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Brain 발달 원리 규명 위한 3차원 진단기술 개발

자동화된 생체조직 투명화 장비 설계

[산업일보]
그동안 뇌 속의 세부 구조와 신경망을 밝히는 해부학적 연구는 뇌 조직을 매우 얇게 박편으로 잘라 신경세포 연결망을 하나하나 파악한 뒤에 그 정보들을 다시 종합해 뇌 세포와 분자 분포의 전체 그림을 그리는 방식으로 주로 이루어져 왔다. 조직 투명화 기법중 하나인 ‘CLARITY’기법은 뇌 조직에 손상을 가하지 않으면서 그 안의 신경세포 연결망을 거시적으로 또는 분자 수준에서 투명하게 관찰할 수 있는 새로운 길을 제시했다.


Brain 발달 원리 규명 위한 3차원 진단기술 개발

생체조직 투명화 기술(CLARITY,CUBIC,iDISCO 등)은 뇌세포와 여러 분자들의 3차원 분포를 관찰 가능하게 하므로, 뇌지도 작성 및 뇌질환 연구에 기여할 수 있는 획기적 기술로 평가된다. 기존에 발표된 생체조직 투명화 기술은 뇌(생쥐)를 투명화 해 단백질 분포를 확인하기까지 수 개월의 오랜 시간이 소요되는 만큼, 연구에 활용하거나 임상 진단 기술로 발전시키기에는 문제점이 있었다.

2013년 재미 한국인 과학자인 정광훈 박사(현 MIT 교수)가 개발한 연구기술인 ‘CLARITY’ 생체조직 투명화 기술을 기반으로 하되, ▲조직-폴리머 형성 방법을 최적화 해 기존 기술보다 투명화 효율을 크게 증대시켰으며 ▲이에 더해 자동화된 생체조직 투명화 장비를 독창적으로 설계해 고효율 생체조직 투명화 장비를 세계 최초로 개발했다.

투명화 이후에도 단단한 생체조직의 경우 항체가 내부 깊숙이 침투하지 못하는 문제가 있어, 효과적인 면역염색 방법의 개발이 필요했다. 면역염색 시 양압 또는 음압을 생체조직에 가하는 것이 효과적으로 항체를 조직 내 깊숙이 침투하게 만들 수 있음을 발견해, 이를 생체조직 투명화 기술과 접목했다.

기존에 알려진 조직투명화 기술들보다 더 빠르고 안정적으로 투명화를 진행하며 투명화 시료의 제약이 크지 않다는 장점이 있어 다양한 연구 분야에 적용 가능하다.

미래창조과학부(장관 최양희)는 국내 연구진이 뇌발달 지도 구축을 위한 핵심원천기술인“초고속 생체조직 투명화 및 3차원 조직면역염색기술(ACT-PRESTO)”을 개발, 확립했다고 밝혔다.

고려대학교 선웅 교수 연구팀은 2015년부터 미래창조과학부 지원으로 “뇌발달 장애 진단 및 조절기술 개발” 연구를 수행중이며 생체조직 투명화 및 면역염색 고속화 기술인‘ACT-PRESTO’개발 결과는 뇌과학분야 학술지 Scientific Reports지(온라인판 1월 11일자)에 게재됐다.

기존 생체조직투명화기술은 생체조직을 투명화하는 속도가 매우 느리고 생체조직 내 항체침투력이 매우 낮아 3차원적 구조 관찰에 한계가 있었으나, ACT-PRESTO는 기존 기술보다 30배 빠른 속도로 생체조직을 투명화하고, 극대화된 항체침투력으로 3차원 조직관찰이 가능하게 됐다.

뇌를 비롯한 모든 생체조직을 단순히 관찰하기 위한 방법으로만 사용되는 것이 아니라, 현재 임상에서 통용되는 2차원적 병리학적 진단으로부터 3차원 병리진단으로의 새로운 패러다임의 변화를 주도할 것으로 기대된다.

선웅 교수는 “이번 연구로 향후 뇌지도 작성의 필수 핵심기술을 확보했으며, 새로운 진단지표발굴을 통한 혁신적 3차원 진단법 개발 기반을 마련하게 됐다”고 연구 의의를 밝혔다.
김현지 기자 press1@kidd.co.kr

반갑습니다. 산업1부 김현지 기자입니다. 산업 관련 빅데이터(Big Data), 3D프린터, 스마트기계, 기계학습(Machine Learning), 인공지능(AI), 웨어러블 기기, 가상현실(VR) 분야 등과 함께, ‘산업인 24시’, ‘동영상 뉴스’, ‘동영상 인터뷰’ 를 통해 여러분을 찾아뵙겠습니다.

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