조직 자르지 않고도 심장·힘줄 ‘건강 진단’⋯포항공대, 현미경 기술 개발

연구 이미지. /포항공과대학교 제공

포항공과대학교 연구진이 조직을 절단하거나 염색하지 않아도 심장과 힘줄 같은 조직의 건강 상태를 정밀하게 분석할 수 있는 현미경 기술을 개발했다.

이번 연구는 포항공대 전자전기공학과·IT융합공학과·기계공학과·융합대학원 김철홍 교수 연구팀이 수행했다. 

심장 근육이나 힘줄 조직은 단백질 섬유가 일정한 방향으로 정렬돼야 정상적으로 기능한다. 하지만 심근경색이나 섬유화, 암 등이 발생하면 섬유 배열이 흐트러지며 조직 기능이 떨어진다. 

기존에는 이런 변화를 확인하기 위해 조직을 떼어내 염색한 뒤 현미경으로 관찰해야 했고 분석 과정이 복잡하며 결과의 일관성도 낮다는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘중적외선 이색성 민감 광음향 현미경(MIR-DS-PAM)’을 개발했다. 

조직에 중적외선 빛을 비추면 단백질이 이를 흡수하며 미세하게 팽창하고 이때 발생하는 초음파를 감지해 단백질의 위치를 파악한다. 여기에 빛의 편광(진동 방향)을 조절하는 기법을 결합해 단백질 섬유가 어느 방향으로 얼마나 균일하게 배열돼 있는지까지 정량적으로 측정할 수 있다.

연구팀은 3차원(3D) 바이오프린팅으로 제작한 인공 심장 조직에 이 기술을 적용해 조직이 성숙할수록 단백질이 축적되고 섬유 배열이 정돈되는 과정을 염색 없이 관찰했다. 

또 섬유화가 진행된 조직에서는 정상 조직과 달리 구조적 붕괴에 따른 배열의 불균일성을 수치로 구분하는 데도 성공했다. 기존 형광 현미경보다 간단하면서도 객관적인 분석이 가능해진 것이다.

김철홍 교수는 “조직을 손상시키지 않고도 미세 구조 변화를 정확히 분석할 수 있어 재생의학과 병리 진단 분야에 새로운 접근법을 제시한다”고 말했다. 

/단정민기자 [e-mail]