3D 홀로그래피로 세포 본다

2020.02.26 12:11
이성수 한국기초과학지원연구원(KBSI) 책임연구원과 박경순 중앙대 교수, 조영주 미국 스탠퍼드대 석사과정생, 안재원 중앙대 박사과정생, 박상우 KBSI 박사후연구원(오른쪽 아래부터 시계방향으로) 연구팀은 세포 내부 물질량을 실시간으로 관찰하는 기술을 개발했다. KBSI 제공
이성수 한국기초과학지원연구원(KBSI) 책임연구원과 박경순 중앙대 교수, 조영주 미국 스탠퍼드대 석사과정생, 안재원 중앙대 박사과정생, 박상우 KBSI 박사후연구원(오른쪽 아래부터 시계방향으로) 연구팀은 세포 내부 물질량을 실시간으로 관찰하는 기술을 개발했다. KBSI 제공

염색과 같은 전처리 없이도 세포를 관찰하며 실시간으로 내부 물질의 양을 측정할 수 있는 분석기술이 개발됐다.

 

이성수 한국기초과학지원연구원 광주센터 책임연구원과 박경순 중앙대 시스템생명공학과 교수 공동연구팀은 3차원 홀로그래피 기술로 세포를 인식하고 굴절률을 측정해 세포 속 특정 물질의 양을 분석하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

 

세포의 특성을 이해하기 위해선 세포 속 물질의 양을 정확하게 측정하는 기술이 필요하다. 세포 속 물질을 정량적으로 분석하는 방법으론 세포에 염색약을 넣는 방법이 주로 쓰였다. 화학물질인 염색약이 세포에 영향을 미칠 수 있어 분석 정확성을 떨어트린다는 문제가 있었다.

 

연구팀은 인공지능(AI) 기반 3차원 홀로그래피 기술을 개발했다. 이 기술은 빛이 갖는 진폭과 위상, 간섭 정보를 모아 빛의 분포를 재구성하는 기술인 홀로그래피로 세포가 갖는 빛의 굴절률에서 세포 속 물질량을 측정한다. 빛을 쪼이는 것만으로 세포의 물질량을 알 수 있기 때문에 염색약을 넣는 전처리 과정이 필요없다는 장점이 있다.

 

연구팀은 이 기술을 활용해 대식세포가 과도하게 쌓인 지방에 의해 거품세포로 변하는 과정을 관찰했다. 대식세포는 몸속에 침입한 세균을 먹는 면역세포로 혈관 속 지방 침전물도 제거하는 역할을 한다. 하지만 지방이 과도하게 쌓이면 거품세포로 분화하게 되는데 이 거품세포가 혈관에서 만성염증을 일으켜 동맥경화를 유도하기도 한다.

 

빛의 굴절률을 통해 분석한 대식세포(왼쪽)과 거품세포의 모습이다. KBSI 제공
빛의 굴절률을 통해 분석한 대식세포(왼쪽)과 거품세포의 모습이다. KBSI 제공

연구팀은 대식세포와 거품세포의 굴절률과 부피, 세포 내 지질방울 개수 등을 분석했다. 여기서 얻은 정보를 토대로 거품세포에만 결합하는 표적 나노약물을 개발했다. 이 약물은 거품세포에 작용해 콜레스테롤을 세포 밖으로 배출하는 역할을 한다. 그 결과 세포 속에 지질방울이 축적되지 못하게 한다.

 

이 연구원은 “현대인의 과도한 지방섭취 식습관과 운동부족으로 과다 축적되는 지방이 야기하는 퇴행성 질환을 깊게 이해하고 신규 치료제 및 표적 나노약물 개발을 위한 새로운 전략을 세우는 데 연구가 도움될 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 이달 25일 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 나노’에 속표지 논문으로 발표됐다.

 

KBSI 제공
KBSI 제공

 

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