Commercial 4-5개 있는데 없어
Porosu/Biochemical signal/ electric)
아가로즈 + negative charge 그리핀 -> 열을 주면 환원.. 시키니까 그대로 냅둠.
아가로즈 + positive charge 그리핀 -> 환원..
둘이 섞는다. -> 환원.. 열을 주면 녹는다.. 아가로즈 fuse된다
전도성 네트워크 계면을 따라 만들수있다?
전도성 하이드로젤 분해되게/안되게? 주입?
Effects of stiffness and conductivity on macrophage polarization and tissue compatibility
Mechnical compatibity