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[IT뉴스]살아있는 세포 안팎 동시에 촬영하는 현미경 기술

온카뱅크관리자

2026-10-25 10:37:26

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 <img alt="살아 있는 세포의 소기관과 세포 표면의 돌기를 동시에 촬영할 수 있는 현미경 기술이 개발됐다. UNIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/dongascience/20261025103159369fbxk.png" data-org-width="680" dmcf-mid="Y7nlGgu5Mf" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/dongascience/20261025103159369fbxk.png" width="658">
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 살아 있는 세포의 소기관과 세포 표면의 돌기를 동시에 촬영할 수 있는 현미경 기술이 개발됐다. UNIST 제공
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 살아 있는 세포의 소기관과 세포 표면의 작은 돌기를 동시에 관찰할 수 있는 현미경 기술이 개발됐다. 암의 전이나 혈관 재생을 연구하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 
 울산과학기술원(UNIST)은 박정훈 바이오메디컬공학과 교수팀이 같은 화면에서도 구역마다 빛을 비추는 깊이를 다르게 조절해 여러 세포 구조를 동시에 관찰할 수 있는 '가변형 전반사 형광현미경(Tunable TIRF)' 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 연구결과는 9월 22일 국제학술지 '레이저 앤 포토닉스 리뷰'에 게재됐다. 
 형광현미경은 세포 속 단백질이나 구조에 '형광 표지자'를 붙이고 빛을 비췄을 때 표지자에서 나오는 빛으로 단백질과 구조의 위치와 움직임을 관찰하는 장치다. 형광현미경을 이용하면 살아 있는 세포에서 일어나는 변화도 실시간으로 관찰할 수 있어 생명 현상을 연구하는 데 널리 쓰인다.
 세포는 대부분 투명하기 때문에 형광현미경으로 관찰하면 초점이 맞은 지점뿐만 아니라 세포 전체에서 나온 형광이 함께 카메라에 들어온다. 
 형광현미경으로 세포를 관찰할 때 앞뒤에서 발한 빛이 방해가 되지 않도록 원하는 깊이의 구조만 골라 보는 '깊이 선택적 이미징'이 주로 적용됐다. 세포의 특정 깊이에 해당하는 '얇은 한 층'만 관찰하는 방식이다.
 깊이 선택적 이미징은 한 번에 한 깊이의 구조만 관찰할 수 있다는 한계가 있다. 연구팀은 서로 다른 깊이의 구조를 한 번에 보기 위해 구역마다 빛을 비추는 깊이가 다른 조명을 동시에 적용하는 기술을 개발했다. 
 연구팀은 형광현미경의 조명 앞에 '디지털 미세거울 소자(DMD)'와 '공간 필터'를 추가했다. DMD에는 수백만 개의 아주 작은 거울이 바둑판식으로 배열돼 있다. 각 거울의 각도를 조절하면 렌즈 쪽에서 봤을 때 소자 표면에 어둡고 밝은 줄무늬가 생긴다. 
 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 반사되어 나오는 빛 가운데 필요한 방향의 빛만 통과시키는 역할을 한다. DMD와 공간 필터를 이용하면 세포 속 원하는 깊이의 기관에 빛을 집중시킬 수 있다. 
 연구팀은 형광 표지자를 달아 놓은 세포를 유리 바닥 위에 놓고 가변형 전반사 형광현미경 기술을 이용해 빛을 비춰 세포 속 형광 표지자에서 방출되는 빛으로 세포 구조를 관찰했다. 기존 기술과 달리 바닥 가까운 곳에 있는 세포소기관과 세포 위에 있는 작은 돌기를 한 화면에서 동시에 선명하게 보는 데 성공했다.  
 연구팀은 실제 이 기술로 사람 탯줄 정맥에서 유래한 혈관 내피세포(HUVEC)를 살아 있는 상태로 관찰했다. 가장자리에는 세포 전체 높이를 비추는 빛을 비추고 중심부에는 바닥 부근만 비추는 얕은 빛을 쪼여 가장자리 세포막이 일렁이는 모습과 바닥 가까운 소포의 이동을 한 영상에 담았다. 
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 <img alt="자궁경부암 세포의 돌기 움직임과 소포 이동을 한 화면에서 동시에 촬영한 결과. UNIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/dongascience/20261025103200740kogd.png" data-org-width="579" dmcf-mid="GS0MLurNdV" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/dongascience/20261025103200740kogd.png" width="658">
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 자궁경부암 세포의 돌기 움직임과 소포 이동을 한 화면에서 동시에 촬영한 결과. UNIST 제공
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 또 자궁경부암 세포(HeLa)의 돌기가 흔들리는 모습과 세포막 근처 소포의 이동을 초당 20장으로 동시에 촬영했다. 소포는 세포 내부에서 물질을 담아 이동하는 작은 세포소기관이다. 
 정윤돈 연구원은 “137~558나노미터(nm, 10억분의 1미터) 두께의 얇은 층을 비추는 빛과 세포 전체 높이까지 비추는 빛을 한 화면의 서로 다른 구역에 동시에 적용할 수 있다"며 "서로 다른 깊이를 번갈아 촬영하는 기존 방식보다 두 깊이를 관찰할 때는 2배, 세 깊이를 관찰할 때는 3배 빠르게 촬영할 수 있다”고 설명했다.
 박 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 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1002/lpor.71952  
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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