살아있는 세포, 염색없이 본다…실시간 이미징 기술 개발

[광주=뉴시스]이창우 기자 = 살아있는 세포를 별도의 염색 과정 없이 실시간으로 관찰할 수 있는 나노광학 이미징 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 전기전자컴퓨터공학과 정현호 교수와 한국과학기술원(KAIST) 전기·전자공학부 송영민 교수 공동연구팀이 세포 내부 구조와 움직임을 손상 없이 실시간으로 분석할 수 있는 플라즈모닉 메타표면 기반 무염색 이미징 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

세포는 대부분 투명해 일반 광학현미경만으로는 내부 구조를 구분하기 어렵다.

형광물질을 이용한 염색 기법이 널리 사용해 왔지만 복잡한 전처리 과정이 필요하고 관찰 과정에서 세포 손상이나 형광 신호 감소가 발생할 수 있다는 한계가 있었다.

연구팀은 여러 개의 금 나노입자가 결합한 '올리고머 구조'를 적용한 플라즈모닉 메타표면을 개발해 빛을 감지하는 영역을 기존보다 확장했다.

이를 통해 기존 기술로는 확인이 어려웠던 세포막 너머의 내부 소기관까지 관찰할 수 있게 됐다.

또 세포 내부 구조의 광학적 특성 차이를 색 변화로 구현해 별도의 염색 없이도 세포 상태를 직관적으로 파악하고 정량적으로 분석할 수 있도록 했다.

연구팀은 동물 세포인 COS-7 세포를 대상으로 기술을 검증한 결과 형광 염색 이미지와 유사한 수준으로 세포 내부 구조를 확인했으며 밀리초(ms) 단위의 고속 촬영을 통해 살아있는 세포 내부 소기관의 움직임을 실시간으로 시각화하는 데도 성공했다.

연구진은 이번 기술이 병리 진단과 신약 개발, 세포 대사 연구 등 다양한 생명과학·의생명 분야에 활용될 것으로 기대하고 있다.

정 교수는 "복잡한 염색 과정을 크게 줄이면서도 살아있는 세포의 동적 정보를 얻을 수 있어 다양한 바이오 연구 분야에 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

송 교수는 "향후 머신러닝 기반 자동 분석 기술과 결합하면 고속·고정밀 세포 이미징은 물론 정밀의학 기술로도 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 스몰(Small) 온라인에 지난달 24일 게재됐다.


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