광회절 단층촬영 기술로 ‘세포 전처리 따른 세포 내부 변화 정량화’ 성공

세포 소기관의 물리 화학적 특성 변화를 비침습적으로 정밀 분석해

기존 현미경으로 세포 내부의 고유 특성을 분석하려면 형광 염색 등의 과정을 거치게 되는데, 최근 이러한 세포 외부의 침습적인 조작이 세포 소기관에 어떠한 영향을 미치는 지에 대해 정량적으로 분석한 연구 결과가 발표됐다.

울산의대 서울아산병원은 융합의학과 백찬기·김준기 교수팀이 광회절 단층촬영(Optical Diffraction Tomography) 기술을 활용해 세포 내외부의 화학 및 유전학적 변화에 따른 세포 소기관들의 미세 환경 변화를 분석했다고 21일 밝혔다.

분석 결과에 따르면 다양한 세포 전처리 과정 이른바 세포 고정, 온도 변화, 형광 염색, 유전자 조작, 특정 소기관 형광 지표 등을 시행한 경우 세포의 본질적인 특성이 손상될 수 있는 것으로 분석됐다.

특히 세포를 고정하거나 온도가 높아짐에 따라 세포 소기관들의 굴절률 값이 전반적으로 감소했고, 세포핵과 달리 세포질과 소기관 등의 세포 내부 구성 요소들이 상당 부분 소실됨이 관찰됐다. 

또한, 형광 염색을 위한 세포 고정과 특정 녹색형광단백질(GFP) 유전자 발현은 세포 밀도를 뚜렷하게 변화시키는 것으로 나타났으며, 특정 소기관 형광 지표의 경우 전처리를 하지 않은 세포와 비교해 비침습적인 관찰 방법으로 활용 가능한 것으로 파악됐다.

김준기 울산의대 서울아산병원 융합의학과 교수는 “이번 연구를 통해 세포 내 변화를 최소화하는 방법을 확인할 수 있었으며, 세포의 고유한 특성을 분석하는 새로운 접근법을 제시할 수 있었다”라고 말했다.

이어 “비표지 ODT 기술을 활용하면 세포 관찰을 계획하고 수행할 때 더 정확한 측정과 의미 있는 결과를 얻을 수 있다”라며 “이 기술은 기초 생물학적 세포 연구에만 국한되는 것이 아니라 질병의 진단이나 면역세포 및 암세포 관찰 등 다양한 세포 분석 분야의 기반이 될 것으로 기대된다”라고 덧붙였다.

한편, 이번 연구는 보건복지부 보건의료기술 연구개발사업과 과학기술정보통신부 및 교육부 지원사업으로 진행됐으며, 연구 결과는 분석화학 분야 권위지 ‘애널리티컬 케미스트리(Analytical Chemistry, 피인용지수 7.4)’ 최신호에 게재됨은 물론, 연구에서 사용된 헬라(HeLa) 세포 소기관 3차원 영상이 표지로 선정됐다.