성균관대학교 생명물리학과

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Inspiring Future, Grand Challenge

안중호 교수 연구팀, 교모세포종 맞춤 치료 위한 세계 최초 뇌종양혈관장벽 칩 개발

- 환자유래 교모세포종 미세환경과 뇌혈관 장벽을 칩 위에서 구현
- 환자별 항암제 반응 차이 분석…정밀 치료 플랫폼으로 기대

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성균관대 공동 연구팀, 메타렌즈 초고속 대량생산 기술 확보

- 롤투롤 나노임프린팅 공정으로 초당 300개 생산... 기존 대비 생산성 100배 향상
- 가시광 전 영역에서 동작하는 고효율 메타렌즈 양산 기술, 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’ 게재

생명물리학과 김인기 교수 · 조규진 교수

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박종찬 교수의 FOBL (뇌 오가노이드 기반 생체대사 연구실)

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조한상 교수팀, 인간 ‘장-뇌-혈관’ 연결하는 3차원 생체 칩 개발
치매 등 뇌 질환 비밀 풀 열쇠 마련

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Notice

교수동정

안선주 교수, 스마트병원 국제표준화 전두지휘… 세계 최초 ‘스마트병원 분과’ 의장 선출
2026-05-08
안선주 교수, 스마트병원 국제표준화 전두지휘… 세계 최초 ‘스마트병원 분과’ 의장 선출 - ISO 의료 조직 관리 분야 한국 간사국 확보 및 디지털 헬스케어 미래 표준 설계 주도 - 오가노이드, 로봇 등 첨단 기술 결합한 글로벌 보건의료 가이드라인 마련에 기여

[현장] 8부 능선 지나는 ‘국가 치매 R&D’...“후속 사업 공백 막아야”
2026-04-29
성균관대 조한상 교수팀은 인간 뇌를 모사한 3차원 '생체조직칩' 플랫폼을 개발해 상용화에 성공했다. 이 플랫폼은 면역세포와 신경세포 간 상호작용을 실시간으로 관찰할 수 있도록 해 준다. 현재까지 국내 바이오텍 4곳과 14건의 CRO(임상시험수탁기관) 서비스를 완료했으며, 추가 계약이 진행 중이다.

박종찬 교수의 FOBL (뇌 오가노이드 기반 생체대사 연구실)
2026-03-09
뇌 질환은 의학 연구에서 매우 오래된 난제이지만, 그동안의 실험은 주로 동물 모델이나 단순화된 세포 배양에 의존해 왔다. 그러나 인간 뇌의 복잡한 발달 과정과 질환 특이적 변화를 온전히 설명하기에는 분명한 한계가 존재한다. 바로 이 지점에서 인간 유래 줄기세포 기반 뇌 오가노이드*가 새로운 연구 대안으로 주목받고 있다. 환자의 세포로부터 만들어진 오가노이드는 인간 뇌 발달과 질병을 실험실에서 직접 관찰하고 분석할 수 있는 거의 유일한 환자 맞춤형 모델이기 때문이다. 이러한 연구 흐름 속에서 박종찬 교수의 FOBL(Functional Organoid-based Biometabolism Laboratory)은 오가노이드를 단순한 기술 트렌드가 아닌, 뇌 질환의 근본적인 기전을 파고들기 위한 연구 도구로 활용하고 있다. 줄기세포 생물학에 대한 깊은 이해를 바탕으로, 인간 뇌를 더욱 정밀하게 모사하고자 하는 이들의 연구는 오가노이드 연구가 왜 지금, 그리고 앞으로도 중요한지를 보여준다. 이번 연구실 탐방에서는 연구 방향과 연구실 문화, 그리고 줄기세포 기반 뇌 연구의 본질에 관한 이야기를 들어본다. * 오가노이드(organoid): 인간의 줄기세포로부터 생성된 장기 유사체. 장기를 뜻하는 ‘organ’과 유사함을 뜻하는 접미사 ‘-oid’를 결합해 만든 신조어다.

김인기 교수, 삼성미래기술육성사업 홍보영상 [미래를 기술하다: 도전의 계보]
2026-02-02
생명물리학과 김인기 교수님이 출연한 삼성미래기술육성사업 홍보영상 [미래를 기술하다: 도전의 계보] 링크를 공유드립니다. https://www.youtube.com/watch?v=l09956IR0hA

생명물리학과 안중호 교수, 한국바이오칩학회서 ‘연구혁신상’ 수상
2026-01-02
생명물리학과 안중호 교수가 2025년 한국바이오칩학회 20주년 추계학술대회에서 ‘연구혁신상’을 수상했다. 이번 수상은 박사학위 취득 후 7년 이내의 연구자 중 새로운 기술 개발, 창의적 아이디어의 적용, 그리고 학제적 융합연구를 통한 높은 파급효과를 달성한 성과를 인정받아 주어진 것이다. 상금은 1,000,000원이다. 한국바이오칩학회는 첨단 생명융합과학인 바이오칩 (biochip), 바이오멤스(bio-MEMS), 바이오센서(biosensor), 나노융합(nano-convergence), 헬스케어(health-care) 연구의 핵심 원천 기술기반의 바이오칩 기술의 학술적 발전과 산업 응용 확대를 목표로 하는 국내 대표 학술단체로, 생명과학·의료·공학 등 다학제적 연구자 및 전문가가 참여하고 있다. 올해 창립 20주년을 맞아 국내 연구자간 기술 공유, 국제 협력, 산업 연계 증진을 위한 다양한 프로그램을 운영하고 있다. 안중호 교수는 의사과학자로서, 2024년 성균관대학교 부임 이후 장기칩(Organ-on-a-Chip), 조직공학, 3D 프린팅 및 3D 바이오프린팅 기술을 융합한 연구를 기반으로 기초연구와 임상의학을 연결하는 차세대 중개의학 기반 바이오메디컬 플랫폼 개발에 매진하고 있으며 인간 생리 및 질환 메커니즘에 대한 새로운 통찰과 과학적 이해를 도출하는 것을 목표로 하고 있다. 최근에는 난임 극복을 위한 환자 맞춤형 자궁내막-온-어-칩 플랫폼을 개발했으며, 이를 기반으로 연구 범위를 확장해 환자 맞춤형 종양 미세환경 구현 및 전임상 질환 모델 개발 등 정밀 의생명 연구를 활발히 수행하고 있다. 안중호 교수는 최근 5년간 SCI저널에 18편의 논문을 발표했다. 특히, 최근 3년간 Nature Communications, Advanced Functional Materials 등 각각 상위 7%, 5% 이내의 우수한 저널에 논문을 게재한 바 있다.

