살아있는 세포를 실시간으로 3차원 입체 탐색하는 기술개발 성공

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2006-05-15 11:49

서울--(뉴스와이어)--한국표준과학연구원은 “살아있는 세포 내부를 손상없이 3차원으로 탐색할 수 있는 바이오 탐색기술(CARS)” 개발에 성공함으로써 세포 입체영상 탐색분야에 새로운 지평을 연 것으로 평가되고 있다.

* 기술개발 : 한국표준과학연구원 문대원 박사(나노바이오 전문연구단 단장), 이재용 박사 등

종래에는 세포나 조직에 시약(형광체)를 투여해야만 관찰이 가능했기 때문에, 세포가 죽거나 손상을 입어서 세포의 모양과 거동 등에 대한 정확한 정보를 파악하기 어렵고 시간에 따라 투여한 형광체의 발광이 사라져 지속적인 관찰이 힘들었음

동 기술은 미국의 하버드대와 우리의 표준과학연구원이 함께 세계 기술개발을 선도하고 있는 상황임.

동 기술은 바이오의료 분야의 새로운 산업영역 개척에 큰 기여를 할 것으로 평가됨

세포 영상측정 바이오 현미경, 생체조직 영상진단 내시경, 약물 및 나노화장품 피부조직 침투 측정기 및 신약탐색 기기 등 다양한 바이오 의료기기 개발이 기대됨.

동 초정밀 바이오탐색기술(CARS)을 이용하면 형광물질을 투여하지 않고도 살아있는 세포 내부를 입체영상으로 실시간으로 관찰할 수 있으며 이미 비만세포, 피부 조직 등의 생체시료 분석에 적용

동 기술 개발은 산자부의 바이오나노융합 원천기술 개발 지원사업의 결과로, 향후 새로운 바이오산업 영역을 개척하는데 큰 기여를 할 것으로 예상되어 산업자원부는 향후 7년간(2013년까지) 추가적인 자금지원을 지속할 계획임

초정밀 레이저 바이오 탐색기술(CARS) 개발 개요

□ 기술개발 개요

ㅇ 생체 세포와 조직을 구성하는 바이오물질이 갖고 있는 고유 진동지문을 측정함으로써, 형광 표지자의 투입 없이 살아있는 생체 대상물을 있는 그대로 실시간으로 3차원 이미징하는 기술을 개발.
ㅇ 동기화 초단펄스 레이저 광원을 이용한 비선형 광학 CARS 분광기술을 고속 공간주사 레이저 현미경과 융합한 바이오 분자 현미경으로서, 신개념 신약 스크린, 세포/조직 수준 약물 침투 및 약효 평가, 바이오메디칼 진단 등에 활용 가능.

□ 핵심기술 : 비선형 라만분광 분자진동 지문대조 바이오현미경 개발

ㅇ파장가변 초단펄스 레이저 발진 및 레이저 동기화 기술
ㅇ고집속 레이저 빔 공간 제어기술
ㅇ고감도 비선형 분광신호 검출 광학계 기술
ㅇ고속 레이저 빔 스캔 현미경 이미징 기술

□ 시장규모

ㅇ일반 광학 현미경의 세계 총 시장 규모는 10억 달러 정도이나, 레이저를 이용한 고가의 바이오 형광 현미경의 비중이 급격히 증가하고 있는 추세에 있음.
ㅇ의료용 내시경 장비 세계시장은 1997년 12억 달러에서 매년 4%의 증가세를 보여 2010년에는 20억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되는데, 무염색 생체분자인식 이미징 기술이 차세대 의료진단용 내시경 요소기술과 실시간 세포분석 신약스크린 기술로 상용화되면 예상 시장 규모는 크게 증가할 것으로 기대함.

□ 국내외 기술수준

ㅇ 바이오 응용 CARS 현미경 기술은 미국 Harvard 대학 연구진이 처음으로 기술적 가능성을 제시한 이후, 미국, 유럽 연합, 일본 등의 유수한 대학과 연구기관에서 높은 관심을 보이며 연구개발에 참여하고 있는 상황임.
ㅇ 하지만 생체 세포 및 조직에 대해 실시간 고분해능 바이오 이미징을 실제 구현한 곳은 미국 Harvard 대학과 한국표준연 연구진이 거의 유일하며, 대부분 학문적 범주의 기초 연구에 치중하고 있음.
ㅇ 분자 선택성 및 측정 감도 향상을 목적으로 한 핵심원천기술 확보가 실용화를 위한 급선무이며, 이를 위해 다양한 기술적 접근이 시도되고 있음.
ㅇ 국내에는 형광 표지자에 의존한 바이오 분자영상 기술에 한정된 연구가 진행되고 있으며, 이와 함께 기존의 형광 표지자의 단점을 개선하고 적용분야를 확대하기 위한 물질 연구개발이 주를 이루고 있음.

□ 기대효과

ㅇ 바이오메디칼 분야에서 보편화된 공초점 레이저 형광 현미경을 진일보시킨 차세대 범용 이미징 측정장비의 상용화가 유력시됨.
ㅇ 첨단 고부가가치 광학부품 및 광학장비 산업의 급속한 발전 도모와 국가 경쟁력 제고.
ㅇ 바이오 연구, 신약 개발, 의료 진단, 반도체/재료 물성 연구 등 다양한 분야에 새로운 정량 이미징 계측기술을 제공.

□ 주요 응용분야

ㅇ 살아있는 단일 세포 및 생체조직에서의 실시간 물질대사 연구.
ㅇ 신약 개발을 위한 신약 후보물질 스크린, 약물 전달 동력학, 효능/독성 평가.
ㅇ 피부 적용 약물 및 화장품 침투 특성 및 효과 측정.
ㅇ 암/고지질증/당뇨/비만 의료 진단 및 평가.
ㅇ 망막 및 각막 이미징 분석을 이용한 전신질환 진단.
ㅇ 질병 원인 및 기작 규명 연구.
ㅇ 생체 단백질 분자 및 분자 복합체의 고감도/고분해능 정량 계측.

웹사이트: http://www.mke.go.kr