DGIST(대구경북과학기술원, 총장 국양) 로봇및기계전자공학과 문인규 교수팀은 심장근육세포들의 홀로그래피 영상을 실시간으로 추적 및 분석해 단일세포 단위로 심장박동과 같은 운동성 특성을 정량적으로 분석할 수 있는 시스템을 개발했다고 3일(화) 밝혔다. 환자 개개인이 다양한 약물에 어떻게 반응하는지에 대한 세밀한 분석이 가능해져, 향후 환자 맞춤형 신약 개발의 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
광학 현미경은 근육조직이나 세포 등 미세한 물체를 볼 수 있어 생물학 및 의학에서 매우 중요하게 쓰이는 기술 중 하나이다. 이미지 형성 원리에 따라 수백년 전부터 현재까지 발전을 거듭해왔다. 현재 가장 주를 이루는 현미경은 일정한 파장의 빛을 쪼아 형광 신호로 생체조직 등을 추적하는 ‘형광 현미경’이다. 그러나, ‘현광 현미경’ 기술로는 심장근육세포의 3차원구조나 운동성 특성, 질량 등 다양한 상태 변화 정보를 실시간으로 분석하는 데에 기술적인 한계가 존재한다.
이로 인해 DGIST 문인규 교수팀이 홀로그래피 기반 심장근육세포 운동성 분석 기술을 개발한 바가 있다. 이 기술은 심장근육세포의 3차원 구조를 실시간으로 관찰할 수 있으나, 수십개의 심장근육세포들에 대한 평균값 측정으로 운동성 관련 특성 정보를 제공하기 때문에 더 세밀한 이질적 특성을 분석하지 못하는 어려움이 존재한다.
이러한 한계를 극복하기 위해 문인규 교수팀은 홀로그래피로 획득한 심장근육세포 3차원구조 영상을 이용해 심장근육세포들의 움직임을 단일세포 단위로 실시간 추적하는 기술 개발에 성공했다. 개발한 기술을 활용할 경우, 심장근육세포의 3차원 구조 분석 알고리즘 적용을 통해 약물이 투여된 심장근육세포가 약물에 반응하는 실시간 상태를 단일세포 단위로 보다 더 세밀하게 정량적 분석이 가능하다.
▲ DGIST 로봇및기계전자공학과 문인규 교수(왼쪽 가운데) 및 연구진
로봇및기계전자공학과 문인규 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 약물이 투여된 심장근육세포가 약물에 반응하고 변화하는 모습을 수십 개의 세포 레벨로 분석할 수 있을 뿐만 아니라 단일세포 단위로도 정량적 측정이 가능한 원천기술”이라며 “환자의 심장근육세포 상태를 보다 세밀하게 확인하고 필요한 약물의 위험성을 사전에 시험해볼 수 있어 향후 환자 맞춤형 약물 개발에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했다.
한편, 본 연구결과는 한국연구재단 글로벌연구사업의 지원을 받아 수행되었으며, 국제학술지 ‘Biosensors and Bioelectronics’에 1월 1일자로 게재됐다.