생명물리학과 김인기 교수, 2025 SKKU Rising-Fellowship 17인에 선정
2025-12-29
생명물리학과 김인기 교수가 올해 신설된 ‘2025 SKKU Rising-Fellowship’ 에 선정되었다. 성균관대학교는 ‘2025 SKKU Rising-Fellowship’ 교수로 사회과학대학 신은진 교수, 사회과학대학 이세영 교수, 경제대학 이은령 교수, 경영대학 유상석 교수, 소프트웨어융합대학 무하마드칸 교수, 자연과학대학 임화선 교수, 자연과학대학 오세진 교수, 정보통신대학 고종환 교수, 정보통신대학 원상민 교수, 공과대학 김정규 교수, 공과대학 권석준 교수, 공과대학 윤성민 교수, 의과대학 이승원 교수, 성균융합원 신미경 교수, 성균융합원 김인기 교수, 성균나노과학기술원 배완기 교수, 삼성융합의과학원 강단비 교수를 선정했다. SKKU Rising-Fellowship은 본교 신진 중견 전임교원 중 해당 학문 분야에서 국내 최고 수준 또는 세계적 표준에 이미 안착하였거나, 연구업적이 탁월하여 향후 세계적 수준의 연구자로 발전 가능성이 높은 최우수 교원께 수여되는 명예이자 특별연구 지원 제도이다. 2025 SKKU Rising-Fellowship은 연구 성과의 학문적/질적 우수성과 글로벌 연구 영향력을 종합적으로 고려하여 선정위원회의 엄정한 심사를 거쳐 최종 수상자를 선정하였다. 시상식은 12월 23일(화)에 진행되었으며, 유지범 총장 및 학교법인 관계자, 교내 보직교수가 참석하여 수상자를 축하하고 격려와 축하의 메시지를 전했다. 수상자들을 대표하여 사회과학대학 이세영 교수와 공과대학 권석준 교수가 수상소감을 밝혔으며, 유지범 총장은 앞으로도 우리대학은 뛰어난 성과를 낸 신진 중견 연구자를 예우하고, 도전과 성장을 지속할 수 있는 문화와 생태계가 조성될 수 있도록 적극적으로 지원할 예정이라고 밝혔다.

생명물리학과 김인기 교수, ‘빛, 과학과 응용’ 라이징 스타 Finalist 선정
2025-11-26
생명물리학과 김인기 교수, ‘빛, 과학과 응용’ 라이징 스타 Finalist 선정 - 전 세계 6명만 선정되는 최종 후보(Finalist)… 한국 대학 소속 연구자 중 유일 생명물리학과 김인기 교수가 스프링거 네이처(Springer Nature)에서 발간하는 광학 분야 최상위 권위 학술지 빛, 과학과 응용(Light: Science & Applications)이 선정하는 ‘2025 Rising Stars of Light’ Finalist에 이름을 올렸다. Rising Stars of Light는 전 세계 40세 미만 교수 중 광학 분야에서 탁월한 연구 성과를 낸 연구자를 선정하는 프로그램으로, 먼저 Finalist 6인을 선정한 뒤 최종 발표를 통해 Winner 3인을 선발하는 방식으로 진행된다. 김 교수는 올해 Finalist 6인에 당당히 포함되었으며, 한국 대학 소속 연구자로는 유일하게 이름을 올렸다. 김 교수는 메타물질, 나노포토닉스, 바이오포토닉스 분야에서 활발한 연구를 이어가고 있는 젊은 과학자로, 지금까지 국제 저널에 80편 이상의 논문을 게재했고 5,800회 이상의 인용수, H-index 42를 기록하며 세계적 영향력을 인정받고 있다. ▲ Rising Stars of Light Finalist 선정 상장 2021년 성균관대 부임 이후 ▲메타렌즈 기반 초고해상도 이미지 스캐닝 현미경(2025, Light: Science & Applications) ▲메타렌즈 기반 뇌 오가노이드 3D 영상화 기술(2025, Science Advances) ▲메타표면 칩 기반 초고속 PCR 기술(2024, Advanced Materials) ▲단분자 관찰 메타렌즈 기술(2024, Nature Communications) 등 혁신 기술을 지속적으로 개발해 왔다. 한편 올해 Rising Star Finalist에는 미국 UCLA의 Aaswath Raman 교수, 싱가포르 난양공대의 Yijie Shen 교수, 중국 칭화대의 Chengying Bao 교수 등이 함께 선정되었다. 김 교수는 Winner 최종 3인에는 선정되지 않았으나, 세계적 경쟁 속에서 Finalist로 선정된 것만으로도 글로벌 연구 역량을 인정받은 의미 있는 성과라는 평가를 받고 있다. 김 교수는 “세계적 수준의 연구자들과 함께 Finalist에 선정되어 뜻깊게 생각한다”며 “메타물질 기반 광학 기술을 생명공학 분야와 융합해 새로운 연구 영역을 개척하는 데 지속적으로 매진하겠다”고 밝혔다.

