뇌 20배 팽창시켜 초미세구조 관찰하는 기술 개발

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. 


글. 황현정 기자 guswjd7522@naver.com 
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