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이기홍 교수, 미국 Emory University 연수기

  • 작성자운영자
  • 작성일2021/03/08 17:02
  • 조회603

 

그림 1. Emory University Biological pacemaker team

2019년 7월부터 약 1년2개월간 미국 Atlanta Emory University에서 Biological pacemaker에 대해 연구를 하고 귀국하였습니다. Hee Cheol Cho 교수의 지도 하에 Biological pacing에 대하여 세포 실험, 소동물 실험, 대동물 실험을 무사히 마칠 수 있었습니다. Emory University와 Georgia Tech이 위치한 Atlanta는 CNN본사와 코카콜라 본사가 위치한 곳이고, 미국 남북전쟁 당시에 남부군의 근거지이기도 했답니다. 그래서 남북전쟁의 역사적 유적이 많이 남아있고, 특히 Stone mountain에는 남부군을 대표하는 3명의 장군 조각상이 거대하게 조각되어 있어, 2020년 이슈가 되었던 ‘Black lives matter’ 시위대의 시위 근거지가 되기도 했습니다. 원래 계획은 2021년 2월까지 연수를 지속할 예정이었으나, 뜻하지 않은 Covid-19 사태로 인하여 2020년 3월부터 대학의 모든 시설이 shut-down되고, 자택대기령이 발령되면서 집 밖에도 나가지 못하는 안타까운 사태가 발생하였습니다. 다행이도 2020년 3월까지 Emory University 실험실과 T9 animal facility에서 진행하였던 동물 실험은 완료가 되어, Covid-19로 재택근무 기간 동안 기존 실험 data analysis와 article을 위한 manuscript work을 진행하였습니다.

그림 2. Emory University 전경

제가 속해 있던 분과는 Department of Biomedical Engineering이었고, Emory University와 Georgia Tech 모두에 속해 있던 분과로서 Emory University에서는 Cardiology, Pediatrics 교수님들과 임상적인 측면에서 approaching하는 discussion을 진행하였고, Georgia Tech에서는 biological pacemaker의 mechanism측면에서 discussion하였습니다. 연수 시작과 동시에 개시했던 project가 rat neonatal cardiomyocyte와 fibroblast를 추출한 다음, conventional method인 Tbx18 conjugated adenovirus와 new technology (Georgia Tech)인 Tbx18-mRNA를 이용하여 biological pacing의 efficacy와 duration을 비교 분석하는 실험이었습니다. 이 실험은 같은 연구실 대학원생인 David Wolfson과 함께 진행하였습니다. 동시에 진행한 소동물 실험은 Rat에서 acupuncture needle을 통한 완전방실차단을 생성한 후 좌심실 apex에 Tbx18 mRNA를 injection하고, Telemetry에서 biological pacing이 얼마나 잘되고, 언제까지 유지되는지, fatal한 arrhythmia가 발생하지는 않는지 연구를 진행하였고, 이상의 결과를 종합해서 현재 Nature biomedical engineering에 submission하였고, 현재 revision을 수행하고 있습니다.

그림 3. Emory Univesity pig study team. Cath lab, T3 laboratory, Atlanta, GA, US

대동물 실험은 Emory University내에 대동물 실험실이 없어 Georgia Tech 근처의 animal study 전문 기관인 T9 facility에서 진행하였습니다. 대동물 실험 역시 mRNA를 이용한 biological pacing이 얼마나 잘 되고 안전한지 평가하기 위한 실험이었고, 돼지를 이용하였습니다. 기존에 TBX18 gene을 delivery하기 위해 사용되었던 adenovirus는 immune reaction, tumor formation 등 여러가지 문제점이 제기되어 이를 극복하기 위한 방법을 강구하였고, Georgia Tech에 근무하는 Jared Beyersdorf 교수의 도움으로 mRNA를 개발, 생산하였고, 이를 돼지의 방실결절 부위에 injection 하였습니다. Injection을 하기 전 돼지에서 완전방실 차단 모형을 만들기 위해 부정맥 시술에 사용하는 전극도자를 이용하여 방실결절을 고주파를 이용하여 파괴하였습니다. 이 부분은 미국 Georgia state의 부정맥 대가인 Dr.Janathan Langberg의 도움으로 진행하였습니다. 완전방실차단이 생성된 돼지에서 Telemetry를 이식하여 약 한달간 심전도를 monitoring하였고, 기본 심박수를 유지하기 위하여 인공심박동기를 이식하였습니다. 한 달 동안 시행했던 Telemetry에서 Tbx18 mRNA를 찔러주었던 돼지의 심박수가 현저히 높음이 분석되었고, 부정맥 발생 위험은 없는 것으로 분석되었습니다. 또한 biological pacer를 injection했던 돼지에서 autonomic function이 유지됨을 세계최초로 밝혀냄으로서, 논문의 가치가 더욱 상승하리라 기대됩니다.

그림 4. (A) Average and mixmum heart rate according to TBX18 and GFP mRNA injection. (B) Corleation between heart rate and total activity and systolic blood pressure. (A) TBX18 mRNA injeciton group had significantly higher Average (p<0.001) and maximum heart rate (p<0.001) than GFP mRNA injection group. (B) Heart rate was corelated with total activity (TA; R=0.67, p<0.001) and systolic blood pressure (SBP; R=0.68, p<0.001)

돼지 실험을 위해 집에서 새벽 5시에 나서서 어스름한 불빛에서 일을 시작했던 기억이 아직도 생생합니다. Covid-19 기간동안 data 분석을 끝냈고, 동시에 Rat 실험에서 안전성 평가를 동시에 진행하여 이에 대한 연구 결과를 Journal of American College of Cardiology에 submission 하였습니다.  

 

짧지도 길지도 않은 연수 기간동안 미국이라는 나라의 문화와 생활상을 접할 수 있는 귀한 시간이었고, 무엇보다 가족과 함께 하는 시간이 많아서 가족간의 사랑을 더욱 키울 수 있는 더없이 소중한 시간이었습니다.  이런 소중한 시간을 허락해 주시고 지원해 주신 많은 교수님들께 감사드리며 연수에서 얻은 소중한 경험을 바탕으로 연구, 진료, 봉사에 더욱 최선을 다하겠습니다.

그림 5. Arrival at Pig study facility T3 lab before sunrise

 

 

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