생명물리학과 안선주 교수, '국제학술지 IJSC 기여상' 수상
2025-09-04
생명물리학과 안선주 교수, '국제학술지 IJSC 기여상' 수상 생명물리학과 안선주 교수가 2025년 개최된 한국줄기세포학회 연례학술대회에서 '국제학술지 International Journal of Stem Cells (IJSC) 기여상'을 수상했다. 한국줄기세포학회는 스위스그랜드호텔에서 지난 8월 20일부터 22일 개최된 '창립 20주년 기념 2025 연례학술대회'에서 안선주 교수의 “그동안 성취한 탁월한 연구 업적과 학회에 대한 끊임없는 헌신을 고려해 이 상을 수여”한다고 밝혔다. 2023년, 오가노이드(Organoids) 표준을 주도한 생명물리학과 안선주 교수와 식품의약품 안전평가원 독성연구과가 공동으로 설립한 OSI(Organoids Standards Initiative)가 이끄는 오가노이드 표준화 연구회는 Frontiers in Cell and Developmental Biology에 게재되어 학계와 산업계의 큰 주목을 받았다. 해당 연구는 「오가노이드 표준화 방안 마련을 위한 기반 연구」 과제의 일환으로 수행되었으며, 이를 통해 미래 의학과 바이오 연구의 새로운 지평을 여는 획기적인 가이드라인을 제시했다. 안 교수는 본 연구의 책임자로서 가이드라인 개발, 논문화 작업, 국제표준화까지 주도했다. 오가노이드는 줄기세포에서 유래한 3차원 구조체로, 실험실 환경에서 실제 장기의 구조와 기능을 재현할 수 있는 혁신적 기술이다. 이번 연구는 오가노이드의 표준화와 재현성을 높이기 위해 구성된 전문가 그룹 OSI의 주도로 이루어졌으며, 간·장·심장·신장·폐·뇌·피부 등 7개 장기의 오가노이드 표준화를 목표로 진행되었다. 국내 최고 전문가들의 집단지성을 발휘해 개발된 이 가이드라인은 오가노이드 표준 제작과 품질평가를 위한 세계 최초의 성과로, 기존에 개별 연구실 단위로만 발표되던 프로토콜과 달리 국내외에서 상호 호환 가능한 가이드라인을 마련했다는 점에서 의미가 크다. 안 교수는 2023년부터 가이드라인의 논문화 작업을 주도했을 뿐 아니라, 2024년 영국 글래스고에서 열린 국제표준화기구 ISO/TC 276(생명공학기술) 총회에서 세계 최초로 오가노이드 국제표준안을 제시해 전 세계 회원국 전문가들의 큰 관심을 받았다. 또한, 안 교수가 최초로 제안한 ‘오가노이드’ 신규 작업반은 지난 6월 개최된 ISO/TC 276 총회에서 정식으로 설립되었다. 그는 미국 FDA 선진화법 2.0을 비롯해 동물대체시험법의 제도화가 본격화되는 흐름 속에서, ISO/TC 276 내 ‘오가노이드’ 신규 작업반 설립을 통해 인류가 재현성과 신뢰성이 높은 첨단 동물대체시험법을 마련하는 데 ISO가 기여해야 한다고 강조했다. 이러한 제안은 ISO/TC 276의 공식 아젠다로 채택되었으며, 올해 호주 케언즈에서 열린 총회에서 회원국 투표로 승인되었다.안 교수는 이번 IJSC 기여상 수상을 통해 국내 오가노이드 기술이 과학적 근거에 기반한 국제 표준으로 자리매김하고, 글로벌 바이오 연구 및 산업에서 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

박종찬 교수, 한국뇌신경과학회 2025년 제 14회 싸이텍코리아 젊은과학자상 수상
2025-09-03
박종찬 교수, 한국뇌신경과학회 2025년 제 14회 싸이텍코리아 젊은과학자상 수상 박종찬 교수가 한국뇌신경과학회 2025년 제 14회 싸이텍코리아 젊은과학자상을 수상했다. 싸이텍코리아 젊은과학자상은 신경과학 분야에서 탁월한 성과를 통해 한국 신경과학 발전에 지속적인 공헌을 한 젊은 신경과학자를 포상하기 위해 2012년 제정되었다.

생명물리학과 안선주 교수, ISO/TC 304 스마트 병원 작업반 첫 컨비너로 선출
2025-09-03
생명물리학과 안선주 교수, ISO/TC 304 스마트 병원 작업반 첫 컨비너로 선출 ISO/TC 304(의료조직관리 기술위원회)에서 스마트 병원 작업반이 새롭게 설립하는 안건이 승인되었다. 이 작업반의 첫 컨비너(convenor)로 우리 대학 생명물리학과 안선주 교수가 임명되었다. 작업반은 병원 관리 및 서비스 표준화를 포함한 스마트 병원 관리 분야에서 글로벌 표준을 개발하는 것을 목표로 한다. 스마트 병원은 디지털 기술, 인공지능(AI), 로봇 등을 활용해 의료 서비스의 효율성을 극대화하고, 환자 안전을 강화하며, 운영 품질을 향상시키는 혁신적인 의료 모델로 주목받고 있다. 이번 작업반은 이러한 스마트 병원의 도입과 글로벌 표준화를 통해 각국의 보건 의료 시스템 혁신을 주도하는 중요한 발판이 될 것으로 기대된다. 안선주 교수는 “스마트 병원 작업반은 의료 분야에서 디지털 혁신을 가속화하고 병원의 운영 효율성을 높이는 표준을 개발할 것”이라며 “한국이 이번 작업반을 통해 스마트 병원 표준화에 선도적인 역할을 하게 되어 매우 기쁘다”고 소감을 밝혔다. 작업반의 성과는 향후 ISO 국제표준으로 개발되어 전 세계 병원에서 활용될 예정이다. 이를 통해 스마트 병원이 보건의료 분야의 새로운 표준으로 자리 잡고, 글로벌 의료 서비스의 질적 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 안 교수는 생명공학기술과 보건의료 분야 국제표준 전문가로 활동 중이며 지난 6월에는 세계 최초로 '오가노이드 제작 및 품질 평가'에 관한 표준안을 ISO/TC 276(생명공학기술)에 제안했다. 또한, 관련 전문 도서인 ‘인공지능 시대의 보건의료와 표준’, ‘표준전쟁’을 발간하여 세종도서 학술부문에 선정된 바 있으며, 세계경제포럼 헬스케어 산업 분야 워크샵에도 참여하는 등 활발한 활동을 이어가고 있다. 2023년에는 ISO 우수 전문가상(ISO Excellence Award)을 수상하며 국제적 역량을 인정받았다. ▲ 안선주 교수가 지난 2019년 10월 네덜란드 헤이그에서 열린 세계경제포럼 헬스케어인더스트리 워크샵에서 초빙발표를 하고 있다. 한편, 2024년부터 중앙일보 이공계 대학평가에 국제표준 실적이 새롭게 반영되면서 연구 성과의 국제표준화가 국가 R&D 연구자들에게 중요한 성과 지표로 자리매김할 전망이다. 표준은 『국가연구개발사업 등의 성과평가 및 성과관리에 관한 법률』에 의해 특허나 논문과 동일하게 국가 연구개발사업의 대표 성과로 인정받는다. ▲ 안 교수가 학계 표준제정 우수사례를 발표하고 있는 모습

