암 조기진단 ‘광학현미경’ 개발

피부조직 속 세포의 미세변화 관찰 가능해

국내 연구진에 의해 사람 장기나 피부의 조직 속 세포의 미세한 변화를 고해상도로 볼 수 있는 광학현미경이 개발됐다. 암세포가 주로 발생하는 피부 속 표피세포의 세포핵 변화까지 관찰할 수 있어, 암과 같은 질병의 조기 진단을 획기적으로 진전시킬 것으로 기대된다.

이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프런티어사업의 일환으로 추진 중인 ‘파동에너지극한제어연구단(단장 이학주)’의 지원으로 고려대 최원식 교수가 주도하고 같은 대학의 박규환‧이재승 교수, 건국대 임용식 교수가 공동으로 수행했다.

연구결과는 광학 및 포토닉스 분야의 국제 학술지인 ‘Nature Photonics’에 10일 온라인으로 게재됐다.

암세포의 약 80%는 사람 피부나 장기의 외피에서 1~3mm 깊이에 있는 표피세포에서 발생되며, 초기에 암세포의 세포핵이 커지면서 세포분열을 통해 나중에 덩어리(용종)으로 발전된다.

현재 암 초기 진단에 사용되는 CT·MRI·초음파 진단은 몸 속 전체를 볼 수 있으나 해상도가 낮아 암세포가 덩어리를 이루어 크게 자라난 이후에야 측정이 가능하다.이에 반해, 빛을 이용하는 광학현미경은 CT·MRI·초음파 영상과 비교했을 때 몸에 해롭지 않고, 비용도 저렴하며, 세포를 자세히 볼 수 있을 정도의 고해상도 시각화(이미징)가 가능하여, 대장이나 위 내시경 등 다양한 형태로 질병의 조기 진단에 사용 중이다.

그러나 피부조직 속에 있는 세포의 영상은 빛이 피부조직을 통과할 때 왜곡되기 때문에, 현재 광학현미경은 고해상도로 관찰 가능한 깊이는 수십 마이크론(㎛)으로 한계가 있으며 더 깊은 곳의 세포영상을 얻기 위해서는 생체조직의 박편을 잘라내어 관찰해야만 했다.

국내 연구팀은 피부조직에 의해 왜곡되지 않고, 물체의 영상정보를 그대로 가지고 있는 빛을 찾아낼 수 있는 새로운 방법을 개발해 1㎛의 해상도로 1mm 이상의 깊이까지 생체조직의 세포 영상정보를 얻는데 성공했다.

이 성능은 고해상도 시각화에서 세계 최고 깊이이며 암세포가 덩어리로 발달하기 훨씬 이전 단계에서 세포핵(보통 5㎛ 정도 크기)이 커지는 것을 확인할 수 있어, 암과 같은 질병의 조기 진단 시기를 획기적으로 앞당길 것으로 기대된다.

최원식 교수는 “이번 연구는 광학 현미경의 두 가지 성배인 해상도와 이미징 깊이 중, 아직 미해결로 남아있는 이미징 깊이를 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시한 연구로서, 향후 질병의 조기 진단이나 수술 시 질병 조직의 분포 범위 확인 등에 광범위하게 응용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.