국내 최초 귀환형 우주 연구 위성체 개발… 우주에서 세포 반응 관찰한다

한림대춘천성심병원 박찬흠 교수, 2023년 STEAM 연구사업 신규과제 최종 선정 우주(미세중력) 환경에 따른 암세포-약물 반응 관찰… 향후 항암제 개발 목표

한림대학교춘천성심병원 이비인후과 박찬흠 교수(한림대학교 나노바이오재생의학연구소장)가 국내 최초로 우주에서 암세포를 배양하고 항암제 반응을 관찰해 세포와 약물의 기전을 밝히는 귀환형 연구 위성체 개발에 나선다.

박찬흠 교수팀의 이번 위성체 개발 연구는 최근 과학기술정보통신부가 지원하고 한국연구재단이 운영·관리하는 ‘2023년 STEAM 연구사업(미래융합기술개발 파이오니어 전략형) 신규과제’에 최종 선정된 결과다. 연구 기간은 2023년 4월부터 2027년 12월까지 4년 9개월이다.

중력이 존재하지 않는 우주에서는 세포의 양상이 달라진다. 우주는 지상보다 중력이 약하기 때문에 세포나 단백질 수준의 실험 결과가 지상의 실험과 다르게 나온다. 이번 연구는 중력이 약한 우주 공간의 특성을 활용한다.

우주산업이 앞선 나라에서는 이런 현상을 활용해 우주에서 고순도 신약을 제조하거나 인공장기를 만드는 실험을 하고 있다. 본격적인 우주 시대를 열고 있는 우리나라도 도전하고 있다.

박찬흠 교수팀은 2027년 발사 예정인 귀환형 인공위성 플랫폼 ‘바이오렉스(BioRexs, Bio Reentry Experimental Satellite)’에 ▲3차원 미세유체 타겟 세포배양 시스템 ▲타겟 세포 배양용 바이오 하이드로겔 ▲우주 의약품 개발을 위한 약물 자동화 평가 시스템 ▲귀환형 바이오 모듈 시스템을 개발하여 탑재시킬 계획이다.

이 연구는 우주 궤도에서는 암세포를 배양하고 무중력 환경 아래 암세포 양상 관찰 및 항암제 반응성 분석을 통해 지상국에서 과학데이터를 받아 1차로 분석을 한다. 일정 시간 이후에는 위성체를 다시 지구로 귀환시켜 정밀 유전자 분석을 통해 우주 환경에서의 암세포와 미세중력 및 우주 약물 효용성의 기전을 밝히는 중요한 연구를 한다.

본 연구가 성공적으로 이뤄진다면, 국내 최초의 귀환형 우주의생명공학 플랫폼을 통해 우주 의약품을 개발할 수 있다.

연구책임자인 박찬흠 교수는 “이번 연구를 계기로 우주의생명공학(Space Bio&Medicine) 분야를 발전시켜 국내 우주산업 관련 대학과 연구소, 산업체, 공기관과의 인프라를 형성하고 국내 우주산업의 새로운 장을 열겠다”며 “인재 양성은 물론 참여 연구원들의 전문성을 제고해 다양한 융복합 연구를 이뤄낼 것이고 이는 우주산업의 원동력이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

다음 우주의생명공학 연구로 박찬흠 교수는 현재 차세대중형위성개발사업 중형위성 3호에 탑재될 바이오캐비넷(BioCabinet, 바이오 3D 프린터 및 줄기세포 분화 배양기)을 개발 중이다. 이는 우주인의 가장 흔한 질병인 심혈관 연구를 위한 탑재체이다.

바이오캐비넷은 누리호에 탑재돼 2025년 발사 예정이다. 바이오캐비넷에는 두 종류의 바이오 모듈이 탑재된다. 첫 번째 바이오 모듈은 우주에서 역분화 심장 줄기세포 바이오 3D 프린팅을 통한 심장 모사체의 박동 및 세포 생존을 관찰하며, 두번째 바이오 모듈은 편도 유래 줄기세포의 혈관 세포 분화 및 관찰을 한다. 이러한 기반 연구를 통해 미래에는 우주인에게 치명적인 심혈관 치료가 우주에서 가능할 것으로 기대된다.

이비인후과 의사로서 바이오 3D 프린터와 조직공학을 연구하던 박찬흠 교수는 2018년 바이오 큐브위성(CubeSat) 및 ISS 국제공동개발연구에 참여한 연구 경험을 바탕으로, 바이오캐비넷 개발 연구에 이어 이번 귀환형 우주 재생의학 연구 위성체 개발 연구까지 진행하게 됐다. 

박찬흠 교수의 추후 스페이스 바이오 분야의 연구 계획으로는 위성체에서 약물 및 조직공학 제형을 제작해서 귀환(Return)할 수 있는 바이오팩토리(BioFactory), 1년 이상 장기간 심우주를 비행하면서 미생물의 미세중력 및 우주 방사선에 생물학적 변화를 관찰할 수 있는 바이오딥(BioDeep), 달 착륙선을 통해 달 먼지 등 달에서의 인류를 위협하고 있는 환경을 연구하기 위한 바이오루나(BioLunar) 등이 있다고 밝혔다.