vol. 3 연세대학교 의과대학 2023.7 Vol. 3 뉴스레터 입니다

Focus

Best 연구

Best 교육

SPOTLIGHT

빈진혁 교수 의생명시스템정보학교실

단일세포 멀티오믹스 및 공간 전사체 데이터 등을 활용하는 연구 과제 참여암 및 면역질환 연구에 필요한 공동 연구 네트워크 만들기 위해 노력 교실 이름이 조금 생소한데요. 먼저 의생명시스템정보학교실에 대한 소개 부탁드립니다. 의생명시스템정보학교실은 쉽게 말해 바이오빅데이터 기반의 의생명연구(biomedical research)를 수행하는 교실로 보면 이해하기 쉬울 것 같습니다. 바이오빅데이터를 다루고 해석하기 위해서는 기본적으로 정보학적(informatics) 접근법이 필요하고요. 그래서 저희 교실은 통계학, 수학, 전산학, 인공지능 분야의 이론 및 방법들을 활용해 생명 기본 단위인 세포 수준의 분자 프로파일링 데이터부터 개체 수준의 생체정보에 이르기까지 다양한 형태의 바이오빅데이터들을 연구에 활용하고 있습니다. 현재 의료인공지능을 연구하는 의료정보학 분야의 교수들, 그리고 유전체 등 오믹스 데이터 기반의 생명정보학 분야의 교수들, 이렇게 크게 두 분야를 연구하는 교수진으로 구성되어 있습니다. 교실 내 연구 그룹들이 주로 다루는 데이터 종류는 조금씩 차이가 있지만, 현재 정밀의학 연구가 다양한 바이오빅데이터로부터 통합모델을 제시하는 것이 추세이기 때문에 앞으로 교실 내 다양한 연구 그룹들이 서로 좋은 시너지를 낼 수 있을 것으로 기대합니다. 저희 교실이 생긴 지는 그리 오래되지 않았지만 탁월한 연구 성과를 바탕으로 의생명정보학 분야에서는 국내에서 이미 두각을 나타내고 있습니다. 세계적 수준의 연구 성과를 꾸준히 내고 있는 연세의대의 의생명시스템정보학교실에 합류하게 되어 기쁘고 자랑스럽지만, 동시에 막중한 책임감을 느끼고 있습니다.(이미지 : 셔터스톡)이제 막 연세의대와 인연을 맺으신 교수님의 주 연구 분야가 궁금합니다. 암처럼 세포 간 이질성이 크고 복잡한 분자적 메커니즘에 의해 발생하는 질병을 제대로 이해하기 위해서는 (1)전체 게놈 수준의 분자적 정보(오믹스)가 (2)DNA-RNA-단백질 등의 여러 차원에서 총체적이고 통합적으로 해석될 필요가 있습니다. 저는 생명정보학을 연구하는 사람으로서 멀티-오믹스 데이터의 통계학적, 전산학적 분석을 통해 주로 암의 진단 및 약물 반응 예측을 위한 바이오마커 개발과 새로운 치료 타깃을 발굴하는 연구를 수행하고 있습니다. 특히 NGS 기반의 유전체 데이터와 Mass-spectrometry 기반의 단백체 데이터의 통합적 분석(Proteogenomics)을 통해 유전체 정보로부터 암의 예후, 약물 반응성 등의 표현형을 해석하는 데 있어 단백질 정보가 어떻게 활용될 수 있는지 연구해오고 있습니다.오믹스 분야는 현재 빠르게 기술적 진보가 이루어져 생명 현상을 점점 더 다양한 측면(multi-dimensional)에서 더 높은 해상도(high resolution)로 관찰하는 것이 가능해지고 있습니다. 