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연구

안중호 교수 연구팀, 교모세포종 맞춤 치료 위한 세계 최초 뇌종양혈관장벽 칩 개발
2026-06-30
생명물리학과·메타바이오헬스학과 안중호 교수 연구팀이 KAIST 안송이 교수 연구팀, 차병원 임재준 교수 연구팀, 차의과학대학교 강윤정 교수 연구팀과 함께 교모세포종 환자의 치료 효과를 미리 확인할 수 있는 인공 뇌종양 모델을 개발했다.

성균관대 공동 연구팀, 신문처럼 인쇄하는 렌즈 시대 개막...메타렌즈 초고속 대량생산 기술 확보
2026-04-16
성균관대 공동 연구팀, 메타렌즈 초고속 대량생산 기술 확보 - 롤투롤 나노임프린팅 공정으로 초당 300개 생산... 기존 대비 생산성 100배 향상 - 가시광 전 영역에서 동작하는 고효율 메타렌즈 양산 기술, 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’ 게재 생명물리학과 김인기 교수 · 조규진 교수

조한상 교수팀, 인간 ‘장-뇌-혈관’ 연결하는 3차원 생체 칩 개발… 치매 등 뇌 질환 비밀 풀 열쇠 마련
2026-02-10
양자생명물리과학원(IQB) 및 생명물리학과 조한상 교수 연구팀이 하버드 의과대학 및 UC 버클리의 루크 리(Luke P. Lee) 교수팀과 공동으로 인간의 장, 혈관, 뇌를 하나로 연결한 3차원 미세생체모사 플랫폼(hGBV)을 개발했다. 이를 통해 연구팀은 장과 뇌 사이의 양방향 신호 전달이 어떻게 신경염증과 치매 같은 신경퇴행성 질환으로 이어지는지 그 경로를 실험적으로 규명하는 데 성공했다. 최근 과학계에서는 장내 미생물과 염증 상태가 뇌 기능에 영향을 미친다는 ‘장-뇌 축(Gut-Brain Axis)’ 이론이 주목받고 있다. 하지만 기존의 실험 모델은 장과 뇌 사이의 복잡한 상호작용과 그 사이를 잇는 혈관 시스템을 충분히 구현하지 못해 실제 질병이 발생하는 과정을 정밀하게 관찰하는 데 한계가 있었다. 조한상 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 미세한 관으로 장, 혈관, 뇌 구획을 연결한 3차원 플랫폼을 구축했다. 이 시스템은 인간의 장 상피 세포, 미세혈관 구조, 그리고 신경세포와 성상세포가 포함된 뇌 조직을 통합하여 실제 인체의 순환 시스템을 모사했다.

안중호 교수팀, 난임 극복 위한 ‘환자 맞춤형 자궁내막 칩’ 세계 최초 개발
2026-01-06
안중호 교수팀, 난임 극복 위한 ‘환자 맞춤형 자궁내막 칩’ 세계 최초 개발 - 환자의 자궁 세포를 3차원 칩 위에 정밀 재구성... 착상 가능성 정량적 예측 성공 - 맞춤형 치료제 선정 및 효과 모니터링 가능해져... 난임 치료의 새로운 지평 열어 생명물리학과 안중호 교수 연구팀이 차의과학대학교 강윤정 교수 연구팀과 공동으로, 환자의 자궁 조직을 칩 위에서 정밀하게 재현해 난임을 진단하고 맞춤형 치료법을 제시하는 ‘환자유래 자궁내막-온-어-칩(EoC)’ 플랫폼을 세계 최초로 개발했다. 이번 연구는 그동안 예측이 어려웠던 난임 및 반복착상실패 환자들에게 개인별 맞춤형 치료의 길을 열어주었다는 점에서 학계의 큰 주목을 받고 있다. 자궁내막은 수정된 배아가 자리를 잡고 건강하게 자라나는 공간으로, 특정 시기(착상 창)에 배아를 받아들일 준비가 된 최적의 상태가 되어야 한다. 이를 ‘자궁내막 수용성’이라 하는데, 기존의 진단 방식은 자궁내막의 두께를 확인하거나 혈류를 측정하는 등 제한된 정보에만 의존해왔다. 이 때문에 환자마다 각기 다른 신체적 특성을 정확히 반영하기 어렵고, 실제 착상 가능성을 예측하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 환자에게서 얻은 세포를 3차원으로 쌓아 올려 실제 자궁내막과 유사한 환경을 가진 미세 칩을 제작했다. 이 칩은 환자의 자궁 내부 환경을 정밀하게 모방하여 배아가 얼마나 잘 붙을 수 있는지를 점수화(ERS2)하는 시스템을 갖추고 있다. 이를 통해 의료진은 환자가 현재 임신에 적합한 상태인지, 혹은 어떤 부분의 보완이 필요한지를 정량적인 수치로 한눈에 확인할 수 있게 되었다. 특히 이번에 개발된 플랫폼은 단순한 진단을 넘어, 환자에게 가장 잘 맞는 치료제를 찾아내는 ‘맞춤형 치료 예측’까지 가능하다는 점에서 혁신적이다. 연구팀은 플랫폼을 활용해 다양한 치료 약물의 반응을 비교한 결과, 자궁유착 환자에게 특정 약물(CXCL12)이 혈관 생성과 수용성 회복에 가장 효과적임을 밝혀냈다. 또한 실제 환자의 치료 과정을 칩 위에서 추적한 결과, 치료 전후의 착상 성공 점수가 크게 상승하는 것을 확인하며 시스템의 실효성을 입증했다. 안중호 교수는 “이번 연구는 환자의 실제 조직을 칩 위에서 정밀하게 재현함으로써 개인별 착상 가능성을 보다 정확하게 예측할 수 있는 길을 열었다는 데 의미가 있다”며 “첨단 장기 칩 기술을 연구실에만 머물게 하지 않고 실제 임상 현장에서 환자 치료에 직접 활용할 수 있는 모델로 구현한 첫 사례로, 난임 치료의 성공률을 높이는 데 기여할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구 성과는 세계적인 과학 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 15.7)’에 지난 11월 25일 게재되었으며, 한국연구재단과 보건복지부의 연구지원사업을 통해 수행되었다. ※ 논문명: Microengineered patient-derived endometrium-on-a-chip for the evaluation of endometrial receptivity and personalised translational medicine ※ 학술지: Nature communications ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65406-7

