생체조직 내부까지 영상화, 암 등 질병 조기 진단 '성큼'

IBS, 최원식 분자 분광학 및 동력학 연구단 'CLASS 기술' 개발
a와 같이 빛이 입사하는 경우 각각의 입사각에 대한 b와 같은 행렬을 구하고 신호의 세기가 가장 커질 수 있게 각각의 각도에 대하여 위상(c)을 구해 이미지에 적용하면 d와 같이 된다. 이와는 반대로 빛이 e와 같이 입사한다고 가정해 행렬(f)을 구해 위상(g)를 구해 이미지를 보정하면 h가 된다. 이를 각각의 수차 맵이 수렴할 때까지 반복 시행하면 각각 i와 j같은 입사와 반사의 수차 맵을 얻는다. 수차 맵을 제르니케 다항식으로 전개하면 50차항의 성분까지 확인한다. 최종적으로 이 수차를 보정해 이미지를 만들면 l과 같은 수차가 보정된 왜곡되지 않은 시료의 구조를 영상화할 수 있다.<사진=IBS>a와 같이 빛이 입사하는 경우 각각의 입사각에 대한 b와 같은 행렬을 구하고 신호의 세기가 가장 커질 수 있게 각각의 각도에 대하여 위상(c)을 구해 이미지에 적용하면 d와 같이 된다. 이와는 반대로 빛이 e와 같이 입사한다고 가정해 행렬(f)을 구해 위상(g)를 구해 이미지를 보정하면 h가 된다. 이를 각각의 수차 맵이 수렴할 때까지 반복 시행하면 각각 i와 j같은 입사와 반사의 수차 맵을 얻는다. 수차 맵을 제르니케 다항식으로 전개하면 50차항의 성분까지 확인한다. 최종적으로 이 수차를 보정해 이미지를 만들면 l과 같은 수차가 보정된 왜곡되지 않은 시료의 구조를 영상화할 수 있다.<사진=IBS>

인체 암세포의 약 80%는 피부나 장기 외피의 1㎜ 이상 깊이에 생기는데 세포핵 변화로 발생한 초기 암세포는 수 마이크로미터(1㎛=100만분의 1m)로 기존 의료 영상기법으로는 식별이 어려운게 사실이다.

국내연구진이 광학현미경 시료에 생기는 수차를 보정해 생체조직 내부 물질을 영상화해 볼 수 있는 기술을 개발해 암 등 질병 조기 진단이 가능해질 전망이다.

IBS(기초과학연구원·원장 김두철)는 최원식 분자 분광학 및 동력학 연구단 부연구단장 연구진이 다중산란과 이미지 왜곡 현상을 보정하는 단일산란파 폐루프 축적(CLASS) 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

연구진은 이번 기술개발에 앞서 물체의 이미지 정보를 갖는 단일산란파만을 측정하고 배경 잡음인 다중산란파를 제거하는 단일산란 집단 축적 현미경을 제작한바 있다.

단일산란파는 생체조직 내에서 진행 각도에 따라 수차가 생기게 되는데 두꺼운 유리 뒤쪽 물체의 상이 뿌옇고 어둡게 보이는 이유로 생체 조직은 수차가 더욱 심하다.

수차 제거는 빛을 세포에 여러 각도로 입사시켜 반사돼 나오는 빛이 만드는 이미지를 기록하고 각도별 수차를 보정해 왜곡이 심한 이미지까지 고해상도로 출력하는 것이다.

연구진은 김기현 POSTECH 교수 연구팀, 김명준 서울아산병원 교수 연구팀과 공동으로 토끼 각막 속 약 0.5mm 깊이에 존재하는 곰팡이 균의 필라멘트 구조를 0.6㎛ 분해능으로 영상화하는데 성공하며 CLASS 기술을 입증했다.

CLASS 기술은 별도의 표지없이 인체에 바로 적용이 가능하다는게 연구진의 설명이다. 공초점 현미경이나 이광자 현미경(3차원 형광 현미경) 등 널리 이용되고 있는 이미징 기술에도 접목이 가능하다.

특히 수차로 영상화가 어려웠던 뇌 조직이나 안구 등에 적용가능할 것으로 보인다. 이번 연구진의 기술개발로 질병 조기 진단 시기를 앞당길 수 있게 됐다는 평가다.

연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 12.124)에 12월 18일 게재됐다.

최원식 부연구단장은 "이번 연구로 광학 현미경을 질병 조기 진단에 이용하기 위해 극복해야할 생체조직에 의한 이미지 왜곡 문제를 해결했다"고 연구의의를 설명했다.
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