project #1 | 1. blood vessels & angiogenesis

Angiogenesis is the growth of microvessel sprouts from pre-existing vessels, which has an essential role in development, reproduction, and repair, but also occurs in tumour formation and in a variety of desease. The representative clinical application of angiogenesis is anti-angiogenic therapies for cancer growth and metastasis. In our lab, we study the mimic 3D angiogenesis formation in microfluidic channel by incorporating hydrogel scaffold. Our study could contribute to test anti-angiogenic drugs to fight against cancer growht and metastasis.

혈관신생은 기존에 존재하는 혈관으로 부터 새로운 미세혈관이 가지를 뻗어 형성되는 것을 의미하며, 발달, 생식, 상처 회복등에 꼭 필요한 과정입니다. 하지만 신생혈관의 조절이 정상적이지 않게 되면, 여러가지 질병이 발생하게 됩니다. 특히, 암은 성장을 위해 영양분과 산소 흡수를 모세혈관을 계속적으로 유도하고 암의 전이를 위하여 신생혈관형성은 필수적입니다. 우리 연구실에서는 미세유체시스템에 콜라젠과 같은 하이드로젤을 도입하여 신생혈관을 3차원으로 유도하였으며, 이것은 항암전이 신약 테스트에 기여 할 수 있습니다.

investigators : Sewoon Han, Yoojin Shin, Hyo-Eun Jeong

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project #1 | 2. cancer metastasis

Cancer metastasis has been known as the major cause of death from cancer. It is a multicellular, complex and three-dimensional process that involves growth, angiogenesis, mesenchymal epithelial transition (EMT), invasion, migration, intravasation and extravasation. Especially, it has been a big challenge to inhibit the initial step of cancer metastasis to finally prevent the process over all. In our lab, we have developed a novel microfluidic platform representing not only ECM-depennt cell invasion and plasticity, but also the role of cancer heterogeneity. Our study could contribute to development of anti-cancer and anti- metastasis drugs.

암의 전이는 암으로 인한 사망의 주요 원인으로 암의 전이를 막는 것은 매우 중요합니다. 암의 전이란, 암세포가 처음 발생한 부위에서 림프관이나 혈관을 따라 다른 장기로 이동하여 다시 증식하는 현상으로, 혈관신생, 침투, 혈관 내 침입, 순환 및 이동, 혈관 벽 부착 및 혈관 밖 유출 등의 과정을 거치게 됩니다. 우리 연구실에서는 암이 주변 조직으로 침투하는 과정에서 일어나는 현상 (세포외 기질 의존성, 유연성 등) 및 암의 이질성 등 암전이 특성을 평가할 수 있는 시스템을 개발함으로써 나아가서는 항암전이 신약 테스트에 기여 할 것입니다.

investigators : Yoojin Shin, Ji-Hee Won, Hyunhoo Kim

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project #1 | 4. nasal mucosa modeling

The objective of our research was to construct in-vitro nasal mucosa using 3D microfluidic chip. Now, we chose and co-cultured human primary nasal epithelial cell(hNEC) and human microvascular endothelial cell(hMVEC) with extracellular matrix(ECM). And, we used an airway culture method for modeling more in-vivo like 3D nasal mucosa.

3차원 마이크로칩을 이용하여 in-vitro 환경에서 코 점막을 모사하고 있습니다. 점막의 구성 요소 중 상피세포, 혈관세포를 ECM환경에서 공동배양하며, 실제 콧속 환경과 같이 공기 중 배양을 이용하여 보다 in-vivo에 가까운 3차원 점막모델을 만들어, 축농증과 같은 다양한 관련 질환을 모사할 예정이다.

project #2 | 3. NI driven microflow

Capillary force is a widely accepted method for driving flow in a microchannel. To maintain stable driving force, nanointerstice(NI) is a promising method for developing diagnostic platforms. NI is produced naturally at both sides of mircochannel in the bonding process. In addition, passive controlling of NI-driven microflow improves immune reaction through adjusting flow rate at the reaction region.