불과 몇 년 전만 해도 새로운 기술로 각광받던 단일세포 전사체 분석이 이제는 가장 일상적으로 이루어지는 전사체 분석이 되었으며, 최근에는 공간 전사체 분석이 새롭게 각광받고 있습니다. 이와 더불어 아직까지는 탐지되는 단백질 수(depth) 및 데이터 생산량(throughput) 등의 개선점이 남아 있지만, 단일세포 레벨에서의 단백체 분석 기술 또한 활발히 개발되고 있습니다. 저희 연구실은 최근 이러한 고해상도의 멀티오믹스 데이터들을 이용해 종양 내 미세환경에서 다양한 세포들 간의 상호작용이 질병의 발달과 치료 과정에서 어떻게 바뀌어 나가는지에 대해서도 관심을 가지고 연구를 수행하고 있습니다.연구 내용이 주로 암과 관련된 내용이 많은 것 같습니다. 앞으로의 연구 과제는 무엇인가요? 최근 표적항암제와 면역항암제들이 활발히 개발되면서 암 환자의 치료에 큰 도움이 되고 있지만, 임상에서 여전히 해결되지 않는 큰 과제 중 하나는 항암제에 대한 저항성입니다. 최근 연구 결과들에 따르면 암세포가 항암제에 대한 저항성을 일으키는 과정이 암세포 자체적인 유전적 진화뿐만 아니라 종양미세환경을 구성하는 다양한 세포들 간의 상호작용 또한 주요 요인임이 드러나고 있습니다. 따라서 이러한 상호작용에 대한 이해를 통해 항암제에 대한 반응성을 조절할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 저희 연구실(Lab of Computational Precision Medicine)은 단일세포 멀티오믹스 및 공간 전사체 데이터 등을 활용해 (1)암세포의 유전적 특징이 종양미세환경 내 다양한 세포들의 상호작용에 어떠한 영향을 미치는지, (2)항암제 처리에 의해 종양미세환경의 다이나믹스가 어떻게 변해가는지, (3)항암제에 내성을 가지는 종양에서는 종양미세환경에서 어떤 특이적인 변화가 관찰되는지 등을 중점적으로 연구할 계획입니다. 또한 Long-read 시퀀싱 기술을 이용해 게놈이 불안정한 암세포에서 임상적 의미가 있는 새로운 형태의 구조 변이를 발굴하는 암 유전체 연구도 수행할 계획입니다.임상의사 및 기초연구자들과 협업하고 계신 것으로 알고 있습니다. 어떤 기대를 갖고 계신가요? 앞서 언급한 연구들이 제대로 수행되기 위해서는 환자 샘플로부터 고품질의 데이터 생산을 위한 임상의사들과의 협업이 필수적입니다. 그리고 환자 샘플을 얻기가 쉽지 않은 조건에서 종양미세환경 및 면역질환 연구를 위해서는 전임상 모델 기반의 기초연구자들과의 협업 또한 반드시 필요합니다. 현재 교내외의 암 및 면역질환 연구에서 이러한 연구 네트워크를 형성하기 위해 열심히 준비 중에 있습니다. 앞으로 의과대학 내 많은 교수님과의 협업이 있기를 기대합니다.빈진혁 교수 | 2023년 연세의대 의생명시스템정보학교실 조교수로 부임했다. 2016년 포항공과대학교에서 생물정보학, 시스템생물학 전공으로 박사학위를 취득한 후 2017년부터 2022년까지 Netherlands Cancer Institute에서 박사후연구원으로 근무했다. 주로 유전체, 전사체, 단백체 데이터 등의 멀티오믹스 데이터를 활용한 항암제 반응성 기작 연구 및 마커 개발 등의 정밀의학, 중개의학 관련 암 연구를 수행하고 있다. 

