세포 속 훤히 들여다보는 나노내시경 개발

우리나라 과학자들이 세포 손상 없이 세포내부를 고해상도 내시경처럼 들여다 볼 수 있는 기술을 개발했다.

10일 KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수 연구팀은 미세한 빛을 주고받을 수 있는 광학 나노와이어를 이용해 세포내에서 나오는 미세한 광학신호를 세계 최초로 검출하는 데 성공했다고 밝혔다.

기술개발로 고해상도로 세포 내부를 관찰할 수 있게 돼 세포 내에서 일어나는 미세한 생물학적 현상을 연구, 질병을 보다 효과적으로 치료할 수 있게 된다.그동안 배양된 세포를 관찰하는 데는 광학적 회절한계를 극복하는 초고해상도 현미경을 사용해왔다. 초고해상도 현미경은 복잡하고 거대한 시스템으로 생체 내 불투명한 부위에 위치한 세포를 실시간으로 관찰하기에는 역부족이었다.

박 교수 연구팀이 개발한 광학 나노와이어는 지름이 100나노미터(1나노미터는 10억분의 1m)로 세포에 삽입해도 손상되지 않을 만큼 작게 만들었다. 재료는 빛이 잘 통과하는 주석산화물로 구성된 반도체를 사용했다.

연구팀은 자체개발한 광학 나노와이어를 빛의 송수신에 많이 사용되는 광섬유 끝에 연결해 광섬유로부터 나오는 빛이 나노와이어를 통해 세포 내 특정부위에 전달되도록 해 세포에서 나오는 광학신호를 검출하는 데 성공했다.

이와 함께 연구팀은 나노와이어에 세포가 손상되지 않는 것에 착안해 나노와이어의 끝에 빛에 반응하는 물질을 입히고 이를 세포에 삽입했다.

빛을 전달하면 그 물질이 빛에 반응해 세포내로 침투하는 것을 확인한다. 약물을 세포 내 특정부위에 효과적으로 전달해 치료목적으로도 이용할 수 있는 가능성까지 제시했다.

박지호 교수는 이번 연구에서는 생체 외에서 배양된 세포에만 적용했지만 곧 이 기술을 생체 내에 위치하는 특정세포를 아주 미세하게 광학적으로 자극하고 조정할 수 있게 될 것“이라며 ”앞으로 생체 내 특성부위의 세포 안에서 일어나는 생물학적 현상을 연구해 질병을 효과적으로 치료하는 데 활용될 수 있을 것이라고 강조했다. 연구 결과는 세계적 권위의 나노기술 학술지인 '네이처 나노테크놀로지' 지난달 온라인 판에 게재됐다.

연구는 다학제간 협력을 통해 수행됐으며 KAIST 박지호 교수를 비롯해 생명화학공학과 양승만 교수, 허철준 박사, 고려대학교 생체의공학과 최연호 교수, UC 버클리대 화학과 페이동 양 교수, 류슈에 얀 박사, 바이오공학과 루크 리 교수가 참여했다.