모세관력은 미세관에서 유체 흐름을 유도하는 방법으로 널리 쓰이고 있습니다. 안정적인 구동력 유지를 위해, NI는 매우 유용하게 사용될 수 있습니다. NI는 미세관을 형성하는 과정에서 자연스럽게 미세관 양쪽에 생성됩니다. 또한, NI 구조의 물리적 화학적 변화를 통해, 진단칩 반응부에서의 유체 흐름을 조절 할 수 있게 됩니다. 이를 통해, 충분한 반응 시간을 확보하고 더 발전된 진단 칩 개발이 가능합니다.

investigators : Junghyo Yoon, Eundoo Lee, Youngkyu Cho

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project #2 | 4. bacteria + biofilm

Bacteria biofilm is a structured microbial community attached surface and consisting of an aggregate of bacterial cells and extracellular polymeric substrate (EPS), which are less susceptible to external hostile environments and antimicrobial agents. This shield could cause several clinical challenges like symptomatic inflammation and antibiotic resistance. In our lab, we study the effects of hydrodynamic condition on the biofilm development through microfluidic approach.

박테리아 바이오필름은 박테리아 세포들과 세포외 물질등이 구성하는 작은 미생물 군집입니다. 박테리아 세포들이 바이오 필름을 형성하게 되면, 여러 항생제나 외부의 불리환 환경에 견디며 살아갈 수 있게 됩니다. 이러한 보호를 통해 바이오 필름은 의학적 문제들을 야기합니다. 우리 연구실에서는 유체의 흐름이 박테리아 바이오 필름에 미치는 영향을 미세유체 역학적으로 접근하여 연구하고 있습니다

investigators : Junghyun Kim

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project #3 | 1. brain & neural stem cells

In our body, the brain is an important organ that controls vital activities while handling both internal and external stimulations. Nevertheless, the brain is very weak to external impact and degenerative diseases form aging. Recently, many research results were published from many groups to overcome these problems. In our lab, we mimic brain tissue structure in microfluidics device within 3-dimensional structure by using neuron and neural stem cell.

체내에서 뇌는 여러 가지 외부, 내부 자극을 처리하며 생명활동을 조절하는 중요한 장기입니다. 하지만 외부의 강한 자극으로 인한 손상, 노화에 다른 퇴행성 질환에 대해 굉장히 취약하며 최근 이를 극복하고자 하는 연구가 활발히 진행 중 입니다. 우리 실험실에서는 뉴런과 뇌조직에서 유래된 신경줄기세포를 이용하여 3D환경에서 각 세포들의 연구와 함께 여러 세포들을 이용한 뇌조직의 모사를 연구하고 있습니다.

Theme 1: myelination

Myelin is one of the unique tissues in brain, which determines nerve conduction velocity. Many malfunctions arise when either external strong impact or neural diseases like multiple sclerosis damage myelin structure. In our lab, we mimic this tissue structure in vitro using microfluidics device that embeds 3-dimensional scaffold. Using this model, we will make neurological damage models and test many drugs.

신경세포의 구조중 하나인 미엘린은 신경의 전달 속도에 큰 영향을 미치는 구조입니다. 미엘린은 외부의 큰 충격이나 다발성 경화증과 같은 신경질환에 의해 손상이 발생했을 때 여러 문제를 일으키게 됩니다. 이러한 미엘린구조를 신경세포와 함께 삼차원 구조체가 포함된 microfluidics device에서의 구현을 통해 신경손상 모델, 여러 약물의 테스트 등에 이용할 수 있습니다.

Theme 2: Brain blood barrier (BBB)

Brain blood barrier (BBB) is an important tissue in drug transport to brain tissue. It is composed of blood endothelial cell, astrocyte and neuron. Since BBB has strong cell-cell interface, it is hard for any diffusion into brain tissue to happen. In our lab, we are using neuron and neural stem cells to build BBB tissue in microfluidics device and investigate drug permeability and cells interaction.