이희승 교수 소화기내과

췌장암 고위험군 환자의 선별과 조기 진단을 위한 혈액 biomarker 발굴과 진단 tool 개발이 목표 난치암으로 악명 높은 췌담도 분야의 암 연구를 하고 계신다고 알고 있습니다. 관심 분야 및 연구 내용에 대한 소개 부탁드립니다. 세브란스병원 소화기내과 췌담도 파트는 국내 최초로 내시경 역행 담췌관 조영술을 시행한 바 있으며, 현재도 모든 교수진이 한마음으로 췌장, 담도질환을 앓는 환자의 치료를 위해 진료와 연구에 최선을 다하고 있습니다. 특히 제가 현재 소속된 연구실은 소화기암 발생에 관여하는 암줄기세포 특이 표지자를 확인해 암줄기세포를 분리·배양하고, 이들 세포에서 일어나는 다양한 연관 유전자와 단백질의 발현을 분석해 유전자와 단백질 수준에서 암 발생 과정 이해를 통해 동물 및 오가노이드 모델로 이들의 역할을 규명하고 있습니다. 궁극적으로는 암줄기세포 특이 조기 진단, 새로운 치료법 개발, 신규 유전자 규명, 항암제 내성 또는 암 전이 기전 규명을 통해 소화기암 환자들에게 실질적인 도움을 줄 수 있는 연구를 하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 췌담도암(췌장암, 담도암) 환자의 임상 정보를 바탕으로 한 코호트 데이터베이스 및 본 연구실의 사전 연구를 통해 구축된 microarray 및 NGS 분석 결과 등의 유전체 정보, 그리고 실험실 연구를 통해 구축된 췌담도암 세포주 및 오가노이드의 유전체 정보를 통합한 데이터베이스 플랫폼을 통해 타 기관 연구진들과 공동 연구를 수행 중입니다.많은 연구진의 오랜 노력에도 불구하고 여전히 난치암으로 남아 있는 췌담도암 치료에 교수님의 연구가 지피는 희망의 불씨는 무엇인가요? 췌담도암 환자의 가장 큰 특징은 진단 당시 70-80%의 환자가 이미 수술이 불가능한 상태로 발견되고, 대부분 내시경을 통해 종양조직 생검 등을 얻는다는 점입니다. 제가 속한 연구실의 특징은 진단받은 췌담도암 환자의 종양조직을 일선에서 확보해 혈액, 조직 뱅킹 및 오가노이드 모델 구축 등 일련의 과정이 진행되고, 이를 통해 췌담도암의 전암병변/조기암/말기암 상태에 이르기까지 다양한 임상 샘플의 확보가 가능해서 이를 활용한 다양한 실험이 이루어진다는 것입니다.(이미지 : 셔터스톡)여러 팀들과 협업하고 계신다고 알고 있습니다. 어떤 연구가 진행되고 있나요? 연세대학교 생화학과 공동 연구팀과 췌장암 아형 및 후성 유전학 연구를 수행 중이며, 올해부터 카이스트 공동 연구팀과 췌장암 오가노이드 모델 기반 면역원성 세포 사멸 폴리펩타이드 연구를 수행 예정입니다. 특히 본 과제를 통해 오가노이드 센싱 분석 시스템을 개발해 기존의 오가노이드 모델과는 차별화된 연구를 수행할 계획입니다. 현재 췌장, 담도암 환자의 신약 및 세포독성항암제의 오가노이드 기반 약물 선택 연구가 전 세계적으로 수행되고 있습니다. 본 연구진도 ibs 구본경 박사, 김현기 교수(병리과), 남은지 교수(산부인과), 독일의 Dresden 연구팀과 공동 연구를 통해 신약 Screening 연구를 계획하고 있습니다. 광범위한 연구 네트워크 형성을 통해 다른 분야 연구진들과 활발한 교류가 이루어지면 좋겠습니다. 앞으로의 연구 활동 계획이 궁금합니다. 췌장암의 경우, Stage I에 진단될 경우 Stage II 이상과 비교해볼 때 5년 생존율이 크게는 60%까지 차이가 납니다. 그러므로 불량한 예후를 가진 췌장암에서 조기 진단이 궁극적으로는 환자 장기 생존율 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대합니다. 이를 위해 췌장암 고위험군 환자의 선별(췌장낭종, 만성췌장염, 당뇨) 및 조기 진단을 위한 혈액 biomarker 발굴과 진단 tool 개발을 위해 힘쓰고자 합니다. 또한 췌장암과 담도암 환자에서 항암치료 후 4-6개월 시점 조기 항암 내성을 보이는 점을 고려할 때, 기존 항암제 내성 및 전이 기전에 대한 연구를 오가노이드 모델을 활용해 수행 중입니다. 무엇보다 단순히 연구를 위한 연구에 머무르지 않고 임상에 적용되고, 궁극적으로는 췌장 및 담도질환을 앓는 환자에게 도움이 될 수 있는 연구를 하고 싶습니다.  이희승 교수 | 주 진료 분야는 췌장암, 담도암, 신경내분비종양, 항암치료, 치료 내시경 등이다. 연세대 의과대학을 졸업한 후 석사와 박사학위를 받았다. 2011년부터 줄곧 세브란스병원 소화기내과에서 일했으며, 2023년 부교수에 임용되었다. 

