[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진에 의해 염색 등 전처리 과정 없이 생체와 유사한 상태의 세포를 관찰하며 실시간으로 내부 물질의 양적변화도 측정할 수 있는 분석기술이 개발됐다. 향후 질환에 대한 이해와 치료제 개발 등 관련 분야 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

한국기초과학지원연구원(KBSI) 광주센터 이성수 박사 연구팀과 중앙대학교 시스템생명공학과 박경순 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반 3차원 홀로그래피 기술로 특정 세포를 인식하고 세포의 굴절률을 측정해 세포 내 특정물질의 양을 분석할 수 있는 기술을 개발했다.

[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = (상단 오른쪽부터)박상우 KBSI박사후연구원, 안재원 중앙대 박사과정 대학원생, 조영주 KAIST 학부생. (하단 오른쪽부터)이성수 KBSI 책임연구원, 박경순 중앙대 교수. [제공=KBSI] 2020.02.26 swiss2pac@newspim.com

기술의 적용사례로써 거품세포(Foam Cell)의 분화 과정에 따른 지질방울(Lipid droplet)의 변화를 정량적으로 분석했다. 새로 개발된 분석기술은 3D 홀로그래피 현미경 장비를 활용했다.

거품세포는 동맥 내에 있는 대식세포(침입한 세균 등을 포식하는 면역세포의 일종으로 혈관 내 지방성 침전물을 제거하는 역할도 함)내에 과도하게 지방이 쌓이면 거품세포로 분화하게 되는데, 이렇게 만들어진 거품세포는 혈관 내에서 만성염증을 유발하는 등 동맥경화의 원인이 된다.

세포 내 물질을 정량적으로 분석하는 기존 방법은 세포 내에 침투하는 염색약을 이용하는 것으로, 화학물질인 염색약이 세포에 미치는 각종 영향과 유해성이 분석의 정확성을 떨어뜨릴 수 있다는 이슈가 지속적으로 제기돼 왔다.

공동연구팀이 개발한 인공지능(AI) 기반 3차원 홀로그래피 기술을 응용하면 별도의 전처리 과정 없이 살아있는 세포 내부 물질을 정량화 할 수 있어, 생체 내에서와 유사한 상태의 세포를 분석하게 되므로 보다 정확한 정보를 얻을 수 있다.

홀로그래피는 분석시료에서 빛의 진폭, 위상(phase), 간섭 등의 정보를 취합하여 컴퓨터 연산을 통해 영상으로 빛의 분포를 재구성·재현해내는 기술이다.

이성수 KBSI 박사 연구팀은 이번에 개발한 분석기술을 활용해, 인공지능으로 세포를 식별하고 24시간 동안 관찰함으로써, 단일 세포 수준에서 대식세포(Macrophage)와 거품세포의 빛에 대한 굴절률, 부피, 세포 내 지질방울 개수 등을 분석했다.

특히, 대식세포가 과도하게 쌓인 지방에 의해 거품세포로 분화하는 과정을 3D 홀로그래피 현미경으로 관찰하며, 대식세포 내 지질방울(Lipid droplet)의 양적 변화를 분석했다.

박경순 중앙대 교수팀은 거품세포에 특이적으로 결합하여 세포 내에 직접 작용하는 표적 나노약물을 개발했다. 이 약물은 거품세포에 작용해 콜레스테롤을 세포 밖으로 배출시키는 역할을 함으로써 지질방울이 과다하게 축적되지 못하게 한다.

이번 공동연구는 나노분야 국제학술지 'ACS Nano'를 통해 2월 25일 발행됐다. 

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