[쿠키과학] '형광 염색 없이 본다'… 살아있는 각막 '신경·면역세포' 동시관찰 기술 개발

형광 염색 없이 살아있는 각막 속 신경과 면역세포를 동시에 선명하게 관찰할 수 있는 고해상도 광학 영상 기술이 개발됐다. 

이 기술을 활용하면 안구건조증 등 안구표면 질환 진단은 물론 신경 손상과 회복 과정을 실시간으로 추적할 수 있을 전망이다.

한국연구재단은 포스텍 김기현 교수팀과 서울대병원 윤창호 교수팀, 중앙대 김경우 교수팀이 공동연구로 각막 내부 신경망과 면역세포를 비표지 방식으로 동시에 영상화하는 광학현미경 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

각막은 인체에서 감각 신경과 면역세포가 가장 밀집된 조직 중 하나로, 시력 형성과 안구 표면 항상성 유지에 중요한 역할을 한다. 

하지만 지금까지는 이 두 요소의 상호작용을 생체 상태에서 동시에 관찰하기 어려웠다.

연구팀은 빛의 굴절을 이용한 영상화 방식을 적용했다. 

기존 생체 공초점 현미경은 물체의 표면이나 조직에서 반사되는 빛이 불규칙적이고 거칠게 보이는 스페클 잡음이 크고, 신경 방향에 따라 신호가 달라져 구조가 끊기는 문제가 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 차등위상 대비(DPC) 기반 광학 기술을 적용, 세포를 통과하며 굴절되는 빛을 활용해 고대비 이미지를 구현했다.

이 방식은 형광 염색 없이도 세포 구조를 또렷하게 볼 수 있다.

특히 각막의 감각 신경망을 끊김 없이 연속으로 관찰하고, 면역세포의 형태까지 명확히 구분할 수 있다.

이 기술은 신경과 면역 반응을 하나의 영상으로 통합 관찰할 수 있는 플랫폼을 제시해 향후 안구건조증, 시력교정 수술 후 신경회복 평가, 염증반응 분석 등 다양한 임상 분야에 활용될 것으로 기대된다.

김기현 교수는 “형광 표지 없이 생체 상태에서 신경과 면역세포를 동시에 고해상도로 관찰할 수 있다는 점이 가장 큰 성과”라며 “안구 질환 진단뿐 아니라 말초신경 퇴행 질환의 조기 진단 연구에도 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

한편, 이번 연구결과는 지난 2월 국제학술지 ‘안구표면학(The Ocular Surface)’에 게재됐다.

(논문명: High-resolution high-contrast in vivo phase imaging of corneal nerves and immune cells in mice / 저자 - 김기현(공동교신저자/포스텍), 윤창호(공동교신저자/서울대병원), 김경우(공동교신저자/중앙대), 전수일(제1저자/포스텍), 박노성(포스텍), 김성한(포스텍))