韓성균관대·美MIT 공동연구
뇌 조직을 20배에서 최대 50배 이상 팽창시켜 투명하게 뇌와 장기를 20nm(나노미터, 1nm=10억분의 1m) 해상도로 관찰이 가능해졌다는 연구결과가 나왔다.
이번 기술은 성균관대학교 성균융합원 글로벌바이오메디컬공학과의 장재범 교수 연구팀이 매사추세츠 공과대학(MIT) 에드 보이든 교수 연구팀과 공동 연구로 개발한 것이다.
연구팀은 이 기술을 이용하면 일반 광학 현미경의 해상도를 10배 이상 향상시켜 20nm 해상도를 얻을 수 있다고 밝혔다. 또한, 20배 팽창 후에는 뇌와 장기가 투명해져 일반 현미경으로도 조직의 깊숙한 안쪽을 초고해상도로 관찰할 수 있게 된다.
▲ 쥐 뇌의 작은 조각(세로 길이 0.17cm)을 20배 팽창시킨 후 모습. 팽창 후 세로 길이는 3.4cm이다. <사진 제공= 성균관대학교 장재범 교수 연구팀>
MIT 에든 보이든 교수 연구팀은 지난 2015년에 흡수젤을 이용하여 뇌를 4.5배 팽창시킬 수 있는 기술을 개발했다. 흡수젤은 물속에 넣으면 물을 흡수하면서 그 부피만큼 팽창하게 된다. 이 성질로 인해 흡수젤은 그동안 아기 기저귀를 만드는 데 사용되어 왔다.
장 교수 연구팀은 이 기술을 획기적으로 개선하여 뇌와 다양한 장기를 50배까지 팽창시켰다. 이 기술을 이용해 뇌 신경세포들이 어떤 시냅스를 통해 삼차원으로 연결되어 있는지 매우 자세하게 관찰할 수 있다.
이 기법은 뇌뿐만 아니라 현미경을 사용하는 모든 생물학 및 의학분야에 널리 사용될 수 있다. 최근 암 조직이 서로 다른 돌연변이를 가진 세포들의 복합체라는 사실이 알려지면서 암 조직을 초고해상도로 관찰하고자 하는 시도가 있었다.
연구팀은 이번 기술이 암을 연구하고 환자에게서 떼어낸 암 조직을 분자수준으로 이해하여 정확한 치료법을 결정하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대했다.
장 교수는 "이번 성과는 최근 많은 사람이 고통받는 뇌질환의 원인을 이해하고, 그 치료법을 개발하는 데 유용하게 쓰일수 있을 것"이라며 "뇌 연구뿐 아니라 암, 줄기세포, 신약개발 연구 등 다양한 분야에 쓰일 수 있을 것"이라고 전망했다.
그는 "앞으로 이 기술로 개개인의 장기를 초고해상도로 관찰하여 대량의 데이터를 얻고 이를 인공지능(AI)으로 분석하는 연구를 하고싶다"고 밝혔다.
이번 연구결과 논문은 18일 네이쳐 메소드(Nature Methods)지 온라인 판에 게재 되었으며 장재범 교수가 1저자로 참여했다.