박별리 교수팀, 염색 없이도 암 진단 가능한 AI 기반 고처리량 가상염색 기술 개발
2025-11-24
박별리 교수팀, 염색 없이도 암 진단 가능한 AI 기반 고처리량 가상염색 기술 개발 - H&E 염색 과정을 AI가 대체… 빠르고 저렴한 차세대 디지털 병리 기술 제시 생명물리학과 박별리 교수 연구팀이 삼성서울병원 김형경 교수 연구팀과 함께, 조직을 실제로 염색하지 않아도 병리 진단에 필요한 H&E(hematoxylin & eosin) 등가 이미지를 자동 생성하고 암을 분류할 수 있는 고처리량 AI 가상염색 기술을 개발했다. 병리 진단에서 가장 기본이 되는 H&E 염색은 세포의 핵과 조직 구조를 선명하게 보여주는 표준 절차로, 투명한 조직을 관찰 가능한 상태로 만들어준다. 그러나 H&E 염색은 화학 처리와 숙련된 인력이 필요하며, 슬라이드 한 장을 준비하는 데 20~30분이 소요되는 등 시간·비용·작업 부담이 크다. 또한 여러 인접 절편을 반복 제작해야 해 대규모 임상 워크플로우에 효율적으로 적용하기 어렵다는 한계도 있었다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 최대 100장의 슬라이드를 동시에 스캔할 수 있는 고해상도 디지털 슬라이드 스캐너와 NEGCUT 딥러닝 모델을 결합한 플랫폼을 구축했다. 이 플랫폼은 염색되지 않은 명시야 영상에서 진단 수준의 가상 H&E 영상을 자동 생성해, 실제 염색 없이도 병리 분석이 가능한 ‘비(非)염색 디지털 병리학’을 실현했다. AI가 생성한 가상염색 이미지는 해부학적 구조와 색 재현성에서 기존 CycleGAN·CUT·E-CUT 모델보다 우수한 성능을 보였다. 또한 무염색 영상과 가상 H&E 영상을 함께 활용하는 이중 브랜치 ResNet 기반 암 분류 모델에서는 95.9%의 진단 정확도를 기록하며 실제 H&E 기반 진단과 유사한 수준의 성능을 입증했다. 병리 전문의 3명이 참여한 블라인드 평가에서도 “실제 H&E와 구별하기 어렵다”는 판정이 나왔다. 해당 기술은 림프절·뇌·간·갑상선·뼈 등 다양한 조직에서 안정적으로 작동했으며, 화학 염색 생략을 통해 비용과 시간을 절감하고, 조직을 손상시키지 않아 IHC 및 분자 분석 등 추가 연구에도 원본 샘플을 그대로 활용할 수 있다는 점에서 높은 활용 가능성을 지닌다. 박별리 교수는 “이번 연구는 기존 가상염색 기술이 지녔던 저속 처리의 한계를 넘어, 병원에서 실제 사용하는 대량 디지털 스캔 환경에도 적용 가능한 자동화 기술을 구현했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 병리 진단 과정의 속도와 효율을 크게 높일 수 있을 것”이라고 말했다. 김형경 교수는 “가상염색 이미지가 실제 염색 이미지와 비슷한 수준의 품질을 보여 임상 적용 가능성을 크게 앞당긴 중요한 성과”라고 평가했다. 이 연구는 한국연구재단 뇌과학선도융합기술개발사업, 글로벌융합연구지원사업, 우수신진연구자지원사업, BK21FOUR 프로젝트의 지원으로 수행되었으며, 국제학술지 Medical Image Analysis에 2025년 11월 5일 게재가 확정되었다. ※ 논문명: Deep learning based label-free virtual staining and classification of human tissues using digital slide scanner ※ 학술지: Medical Image Analysis ※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.media.2025.103865

