뇌 발달 원리 찾는다…3차원 진단기술 개발

국내 연구팀, '초고속 생체조직 투명화와 3차원 조직면역염색기술' 개발

▲개발한 조직투명화 장비의 모식도(위)와 출시된 로고스바이오시스템스의 X-CLARITY 장비(가운데). 이를 이용한 생쥐 투명화(아래).[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 뇌 발달 원리 규명을 위한 3차원 진단기술을 개발했다. 생체조직 투명화를 통한 '3차원 조직면역염색기술(ACT-PRESTO)'로 뇌 발달 장애 진단 등에 대한 진단 방향이 제시될 것으로 기대된다.

기존 생체조직투명화기술은 생체조직을 투명화 하는 속도가 매우 느리고 생체조직 내 항체침투력이 아주 낮아 3차원적 구조 관찰에 한계가 있었다. ACT-PRESTO는 기존 기술보다 30배 빠른 속도로 생체조직을 투명화하고 극대화된 항체침투력으로 3차원 조직관찰이 가능하다.

생체조직 투명화 기술은 뇌세포와 여러 분자들의 3차원 분포를 관찰 가능하게 한다. 뇌지도 작성과 뇌질환 연구에 기여할 수 있는 획기적 기술로 평가받는다. 기존에 발표된 생체조직 투명화 기술은 뇌(생쥐)를 투명화 해 단백질 분포를 확인하기까지 수개월의 오랜 시간이 필요했다. 연구에 활용하거나 임상 진단 기술로 발전시키기에는 문제점이 많았다.

연구팀은 2013년 재미 한국인 과학자인 정광훈 박사(현 MIT 교수)가 개발한 연구기술인 'CLARITY' 생체조직 투명화 기술을 기반으로 했다. CLARITY 기술에 조직-폴리머 형성 방법을 최적화해 기존 기술보다 투명화 효율을 크게 증대시켰다. 이에 더해 자동화된 생체조직 투명화 장비를 독창적으로 설계해 고효율 생체조직 투명화 장비를 개발했다.

그동안 뇌 속의 세부 구조와 신경망을 밝히는 해부학적 연구는 뇌 조직을 매우 얇게 박편으로 잘라 신경세포 연결망을 하나하나 파악한 뒤에 그 정보들을 다시 종합했다. 이를 통해 뇌 세포와 분자 분포의 전체 그림을 그리는 방식으로 주로 이뤄져 왔다.

조직 투명화 기법중 하나인 'CLARITY' 기법은 뇌 조직에 손상을 가하지 않고 그 안의 신경세포 연결망을 거시적으로 또는 분자 수준에서 투명하게 관찰할 수 있는 새로운 길을 제시했다. CLARITY는 세포막을 이루고 있는 지질을 제거해 조직을 투명하게 만들어 세포나 장기 내부의 혈관 등을 고화질로 관찰할 수 있게 하는 기술을 말한다.

이번 기술은 뇌를 비롯한 모든 생체조직을 단순히 관찰하기 위한 방법으로만 사용되는 게 아니다. 현재 임상에서 통용되는 2차원적 병리학적 진단으로부터 3차원 병리진단으로의 새로운 패러다임의 변화를 주도할 것으로 기대된다.

선웅 고려대 교수 연구팀(제1저자: 이은수)이 이번 연구를 수행했다. 과학분야 학술지 Scientific Reports지 온라인판 1월 11일자(논문명: ACT-PRESTO: Rapid and consistent tissue clearing and labeling method for 3-dimensional (3D) imaging)에 실렸다.

선웅 교수는 "이번 연구로 앞으로 뇌지도 작성의 필수 핵심기술을 확보했다"며 "새로운 진단지표발굴을 통한 혁신적 3차원 진단법 개발 기반을 마련하게 됐다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr