각막 내부도 꿰뚫어보는 광학현미경 기술 개발, 질병 조기진단 길 터
각막 내부도 꿰뚫어보는 광학현미경 기술 개발, 질병 조기진단 길 터
암세포의 약 80%는 피부나 장기 표면 안쪽 1mm 이상 깊은 곳에 생긴다. 세포핵 변화로 발생한 암세포의 크기는 초창기 수 마이크로미터(100만분의 1미터)에 불과해 기존 광학 영상 기법으로 식별하기 어렵다.
개별 세포를 광학현미경으로 관찰할 수 있는 기술이 있다면 질병 조기 진단 시기를 획기적으로 앞당길 수 있다. 그러기 위해선 인체 조직 내부로 들어간 빛의 난반사로 인한 왜곡 문제를 해결하고 인접한 2개의 피사체를 별개로 구분할 수 있는 최소 거리인 ‘분해능’이 필요하다.
수차는 생체 조직을 들여다볼 때 자주 생긴다. 생체 조직 내에서는 광학 렌즈의 빛의 진행 각도 변화가 극심하기 때문이다. 연구진은 빛을 세포에 여러 각도로 입사시켜 반사돼 나오는 빛으로 이미지를 기록하고 다방면에서의 입사각과 반사각을 측정했다. 반사각과 입사각의 차이를 모아 분석해 이를 보정하기 위한 수식을 만들어냈다. 도출한 수식으로 반사각의 각도별 수차를 보정, 왜곡이 심한 이미지까지 고해상도로 출력하는 데 성공했다.
수차를 줄이게 되면 기존에 선명하게 보지 못했던 생체 조직을 개별 세포 수준에서 관찰할 수 있다. 연구진은 포스텍 김기현 교수 연구진, 서울아산병원 김명준 교수 연구진과 공동 연구로 CLASS 기술의 성능을 입증했다. 토끼 각막 속 약 0.5mm 깊이에 존재하는 곰팡이균의 구조를 0.6마이크로미터 분해능으로 영상화하는 데 성공했다. 수 마이크로미터 크기의 세포핵 내부를 관찰하기에 충분한 성능이다.
CLSS 기술은 인체에 바로 적용할 수 있으며 내시경에도 탑재할 수 있다. 기존에는 수차로 인해 영상화가 어려웠던 뇌 조직이나 안구 조직 등에 적용이 가능할 전망이다.
최원식 부연구단장은 “이번 연구로 광학 현미경을 질병 조기 진단에 이용하는 데 필수적으로 극복해야 하는 생체 조직 내부 이미지 왜곡 문제를 해결했다”고 말했다. 연구결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.
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