뇌의 특수한 혈관구조인 brain blood barrier(BBB)는 뇌 조직으로의 약물전달에 있어서 중요한 단서가 되는 조직구조 입니다. 혈관 내부세포, 성상세포, 신경세포 등으로 구성된 BBB는 혈관내부 세포와 세포 사이의 강한 연결구조를 가지고 있어 약물이 통과하기 어려운 구조입니다. In vitro 환경에서 안정화된 BBB구조를 구현하고 이를 이용해 뇌 조직의 약물이나 여러 화학 물질 등의 투과성 등의 연구에 이용 할 수 있습니다.

investigators : Hyo-Eun Jeong, Yoojin Shin, Sewoon Han

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project #3 | 2. extracellular matrix, proteins & scaffolds

As three dimensional construction consisted of various proteins, extracellular matrix have a special role in cell morphology. Among the research of cell morphological dependency due to these proteins has received attention, researchers concentrate to build a various functional tissue construct. In this laboratory, we don’t use biopolymer and biodegradable polymers to build a functionalized tissue construct, but collagen, Matrigel, and HA, real in-vivo materials. Also, nano-structure such as bacteriophage are applied to make these functionalized tissue construct.

세포 외 기질은 여러 가지 단백질로 구성된 삼차원 구조물로 세포가 살아가는 공간으로 각각의 단백질은 세포에 특정한 반응을 유도하며, 이를 이용한 세포 형태학 연구가 주목을 받고 있는 가운데 조직공학 분야에서 다양한 기능을 가진 조직을 구성하기 위한 연구가 집중되고 있습니다. 본 연구실에서는 과거 이를 구성하기 위해 사용되던 biopolymer와 biodegradable polymer와는 다른 in vivo ECM과 동일한 collagen, Matrigel, HA ECM 등을 이용하여 나노 구조를 가진 bacteriophage를 결합하는 등의 세포 외 기질 합성 및 반응 연구를 활발히 진행하고 있습니다.

investigators : Junghyo Yoon, Jaehoon Kim, Hyo Eun Jeong, Jee Won Suh

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project #3 | 3 beads, fibers and spheroids

While various approches for the mimicking human body, two method are mainly used. One is top-down approach, the study starts from a human body to a cell, and the other is bottom-up approach, the study starts from a cell to human body. And in the bottom-up approach, to jump from a tens of micro level of research scale to a hundreds, beads, fibers, and spheroid are widely used. As a core technology, it has received attention to mimick tissues and organs in-vitro from academic world and industry. In this laboratory, researches about collagen beads, alginate fibers, and cancer spheroid are actively in progress.

인체를 모사하기 위한 다양한 조직 공학적 접근이 이루어지는 가운데 조직에서 시작하여 세포로 접근하는 top-down approach와 세포로 시작하여 조직으로 접근하는 bottom-up approach로 그 연구 방향이 크게 나뉘고 있습니다. 그리고 bottom-up approach의 연구 현장에는 지금 수십마이크로 수준으로 머무는 일반 2차원 평면 배양 연구에서 수백마이크로 수준의 3차원 연구로 한단계 도약하기 위하여 비드, 파이버, 스페로이드가 사용되기 시작합니다. 그리고 이를 만드는 기술은 차후 밀리미터 스케일로 올라가 장차 하나의 기관과 장기를 체외에서 만들기 위한 핵심 기술으로써 많은 주목을 받고 있습니다. 본 연구실에서는 이와 관련된 콜라겐비드와 파이버, 켄서 스페로이드에 관한 연구를 활발히 진행하고 있습니다.

investigators : Junghyo Yoon, Jaehoon Kim, Sewoon Han, Kyu-Hwan Na

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