최웅락 교수 안과학교실

녹내장 수술기구의 개량 및 개발, 새로운 안압 하강제 등 신약 개발 연구 병행drug delivery 연구도 진행 중녹내장 치료가 주 진료 분야로 알고 있습니다. 교수님의 중점 연구 분야에 대해 말씀해주세요. 아시다시피 녹내장은 눈의 시신경이 손상되어 시력을 점차 잃게 되는 무서운 질환입니다. 녹내장 치료에는 안압 강하제(안압을 낮추는 약물)의 사용, 레이저시술, 수술 등이 있습니다만, 안타깝게도 현실은 여전히 충분한 치료제의 개발이 미흡합니다. 따라서 저는 새로운 녹내장 치료제 개발에 집중하고 있습니다. 이 작업은 크게 2가지로 나누어지는데, 하나는 녹내장 수술기구의 개량 및 개발입니다. 그리고 또 한 가지는 새로운 안압 하강제 등의 신약 개발 연구입니다. 최근에는 drug delivery 연구에도 힘을 쏟고 있습니다. 수술기구 개발이 녹내장 치료 결과를 향상시키는 데 어떻게 작용하는지 궁금합니다. 여러 교수님들과 함께 녹내장 수술기구 개발을 연구하고 있습니다. 최근에는 의학공학교실의 성학준 교수님과 함께 ‘Laser-Responsive Shape Memory Device to Program the Stepwise Control of Intraocular Pressure in Glaucoma’(녹내장 안압의 단계적 제어가 가능한 안과용 레이저 반응형 형상기억장치 개발)라는 제목의 논문을 (IF 19.924)에 발표하기도 했습니다. 몇 년 전부터 꾸준히 협력한 덕분에 좋은 결과를 얻을 수 있었던 것 같습니다. 현재 임상에서는 녹내장을 치료하기 위해 다양한 형태의 방수 유출 튜브 장치들을 눈에 삽입해 방수 배출 및 안압 하강을 유도하고 있습니다. 그러나 실리콘을 기반으로 한 튜브 장치들 대부분은 눈에 삽입 후 직경을 자유롭게 제어하기 어려워서 환자의 안압 변화에 따른 방수 배출량을 적절히 조절하지 못하고 있습니다. 그 결과 초기 저안압 등의 합병증을 일으키는 문제가 있습니다. 뿐만 아니라 실리콘 재질의 장치를 삽입할 경우, 이물 면역반응으로 인해 배출구 주변의 과도한 섬유조직이 생성되어 후기 고안압 같은 합병증을 유발하기도 합니다. 따라서 본 연구에서는 안과용 레이저인 아르곤 레이저에 반응해 형상 복원되는 소재를 개발하고, 이를 방수 유출 튜브 장치 제작에 사용함으로써 환자의 안압 변화에 따른 튜브 직경을 아르곤 레이저로 조절할 수 있도록 설계했습니다. 또한 배수 튜브 내부 표면에 플루오로유라실(항섬유화 약물)이 담지된 하이드로젤을 코팅해 방수 배출 시 약물이 서방형으로 방출되도록 설계해 배출구 주변의 과도한 섬유조직 생성을 억제했습니다. 이번처럼 첨단 공학을 연구하시는 교수님들과 함께 융합연구로서 앞으로도 수술기구 개량에 대한 연구는 지속적으로 진행할 계획입니다.또 다른 연구 분야인 새로운 안압 하강제 등의 신약 개발 상황은 어떤가요? 녹내장은 신약이 매우 드물게 개발되는 분야입니다. 