성균관대 김인기 교수 연구팀, 단일 메타렌즈로 ‘3-in-1’ 메타 현미경 시스템 개발
2025-11-19
명시야·엣지강조·광시야 이미징…편광 전환만으로 자유롭게 구현 차세대 초소형 바이오 이미징·광 컴퓨팅 활용 기대 높아져 성균관대학교는 생명물리학과 김인기 교수 연구팀이 단일 평면 메타렌즈로 세 가지 이미징 모드를 구현하는 다기능 메타 현미경 시스템을 개발했다고 18일 밝혔다. 이번 연구는 기존 현미경 대비 구조를 획기적으로 단순화하면서도 고성능 다중 이미징을 가능하게 하는 차세대 광학 플랫폼 기술로 주목받고 있다. 연구팀이 개발한 메타렌즈는 입사광의 편광 상태 변화만으로 명시야, 엣지 강조, 광시야 이미징을 각각 구현할 수 있는 편광 감응형 위상 구조를 갖춘 것이 특징이다. 우원편광에서는 명시야 모드, 좌원편광에서는 엣지강조 모드, 선편광에서는 광시야 모드가 동작하며 별도의 기계적 구동 장치나 복잡한 광학계 없이도 순간적인 모드 전환이 가능하다. 이는 하나의 개구부 내에서 공간 및 편광 다중화 방식을 적용해 서로 다른 위상 기능을 결합한 핵심 설계 덕분이다. 직경 100 μm의 초소형 평면 구조임에도 불구하고 해당 메타렌즈는 세 가지 이미징 모드 모두에서 3.91 μm의 해상도, 최대 개구수(NA) 0.8, ±40° 광시야각 등 대물렌즈 수준의 광학 성능을 동시에 충족한다. 이는 단일 메타표면 소자만으로도 기존 고급 현미경 시스템의 역할을 대체할 수 있음을 보여주는 중요한 성과다. 또한 모드별 기능적 차별성도 분명하다. 명시야 모드에서는 세포의 구조와 형태를 선명하게 관찰할 수 있으며, 엣지강조 모드에서는 세포 경계·핵·막 손상 등 미세 구조가 두드러지게 표현된다. 광시야 모드의 경우 ±40°의 넓은 시야각과 이중 초점 기능을 활용해 조직 절편이나 대면적 샘플 분석에 적합한 이미징 환경을 제공한다. 김인기 교수는 “이번 메타 현미경 시스템은 단일 평면 메타렌즈만으로 다양한 고해상도 이미징 기능을 구현한 혁신적 사례”라며 “초소형·경량·저전력 장점을 바탕으로 모바일 헬스케어, POC(현장진단), 내시경, 랩온어칩 등 다양한 미래 의료·바이오 플랫폼에 적용될 잠재력이 크다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 응용 물리 분야 세계적 학술지 『Advanced Functional Materials』에 11월 12일자로 게재되었으며, 삼성미래기술육성사업, STEAM 글로벌융합연구지원사업, 세종과학펠로우십의 지원을 받아 수행됐다.

생명물리학과 김인기 교수 · 박별리 교수, 박종찬 교수 메타렌즈 기반 뇌 오가노이드 3차원 영상화 기술 개발
2025-09-29
생명물리학과 김인기, 박별리, 박종찬 교수 연구팀은 파킨슨병 연구에 활용할 수 있는 메타렌즈 기반 3차원 대면적 광음향 현미경(photoacoustic microscopy) 기술을 개발했다. 광음향 이미징 기술은 빛과 초음파를 결합한 하이브리드 시스템으로, 펄스 레이저를 생체 조직에 조사해 빛을 흡수한 분자가 열팽창을 통해 생성하는 초음파 신호를 검출하는 영상 기법이다. 빛은 생체 조직 내에서 산란이 크기 때문에 깊은 부위의 이미징이 제한되지만, 초음파는 생체 조직에서 감쇠가 적어 더 깊은 부위까지 도달할 수 있다. 이러한 하이브리드 특성은 광음향 이미징이 광학적 해상도와 초음파의 깊이 투과 능력을 동시에 제공할 수 있도록 한다. 광음향 기술은 이러한 장점덕에 별도의 표지 없이 멜라닌, 혈액, 혈중 산소포화도와 같은 생체 분자 정보를 정밀히 시각화하며, 종양 구조 및 기능 분석, 대사 과정 평가 등 다양한 생의학적 응용 분야에서 활발히 연구되고 있다. 하지만 기존 광음향 현미경은 빛의 초점에서 벗어날수록 신호 강도와 해상도가 감소하는 한계를 지닌다. 이는 일반적인 광학 렌즈로는 초점심도(depth of focus)를 확장하면서 해상도를 유지하기 어렵기 때문이다. 이러한 이유로 광음향 현미경을 통해 스캐닝이 없이 고심도 3차원 영상을 구현하는 것은 매우 어려운 문제로 여겨졌다. 뿐만 아니라 최근 신약 개발 단계에서 필수적인 동물 실험을 대체할 수 있는 기술로 각광을 받고 있는 미니 인공 장기인 오가노이드와 같은 두꺼운 형태의 3차원 바이오 샘플을 광음향 현미경으로 영상화 하는 것 또한 극히 제한 되어왔다. 이를 해결하기 위해 본 연구팀은 빛의 위상 제어를 통해 자유롭게 조절 가능한 메타렌즈를 활용하여 새로운 형태의 광학 렌즈 설계 기술을 개발했다. 초점거리가 다른 렌즈들의 위상지도(phase map)를 단일 렌즈로 결합함으로써, 해상도를 일정하게 유지하면서도 초점심도를 크게 확장한, 마치 빛이 바늘 형태로 회절하지 않고 직진하는 니들빔(needle beam) 생성 메타렌즈를 설계하고, 이산화 티타늄(TiO2) 기반으로 이를 제작하였다(그림 1). 제작된 니들빔 메타렌즈는 회절한계(diffraction limit) 해상도를 유지하면서도 기존 광학 렌즈에 비해 초점심도가 13.5배 이상 길어지는 성능을 구현하였다. 이러한 특성은 기존의 단순 렌즈 설계로는 구현이 어려우며, 본 연구에서 제안한 메타렌즈의 혁신적인 설계 접근법이 이를 가능하게 하였다. 본 연구팀은 퇴행성 뇌질한 중 하나인 파킨슨병의 병리학적 기전 연구를 위해 설계된 메타렌즈를 광음향 현미경에 결합해 니들빔 메타렌즈 기반 광음향 현미경을 개발하였다. 뉴로멜라닌은 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환에서 손상되는 주요 분자로, 중요한 바이오마커(biomarker)로 활용된다. 그러나 기존 광학 이미징 기술은 뇌 오가노이드와 같은 광학적으로 불투명한 3차원 조직을 투과하여 내부에 분포하는 뉴로멜라닌의 정량적 분포를 분석하는 데 한계가 있었다. 본 연구팀은 니들빔 메타렌즈 기반 광음향 현미경을 이용해 살아있는 뇌 오가노이드에서 뉴로멜라닌의 3차원 분포를 높은 해상도로 시각화하는데 성공하였다(그림 2). 전뇌(forebrain) 및 중뇌(midbrain) 오가노이드에서 뉴로멜라닌의 분포 차이를 비롯해, 중뇌 오가노이드의 배양 일수에 따른 멜라닌 분포 변화도 실험적으로 확인되었다. 파킨슨병과 같은 퇴행성 뇌질환은 나이가 들수록 발병 확률이 증가하기 때문에, 이러한 결과는 본 연구팀의 기술이 파킨슨병의 병리학적 기전 연구뿐만 아니라 신약 개발 및 약물 반응성 평가에 활용될 가능성을 제시한다. 김인기 교수는 “메타렌즈 광음향 현미경 기술은 뇌 오가노이드에 국한되지 않고, 다양한 유형의 오가노이드를 실시간으로 관찰하는 데도 적용 가능하다”며 “이를 통해 본 기술은 다양한 질병 모델에서 병리학적 메커니즘 연구 및 약물 효능 형가 등 광범위한 생의학적 응용 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다. 본 연구 결과는 세계적인 국제학술지인 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 게재되었다. 본 연구는 한국연구재단 STEAM 글로벌융합연구, 뇌과학 선도융합기술개발사업, 세종과학펠로우십 및 신진연구자지원사업 등을 통하여 수행되었다. ※ 논문명: Axially multifocal metalens for 3D volumetric photoacoustic imaging of neuromelanin in live brain organoid ※ 학술지: Science Advances (IF: 12.5) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1126/sciadv.adr0654

