서울대학교(총장 오세정) 의과대학 장성호 교수 연구팀이 SC(sodium cholate)라는 담즙 유래 계면활성제를 이용한 초고속 조직 투명화 기술 ‘SCARF’를 개발했다. 

SCARF는 상당히 빠른 투명화 능력을 보여주었으며, 쥐의 뇌 절편이나 태아를 단 10분만에 완전하게 투명화 시켰다. 뇌 조직의 손상이 없었으며, 형광 단백질의 보존도 뛰어났다.

또한 다양한 장기 조직, 나아가 인체 뇌조직의 투명화에도 월등하게 적용됨을 증명하였다. SCARF는 조직투명화 이후 3차원 조직의 면역항체염색도 용이하게 만들어, 차후 임상의 조직진단에 대한 적용 가능성을 제시하기도 했다.

사람의 뇌, 장기 같은 조직들이 불투명하게 보이는 것은 빛이 조직 내부에서 산란되어 투과를 못하기 때문이다. 그래서 빛의 투과를 방해하는 지질을 조직에서 제거하게 되면 조직이 투명하게 보이게 되는데 조직에서 지질을 제거하고 투명화 시킨 뒤 조직의 내부 구조를 3차원적으로 관측할 수 있게 하는 것이 ‘조직 투명화’ 기술이다. 

이 기술은 뇌 속의 구조 연구 뿐만 아니라 임상에서의 질병 조기진단을 위한 3차원 진단검사를 가능하게 해주는 획기적인 기술로 각광을 받고 있다.

하지만 지금까지 개발된 조직 투명화 기술들은 SDS (sodium deoxy sulfate)라는 계면활성제에서 벗어나지 못하고 있었다. SDS는 상당히 큰 입자를 만들기 때문에 조직내부로 침투가 어렵고, 더구나 추출된 지질을 둘러싼 SDS입자는 조직 외부로 방출되기 어려워, 투명화 기술 발전의 가장 큰 해결 난제였다. 

▲ SCARF 개요 및 시스템 (사진출처=서울대학교)

이에 장성호 교수 연구팀은 SC(sodium cholate)라는 담즙 유래 계면활성제가 조직 투명화에 적합함을 발견했다. SC는 SDS보다 훨씬 작은 입자를 형성하여 조직에 깊게 들어갈 수 있으며, 지질 제거 능력이 탁월함을 확인했다.  

SC를 조직 투명화 기술에 사용하면 침전물이 형성되고 조직이 갈색으로 변하는 상당히 심각한 문제가 있었으나 연구진은 이온 전도성 막(Ion-conductive film)과 최적화된 버퍼조건을 확립함으로서 이러한 문제를 해결했다. 

연구팀은 새로운 조직 투명화 기술을 ‘SCARF’라고 명명하였고, 다양한 실험을 통하여 SCARF가 획기적인 차세대 조직 투명화 기술임을 증명하였다. 

개발된 SCARF의 가장 큰 장점은 투명화 속도와 효율성이다. 뇌조직 절편의 경우, 단 10 분만에 투명화 되는데 이 속도는 기존 투명화 방법 (1~2일) 보다 약 200배 더 빠른 속도이다. 이러한 SCARF의 초고속 투명화는 신속한 진행이 필요한 조직 진단에 알맞으며, SCARF의 응용은 3차원 조직 진단의 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.  

앞으로, SCARF를 통해 다양한 질환 병변의 3차원 조직학적 이해를 연구하고 나아가 질환 원인에 대한 발견을 통해 치료법 개발에도 큰 공헌을 할 것이라 예상된다. 또한 SCARF의 초고속 투명화 및 조직 온정성은 뇌의 구조적 연결성을 시각화한 ‘뇌 지도’ 제작에도 큰 발돋움이 될 것이다. 

글. 김효정 기자 needhj@naver.com | 사진 및 자료출처 = 서울대학교