저는 녹내장 발생 시 방수에서 증가하는 TGF-β의 억제를 이용해 새로운 녹내장 치료제를 연구하고 있습니다. 치과대학 육종인 교수님 등 선배님들이 도움을 많이 주셔서 이쪽에서도 조금씩 성과가 보이는 것 같습니다. 끝까지 정진해 좋은 결과를 내고 싶습니다. 앞서 최근에 집중하고 있다고 말씀하신 drug delivery 연구는 무엇인가요? 녹내장 환자들은 매일 정해진 시간에 맞춰 반평생 하루에도 여러 번 안약을 넣습니다. 사실 이것은 환자에게 고통일 뿐만 아니라 안약의 특성상 장기 점안 시 결막 및 각막 상피세포막의 생리적 작용에 영향을 끼칠 수 있고, 이로 인해 안구건조증, 알레르기, 원치 않는 외모의 변화 등 많은 부작용이 따릅니다. 현재까지도 안약 점안 외에는 뚜렷한 대안이 없는 실정인 거죠. 그래서 현재 시스템의 한계점을 극복한 신개념 녹내장 약물 delivery system 개발을 위한 연구를 기획하게 되었습니다. 다양한 방법으로 약물이 오랫동안 작용하거나 체내에 머물 수 있는지 실험하고 있습니다. (이미지 : 셔터스톡)녹내장 연구 성과는 많은 환자들에게 희망의 빛이 될 것 같습니다. 앞으로의 연구 계획에 대해 말씀해주세요. 임상적으로는 steroid induced glaucoma에 관심이 많아 꾸준히 연구하며 임상연구 논문을 매년 발표하고 있습니다. 주된 관심사는 steroid induced glaucoma의 risk를 발굴하고 예측하는 것입니다. 또한 녹내장 진단에 필수적인 Optical Coherence Tomography 등의 문제점을 찾아 이를 개선하는 연구 역시 협력을 통해 진행하고 있습니다. 이를 통해 녹내장을 보다 정확하게 진단하는 것이 연구 목표입니다. 저희 녹내장 연구실은 1994년 설립된 ‘연세대학교 의과대학 시기능 연구소’ 산하에 있습니다. 시기능 연구소 산하 녹내장 연구실은 전 세계적으로 3대 실명 원인에 해당하는 녹내장과 관련된 질환들의 진단, 치료, 예방에 대한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 늘 제게 많은 가르침을 주시는 김찬윤 교수님을 비롯해, 언제나 격려를 아끼지 않는 배형원, 이상엽 교수님 등 여러 선배 교수님들, 그리고 후배 이지혜 교수 등 저희 녹내장 연구실 구성원들은 임상연구와 기초 실험 연구를 병행하고 있으며, 각자의 위치에서 현재의 난제에 대해 끊임없이 질문하며 해결책을 찾기 위해 노력하고 있습니다.최웅락 교수 | 안과 세부 분야 중 녹내장 파트를 맡고 있다. 2020년부터 세브란스병원 임상조교수로 근무하다가 2023년부터는 강남세브란스병원에서 조교수로 일하고 있다. 앞으로 임상연구와 함께 기초, 중개연구 분야에 균형 있게 정진하고 관련 분야를 선도할 수 있도록 노력하면서, 아직까지는 확실한 치료법이 없는 녹내장 환자들에게 희망을 주는 것이 최종 목표다. 

