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UNIST 바이오메디컬공학과 박정훈 교수팀은 빛을 비추는 깊이를 구역별로 조절해 여러 세포 구조를 한 화면에서 동시에 관찰할 수 있는 '가변형 전반사 형광현미경(Tunable TIRF)' 기술을 개발했다. UNIST 제공
혈관을 이루는 세포나 일부 암세포는 세포 밖 돌기를 안테나처럼 뻗어 주변을 탐색하고 이동한다. 이 돌기의 움직임과 세포 안에서 필요한 물질을 나르는 작은 주머니를 동시에 한 화면에서 관찰할 수 있는 현미경 기술이 개발됐다. 암의 전이나 혈관재생의 비밀을 푸는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
UNIST 바이오메디컬공학과 박정훈 교수팀은 같은 화면에서도 구역마다 빛을 비추는 깊이를 다르게 조절해 여러 세포 구조를 동시에 관찰할 수 있는 '가변형 전반사 형광현미경(Tunable TIRF)' 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
혈관 내피세포나 암세포는 필로포디아(filopodia)와 같은 돌기를 뻗어 주변 환경을 탐색하고, 주변 구조물과 상호작용하거나 부착하는 데 활용할 수 있다. 이러한 돌기의 형성과 성장에는 세포골격의 재구성과 함께 소포를 통한 물질 수송이 관여한다. 소포는 세포막 구성 성분이나 단백질 등을 세포 내에서 운반하는 막으로 둘러싸인 작은 구조체다.
개발한 현미경 기술을 이용하면 돌기가 움직일 때 소포가 어디로 이동하는지 함께 살펴볼 수 있다. 형광 표지자를 달아놓은 세포를 유리 바닥 위에 놓고 아래에서 빛을 비춰, 표지자에서 나오는 빛으로 세포 구조와 움직임을 관찰하는 방식이다. 구역마다 빛을 비추는 깊이가 다른 조명을 동시에 적용할 수 있어, 기존 기술들과 달리 바닥 가까운 소포와 위로 들린 돌기를 한 화면에서 동시에 선명하게 볼 수 있다.
제1저자인 정윤돈 연구원은 "137~558나노미터(nm) 두께의 얇은 층을 비추는 빛과 세포 전체 높이까지 비추는 빛을 한 화면의 서로 다른 구역에 동시에 적용할 수 있어 같은 노출시간을 기준으로 두 깊이를 번갈아 촬영할 때보다 두 배, 세 깊이를 번갈아 촬영할 때보다 세 배 빠르게 기록할 수 있다"고 설명했다.
연구팀은 일반 형광현미경의 조명 경로에 '디지털 미세거울 소자(DMD)'와 '공간 필터'를 추가해 이 기술을 개발했다. DMD는 수백만 개의 아주 작은 거울들이 바둑판식으로 배열돼 있는데, 각 거울의 각도를 조절하면 렌즈 쪽에서 봤을 때 소자 표면에 어둡고 밝은 줄무늬가 생긴다. 이 줄무늬의 간격이 좁으면 빛이 더 큰 각도로 들어가 바닥 부근만 얕게 비추고 간격이 넓으면 더 작은 각도로 들어가 세포 안쪽까지 깊이 비출 수 있다. 공간 필터는 미세거울 소자에서 반사돼 나오는 빛 가운데 필요한 방향의 빛만 통과시키는 역할이다.
DMD의 줄무늬 패턴을 초당 1,440회 바꿀 수 있어 영상 품질도 높일 수 있다.
박정훈 교수는 "관찰 대상 전체에 하나의 조명 방식만 쓸 수 있다는 현미경의 오랜 전제를 새로운 개념의 설계로 뒤바꾼 연구"라며 "상처 회복이나 암 전이 과정에서 일어나는 세포 이동과 세포막 수송, 세균 감염 등 여러 깊이에서 동시에 일어나는 생명현상을 이해하고 관련 치료제를 연구하는 데 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다.
김미영기자 lalala4090@
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