성균관대 김인기 교수 연구팀, 메타렌즈 기반 초고해상도 이미지 스캐닝 현미경 개발
2025-10-15
생명물리학과 김인기 교수 연구팀, 메타렌즈 기반 초고해상도 이미지 스캐닝 현미경 개발 - 줄기세포로 만든 ‘뇌 오가노이드’ 내 신경세포 미세구조 시각화, 기존 대비 해상도 약 2배 향상 - 차세대 뇌과학·광학 시스템 혁신 기대 생명물리학과 김인기 교수 연구팀이 다중초점 메타렌즈를 이용한 초고해상도(super-resolution) 이미지 스캐닝 현미경(MMISM, Multifocal Metalens-based Image Scanning Microscopy) 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 기술은 줄기세포로 만든 미니 장기인 ‘뇌 오가노이드(brain organoid)’와 같은 복잡한 3차원 생체 조직 내부를 기존보다 약 2배 이상 높은 해상도로 관찰할 수 있는 혁신적인 광학 시스템으로, 차세대 뇌과학 및 신경세포 연구에 새로운 가능성을 제시한다. 김 교수 연구팀은 새로운 ‘하이브리드 다중화(hybrid multiplexing)’ 방식의 메타렌즈 설계 전략을 도입해, 기존 마이크로렌즈 배열이나 디지털 마이크로미러 장치(DMD) 기술이 가진 낮은 개구수(NA) 및 초점 간 간섭 문제를 극복했다. 이를 통해 1,600개의 초점을 정밀하게 배열한 고성능 메타렌즈 제작에 성공, 초고해상도 이미징의 한계를 돌파했다. 연구팀은 다중초점 메타렌즈에 디지털 핀홀링(digital pinholing) 기술을 결합해, 산란이 심한 두꺼운 생체 조직에서도 배경 신호를 효과적으로 제거하고 선명한 이미지를 얻을 수 있음을 실험적으로 입증했다. 특히 기존 광학 현미경으로는 분리되지 않던 뇌 오가노이드 내부의 세포 미세 구조를 명확히 관찰함으로써, 생체 내 신경망의 고해상도 관찰 기술 발전에 중요한 진전을 이뤘다. 또한 연구팀은 좌·우 원편광을 독립적으로 제어하는 편광 기반 하이브리드 다중화 기법을 제시해, 초점 간 간섭 없이 더 좁은 간격의 고밀도 초점 배열을 구현할 수 있음을 확인했다. 이는 메타렌즈의 집광 효율과 해상도를 동시에 향상시키는 새로운 접근법으로 평가된다. 김인기 교수는 “이번에 개발한 하이브리드 다중화 설계 전략은 단순히 다초점 메타렌즈 설계에 그치지 않고, 다양한 다기능 광학 소자에도 폭넓게 적용 가능한 기반 기술”이라며, “초박형 메타렌즈 하나로 여러 광학 기능을 통합함으로써 차세대 고성능 광학 카메라와 현미경 시스템 개발에 핵심적인 역할을 할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구 성과는 광학 분야 세계적 권위 학술지 『Light: Science & Applications』에 10월 13일자로 게재되었으며, 삼성미래기술육성사업, STEAM 글로벌융합연구지원사업, 뇌과학 선도융합기술개발사업 등의 지원을 받아 수행되었다. ※ 논문명: Image scanning microscopy based on multifocal metalens for sub-diffraction-limited imaging of brain organoids ※ 학술지: Light: Science & Applications (IF: 23.4) ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1038/s41377-025-01900-3