신현주 교수 영상의학과

소아 내분비질환, 지방간의 진단 위해 보다 정확한 진단 기법 연구 지속의료영상 인공지능 임상 접목의 효용성 및 임상 검증에 관심 많아소아영상 분야의 전문가로 알고 있습니다. 먼저 교수님의 주 관심 분야에 대해 소개해주세요. 18세 이하 소아 환자들의 영상 검사와 판독을 전문으로 하고 있습니다. 아울러 다양한 영상 기법을 활용한 소아 질환 진단과 정량적 영상 기법을 비롯해 의료 영상의 인공지능 활용과 임상 검증에도 관심을 갖고 있지요. 세브란스병원 소아영상의학 전문의로 일했던 지난 7년 동안, 소아 환자들의 영상을 전문으로 보았습니다. 그 결과, 다양한 질환 및 영상 기법을 활용한 연구를 할 수 있었고, 그중에서도 특히 소아 간질환의 정량적 진단을 위해 최신 초음파, MRI 기법을 활용한 연구들에 흥미를 갖고 의미 있는 결과를 낼 수 있었습니다. 지방간, 간섬유화 진단 및 치료 반응 평가를 위해 탄성 초음파, 확산강조영상, 탄성 MRI 등을 소아에 적용해 임상적 활용도를 높일 방법을 증명하기도 했습니다. 인공지능에 대해 관심이 많으시다고 들었습니다. 인공지능과 영상의학을 어떻게 접목시키고 계신 건가요? 소아영상 영역의 인공지능 활용에 관심을 갖고 소아 응급질환 선별 진단을 위한 인공지능 활용 방법에 대한 연구 및 특허 등록을 진행한 바 있습니다. 2021년 2월, 용인세브란스병원으로 근무지를 옮기면서 용인세브란스병원의 디지털 병원으로서의 장점을 활용해 소아영상 분야뿐만 아니라, 성인 흉부방사선영상 등 의료영상 인공지능 임상 접목의 효용성 및 임상 검증에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 인공지능은 영상의학 분야에 가장 빠르게 접목되어 많은 연구가 이루어지고 있습니다. 안전한 인공지능의 활용을 위해 영상의학 분야에서 증명해야 할 부분이 많다는 점과 함께, 인공지능 활용이 의사의 업무 효율성을 증대시키는 보조 수단으로 잘 활용될 수 있다는 점을 연구하면서, 그리고 실제로 병원에서 일하면서 크게 느끼고 있습니다. (이미지 : 셔터스톡)소아영상 분야에서 독보적인 존재감이 느껴집니다. 다른 분야와의 협력 요청도 많으실 것 같습니다. 소아 간질환, 내분비질환 및 호흡기질환의 최신 영상 기법, 정량적 영상 진단을 위한 연구에 여러 소아과 교수님들과 협업하고 있으며, 인공지능 분야에 있어서도 호흡기내과, 감염내과, 입원의학과, 심장내과 등 다양한 성인 파트 교수님들과 협력 연구를 진행하고 있습니다. 아울러 원내에서 어느 교수님이든 영상을 활용한 연구를 하고 싶으실 때 어려움이 없도록 영상의학 협력 연구를 진행해드리거나 적합한 전문가를 연결하는 통로로서 영상의학과와 병원에서의 역할에 최선을 다하려고 노력하고 있습니다. 앞으로의 연구 활동 계획에 대해 들려주세요. 성인 영상의학 분야에 비해 상대적으로 소아 영상의학 분야의 인공지능 연구와 임상 접목은 굉장히 발전이 더딘 편입니다. 하지만 실제 임상 환경에서 인공지능을 활용해본 경험을 바탕으로 단점은 보완하고 장점을 살림으로써, 소아영상 영역에서도 인공지능을 더 현명하게 활용할 수 있는 발판이 되는 연구를 하고 싶고, 또한 성인영상 영역에 있어서도 안전한 인공지능 활용을 위한 검증을 지속해나가고 싶습니다. 나아가 증가하고 있는 소아 내분비질환, 지방간의 진단 및 효과적인 치료를 위해 보다 정확하고 편리한 진단 기법에 대한 연구를 지속해 소아영상 영역에서 최신 영상 기법의 접목과 표준화를 가능하게 하는 연구를 할 예정입니다. 신현주 교수 | 2009년 연세의대 졸업 후 2014년부터 소아영상의학 강사, 임상조교수를 거쳐 2021년 2월 용인세브란스병원으로 옮겨 현재 조교수로 일하며, 18세 이하 소아 환자들의 전신 영상 검사와 판독을 맡고 있다. 소아영상 및 인공지능 관련 연구에 많은 관심을 가지고 있다. 용인세브란스병원 영상의학과는 총 15명의 전문의들이 각 세부 분과를 담당하며 활발한 임상 활동 및 연구를 진행하고 있다.