KIST-하버드 의대 공동연구팀 ‘실시간 고배율 심장 이미징 기술’ 개발

- 생쥐의 박동치는 심장을 고배율 현미경으로 떨림 없이 관찰

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2012-09-12 09:48

서울--(뉴스와이어)--한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 실감교류로보틱스연구센터 이성온 박사는 미국 하버드 의대 크라우디오 비네고니(Prof. Claudio Vinegoni) 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 살아있는 생쥐의 박동치는 심장을 고배율의 현미경으로 실시간 이미징 하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

현미경은 고배율 고속 관찰이 가능하기 때문에 생명현상 연구에 있어 빼놓을 수 없는 매우 중요한 장치이지만 관찰 대상이 움직이지 않고 고정되어 있어야 하는 한계점을 가지고 있다. 특히 살아있는 생체를 관찰하는 것은 심장 박동, 호흡과 같은 생체 움직임으로 인해 매우 어려웠던 것이 사실이다. 그중에서도 심장은 심근세포의 자가 움직임 및 호흡 등의 영향으로 인해 고배율 관찰이 거의 불가능했다. 이와 같은 현미경 관찰의 한계점을 개선시킨 획기적인 기술이 개발된 것이다.

공동연구팀은 이번 연구에서 생쥐의 심장에 무리한 압력을 가하지 않으면서 고정시켜주는 정밀 기계 장치와 왜곡된 영상을 복원해주는 영상처리기법을 사용하여 살아있는 생쥐의 심장을 관찰할 수 있는 기술을 개발하였다. 연구팀은 이 기술을 이용하여 백혈구가 심장 혈관을 통해 염증 부위로 이동하는 모습을 관찰하는데 성공하였다.

고정장치는 심장의 이미징 부위를 부분적으로 무리없이 고정해주는 장치로써 이미징 부위를 고정해주는 말단부와, 말단부의 위치를 정밀하게 조정할 수 있는 정밀위치 조정부로 구성되어 있다. 말단부는 지름 2.3mm의 링 모양으로 링 아랫부분에 FDA 승인을 받은 수술용 접착제를 코팅하여 이미징 부위에 압력을 가하지 않고 고정시킬 수 있으며, 정밀위치 조정부에 연결되어 원하는 위치에 말단부를 위치시킬 수 있다.

또한 영상처리기법은 특정 위치에서의 신호만을 선별적으로 이용하는 ‘게이팅(Gating)' 기법을 이용하여 영상을 재구성해낸다. 현재 생명공학 연구에 많이 쓰이는 레이져 스캐닝 현미경은 물체를 2차원 스캐닝하여 영상을 만들어내기 때문에 스캐닝 중에 움직임이 발생하면 왜곡이 나타나게 된다. 이번에 개발된 영상처리기법은 왜곡이 포함된 여러 영상들 중에서 왜곡이 없는 부분(움직임이 최소인 부분)을 심전도(ECG)와 호흡 정보를 이용하여 찾아내 재조합하여 전체적으로 왜곡이 없는 영상을 만들어내는 원리이다.

이번에 개발된 실시간 고배율 심장 이미징 기술은 심장 질환의 원인 규명과 그와 관련된 신약개발 등의 연구에 적용가능하며 심장뿐 아니라 기존에 관찰이 어려웠던 다른 장기에도 사용할 수 있다는 점에서 큰 의의가 있다.

이성온 박사는 “지금까지 생쥐의 박동치는 작은 심장을 고배율 현미경으로 오랜 시간 연속적으로 관찰하는 것은 거의 불가능했다” 며 “IT 기술과 생명공학 연구를 융합함으로써 이러한 한계를 극복할 수 있었으며 이 기술은 관련 기초 생명과학 연구에 유용하게 사용될 것” 이라고 밝혔다

이번 연구 성과는 9월 11일, 세계적 학술지인 네이쳐의 자매지인 네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications) 온라인 판에 게재되었다.

한국과학기술연구원 개요
한국과학기술연구원(KIST)은 지난 1966년 우리나라 최초의 종합연구기관으로 설립되었다.

웹사이트: http://www.kist.re.kr