KRISS, 동맥경화 혈관 내 3차원 나노이미징 및 분석기술 개발
동맥경화 혈관 내에 숨어있는 지방을 나노수준까지 정밀하게 이미징하고 성분분석까지 동시에 실시할 수 있는 측정기술이 개발되었다. KRISS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 미래융합기술부 나노바이오융합연구단 김세화·문대원 박사팀은 CARS 현미경(비선형광학현미경)을 이용해 동맥경화 혈관 내 지방을 3차원으로 이미징하고 화학성분을 동시에 분석할 수 있는 심혈관 조직검사 원천기술을 개발하였다.
이를 활용하면 기존 염색 현미경 진단방법으로는 관찰하기 힘든 세포 수준의 발병 초기 단계부터 지방 축적 과정으로 인한 심화단계인 지방고형물(lipid crystal) 형태까지의 과정을 3차원으로 이미징 할 수 있다. 또한 세포수준에서 단층촬영이 가능해 지방 알갱이 하나의 성분까지도 파악할 수 있다. 이를 통해 동맥경화 초기 단계이더라도 지방의 형태에 따라 진행 단계를 정확히 파악해 신속한 조치가 가능해질 수 있다.
김세화 박사는 “동맥경화의 주요 원인인 혈관 내 지방 축적에 대한 보다 정밀한 조직 분석이 가능해졌다”며 “동맥경화를 유발하는 네 종류의 주요 지방을 3차원적으로 새롭게 규명하고 동맥경화의 초기부터 심화단계까지 주요 지방의 변화를 체계적으로 분석했다는 점에서 그 의미가 크다”고 말했다.
KRISS는 지난 2006년 살아있는 세포를 관찰할 수 있는 CARS(비선형광학 레이저) 현미경 개발에 성공한 바 있다. 개발한 장치는 세포에 염색시약 또는 형광체 투여 없이 살아있는 상태로 지속적인 관찰이 가능하며, 세포를 자르지 않고서도 3차원 입체 영상으로 내부 단면 촬영이 가능하다. 또한 수 ㎛ 크기의 세포에서 수 mm 범위의 생체조직까지 300 nm 정도의 공간 해상도로 관찰할 수 있다. 관련 기술은 단일세포나 조직에 형광물질을 투여하지 않고 분자마다의 고유 진동 특성을 레이저 비선형광학 현상을 이용해 측정하기 때문에 살아있는 상태의 세포를 실시간으로 관찰하고 분석할 수 있다.
연구팀은 CARS 현미경을 이용해 동맥경화의 대표적 치료제인 스타틴(statin)의 약물효과를 입증하였다. 심각한 동맥경화성 혈관에서만 관찰되는 지방 고형(lipid crystal)이 스타틴에 의해 유화되는 효과를 CARS 현미경을 통해 규명함으로써 새로운 신약 스크리닝 시스템으로 활용이 가능할 전망이다.
본 연구는 2003년 교육과학기술부의 신기술 융합 원천기술 개발 사업으로 시작되었고, 2006년 지식경제부로 이관되어 기초원천기술을 개발하고 이를 기반으로 신산업을 창출하고자 하는 산업원천기술개발사업의 일환으로 진행되었다. 이번 기술 개발을 통해 나노바이오 이미징 CARS 기술을 기반으로 심혈관 분야의 의료 진단 원천기기를 개발했다는 점에서 더욱 의미가 크다.
또한 연구팀은 삼성서울병원 순환기내과 박정의 교수 연구팀과 나노·의학 융합연구를 수행하고 있다. 그동안 연구팀은 삼성서울병원과 함께 동맥경화 모델 생쥐를 활용한 실험을 진행하였으며, 현재 임상조직검사를 진행 중이다.
관련 성과는 그 우수성을 인정받아 심혈관계 최고 권위 학술지(임팩트 팩터, Impact factor:10)인 ‘서큘레이션 리서치(Circulation Research)’ 온라인판 3월 18자에 게재되었으며, 동맥경화 진단 원천 기술로 국내 및 해외 특허를 출원하였다.
앞으로 연구팀은 CARS현미경을 이용해 세포 이미징을 통한 비만 치료제 신약 스크린 기술 개발 및 실시간 생체 적용을 위한 CARS 내시경 기술개발에 주력할 계획이다. 이를 통해 기존의 위나 장 내시경처럼 병반 부위를 직접 찾아가 약물 투여나 치료가 가능해질 것으로 기대된다.
- CARS(coherent anti-Stokes Raman scattering) : 시료에 비춘 다른 색깔의 세 가지 빛이 시료를 구성하고 있는 분자와 상호작용함으로써 방출되는 빛을 관찰하는 레이저 계측 기술
- 신약 스크리닝 : 신약 개발과정에서 질병과 관련된 표적 단백질과 유효한 상호 작용을 나타내는 후보물질을 탐색하는 기술
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
웹사이트: http://www.kriss.re.kr
연락처
한국표준과학연구원 나노바이오융합연구단
문대원 박사
042-868-5390
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2012년 5월 3일 09:29