생체 조직 모형의 이용한 CASS 현미경 성능 실험. <br><br>테스트 타겟 위에 다양한 두께의 생체 조직 모형 (산란 매질)을 놓은 뒤 획득한 영상. (a) 산란 매질 두께에 따른 시분해 영상. 매우 얇은 산란 매질 (160㎛ 두께)을 놓은 경우에도 제대로 된 영상을 획득할 수 없다. (b) 다양한 입사각을 통해 획득한 시분해 영상들의 세기를 더한 결과. 여러 장의 영상을 합친 결과, 단일 시분해 영상에 비해 좋은 영상을 획득할 수 있다. 하지만 산란매질의 두께가 두꺼워 질수록 영상의 품질이 떨어지게 된다. (c) CASS 현미경을 통해 얻은 영상. 1mm 이상의 두꺼운 산란 매질에서도 물체의 매우 작은 구조까지 볼 수 있다/사진=고려대

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고려대 최원식 교수 연구팀이 사람 장기나 피부 조직 속 세포의 미세한 변화까지 관찰할 수 있는 '고해상도 광학현미경'을 개발했다고 15일 밝혔다. 

이는 암세포가 주로 발생하는 피부 속 표피세포의 세포핵 변화까지 관찰할 수 있어 암 조기 진단율을 높이는 데 기여할 것으로 보인다. 

암세포는 대부분(약 80%) 사람 피부나 장기의 외피에서 1~3mm 깊이에 있는 표피세포에서 발생한다. 초기 암세포의 세포핵이 커지면서 세포분열을 통해 나중에 덩어리(용종)로 발전한다. 

현재 암 초기 진단에 사용되는 CT·MRI·초음파 진단은 몸 속 전체를 볼 수 있으나, 해상도가 낮아 암세포가 덩어리를 이뤄 크게 자라난 이후에야 측정이 가능하다.

이에 반해, 빛을 이용하는 광학현미경은 CT·MRI·초음파 영상과 비교했을 때 몸에 해롭지 않고, 비용도 저렴하며, 세포를 자세히 볼 수 있을 정도의 고해상도 시각화(이미징)가 가능해 위·대장 내시경 등 다양한 형태로 질병 조기 진단에 사용 중이다. 

그러나 피부조직 속에 있는 세포의 영상은 빛이 피부조직을 통과할 때 왜곡돼 현재 광학현미경으로 관찰 가능한 깊이는 수십 마이크론(㎛)으로 한계가 있다. 더 깊은 곳의 세포영상을 얻기 위해서는 생체조직의 박편을 잘라내어 관찰해야만 했다.

이에 최 교수 연구팀은 피부조직에 의해 왜곡되지 않고, 물체의 영상정보를 그대로 가지고 있는 빛(단일 산란파)을 찾아낼 수 있는 새로운 방법 개발에 착수, 1㎛의 해상도로 1mm 이상의 깊이까지 생체조직의 세포 영상정보를 얻는 데 성공했다. 이 성능은 고해상도 시각화에서 세계 최고 깊이이다. 

특히, 암세포가 덩어리로 발달하기 훨씬 이전 단계에서 세포핵(보통 5㎛ 정도 크기)이 커지는 것을 확인할 수 있어, 암과 같은 질병의 조기 진단 시기를 획기적으로 앞당길 것으로 기대된다.

암 조기에 잡는다…암 알아보는 고해상도 광학현미경 개발이미지 크게보기

최원식 교수/사진=고려대

최 교수는 "이번 연구는 광학 현미경의 두 가지 성배인 해상도와 이미징 깊이 중, 아직 미해결로 남아있는 이미징 깊이를 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시한 것"이라며 "향후 질병의 조기 진단이나 수술 시 질병 조직의 분포 범위 확인 등에 광범위하게 응용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구성과는 광학 및 포토닉스 분야 국제 학술지인 '네이처 포토닉스' 10일자 온라인판에 게재됐다. 

머니투데이