생명물리학과 박별리 교수 연구팀, ‘바늘’ 대신 빛과 초음파로 갑상선암 진단한다
2025-09-29
생명물리학과 박별리 교수 연구팀, ‘바늘’ 대신 빛과 초음파로 갑상선암 진단한다 - 빛과 초음파를 이용한 ‘똑똑한’갑상선암 진단법 개발 생명물리학과 박별리 교수 연구팀이 포항공과대학교 김철홍 교수 연구팀 및 카톨릭대 서울성모병원 임동준 교수 연구팀과 함께 광음향(Photoacoustic)을 기반으로 조직검사 없이 갑상선암을 더 정확하게 판별하는 새로운 영상 기술을 개발했다고 밝혔다. 일반적으로 갑상선암 진단은 초음파 검사를 먼저 시행한 뒤, 악성이 의심되는 결절(혹)에 발견되면 바늘을 이용해 조직을 채취하는 방식으로 진행된다. 그러나 초음파만으로는 양성과 악성을 구별하는 정확도가 낮아서 실제로는 암이 아닌 결절도 불필요하게 조직검사를 받는 경우가 많다. 그 결과 환자는 신체적·심리적 부담을, 의료진은 진단 정확성에 대한 고민을 떠안게 된다. 악성 결절은 대사 활동이 활발해 산소 포화도가 낮은데, 이 점에 착안해 레이저(빛)를 쬐었을 때 적혈구가 내는 미세한 초음파 신호로 혈액 산소포화도를 측정하고, 이를 통해 양성 또는 악성 여부를 판별하는 방식이다. 그러나 이 방법만으로는 갑상선암의 다양한 유형을 판별하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 갑상선 유두암 환자 45명, 여포성 종양 환자 32명, 양성 결절 환자 29명 등 총 106명의 데이터를 활용했다. 이들의 광초음파 영상에서 산소포화도, 분포의 비대칭도(왜도), 스펙트럼 기울기 등 다양한 매개변수를 추출하고, 이를 머신러닝(AI) 기법으로 분석해 새로운 진단 체계인 ‘ATA-Photoacoustic(ATAP)’ 점수를 고안했다. 연구 결과, 악성 결절을 찾아내는 민감도는 97%로 매우 높게 유지됐다. 동시에 양성 결절을 불필요한 검사 대상에서 제외하는 특이도는 38%로, 기존의 초음파 진단(17%)보다 두 배 이상 향상됐다. 이는 불필요한 검사를 줄여 환자의 부담을 줄이고, 의료비 절감 효과까지 기대할 수 있음을 보여준다. 생명물리학과 박별리 교수는 “후속 연구를 통해 기술의 완성도를 높이고 대규모 임상 검증을 이어가 실제 의료 현장에서 활용할 수 있는 의료기기로 발전시키겠다”라고 포부를 밝혔다. 이 연구는 교육부·한국교육재단 대학중점연구소사업, 과학기술정보통신부 재원으로 지원된 뇌과학선도융합기술개발사업, 글로벌융합연구지원 사업, 범부처전주기의료기기연구개발 사업, BK21FOUR 프로젝트 사업의 지원으로 수행되었으며 국제학술지 Science Advances에 2025년 8월 27일에 게재되었다. ※논문명: Smarter biopsy decisions in thyroid nodules via dual-modal photoacoustic and ultrasound imaging ※저널명: Science Advances ※논문링크: https://DOI: 10.1126/sciadv.ady6173

김인기 교수 연구팀, 알츠하이머병 뇌 오가노이드 바이오마커 검출 기술 개발
2025-09-23
김인기 교수 연구팀, 알츠하이머병 뇌 오가노이드 바이오마커 검출 기술 개발 - 성균관대 박종찬 교수, 하버드의대 Luke Lee 교수팀 공동 연구 - 라만분광법으로 뇌 오가노이드 발달 단계·알츠하이머병 유전형별 타우 변이체 동시 검출 기술 개발 - 지능형 오가노이드 배양 플랫폼 및 알츠하이머병 신약 스크리닝 시스템 개발에 기여 ▲(왼쪽 위부터) 김인기 교수, 박종찬 교수, 하버드 의대 Luke Lee 교수 (왼쪽 아래부터) 조용재 박사, 김영준 연구원, 강리안 연구원 생명물리학과 김인기 교수 연구팀은 박종찬 교수 연구팀 및 하버드의대 Luke Lee 교수 연구팀과 협력하여 유전자 변이된 뇌 오가노이드에서 검출된 바이오마커를 정량적으로 검출하고 (그림 1), 알츠하이머의 유전적 위험도를 측정할 수 있는 나노플라즈모닉 바이오칩을 개발했다고 밝혔다.(그림 2, 3) ▲ 그림1. 알츠하이머병 오가노이드 표면증강라만분광 센싱 (SERS) 개념 ▲ 그림2. 알츠하이머병 오가노이드 표면증강라만분광 센싱 (SERS) 측정실험 개요 ▲ 그림3. 알츠하이머병 타겟 유전자 탐색 및 APOE 유전자 조작된 오가노이드 기반 바이오마커 검출 실험 개요 개발된 나노플라즈모닉 바이오칩은 빛을 나노미터 수준의 미세 공간에 강하게 집속시켜 표면증강 라만분광법(SERS) 광학 센싱 방식을 통해 펨토몰 수준의 극미량 바이오마커를 정밀하게 측정할 수 있는 기술로서 최근 퇴행성 뇌질환 진단 핵심 도구로 주목받고 있다. 김인기 교수 연구팀은 인간 유도만능줄기세포(iPSC) 유래 뇌 오가노이드와 면역결합 표면증강 라만분광법(SERS) 기술을 활용해, 알츠하이머병의 핵심 바이오마커인 타우 단백질의 분비 동역학을 비침습·무표지 방식으로 모니터링하는 플랫폼을 개발했다. SERS 신호의 차원축소법을 적용하여 발생 초기부터 성숙 유지 단계까지 네 가지의 서로 다른 분화 시기를 구분했으며, APOE 유전형별 타우 분비량을 비교함으로써 APOE–타우 축의 연관성을 실험적으로 보여주었다.(그림 4) ▲ 그림4. 알츠하이머병 오가노이드에서 바이오마커 검출 및 유전자형에 따른 분류 특히, 이 기술은 비싸고 시간이 오래 걸리는 기존의 뇌질환 바이오마커 분석에 비해 값싸고, 빠르게 바이오마커를 검출할 수 있어 활용도가 높을 것으로 기대된다. 김인기 교수는 “본 오가노이드 및 SERS기반 플랫폼은 실제 알츠하이머 진단 및 다른 질병 바이오마커 검출 기술에서 핵심적인 역할을 할 수 있을 것 뿐만 아니라 오가노이드의 실시간 상태를 확인할 수 있는 지능형 오가노이드 배양 플랫폼 기술에 사용될 수 있을 것”이라고 설명했다. 본 연구 결과는 세계적인 국제학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 2025년 9월 18일 호에 속표지 커버(inside front cover) 논문으로 게재되었다. 본 연구는 한국연구재단 세종과학펠로우십, 뇌과학 선도융합기술개발사업, STEAM글로벌융합연구지원사업 등을 통하여 수행되었다. ※ 논문명: Monitoring the Dynamics of Alzheimer’s Disease Biomarkers and the APOE–Tau Axis via Human Cerebral Organoids with Immuno-SERS ※ 학술지: Advanced Science ※ 논문 링크: https://doi.org/10.1002/advs.202505660

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