살아있는 미니 장기 실시간 고해상도 관찰
살아있는 미니 장기 실시간 고해상도 관찰
인체 장기의 구조와 기능을 모사한 3차원 미니 장기인 오가노이드는 다양한 질병 연구와 신약 개발에 필수적인 역할을 하고 있다.
국내 연구진이 기존 이미징 기술의 한계를 극복하고 살아있는 오가노이드의 실시간 동적 변화를 고해상도로 관찰하는 데 성공했다.
박용근 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 교수 연구진은 구본경 기초과학연구원(IBS)
유전체 교정 연구단장 연구진, 토모큐브와 공동으로 홀로토모그래피(holotomography)
기술을 활용해 살아있는 소장 오가노이드를 고해상도로 관찰했다고 14일 밝혔다.
연구 결과는 국제 학술지 ‘실험 및 분자 의학(Experimental & Molecular Medicine)’에 지난 1일 온라인 게재됐다.
지금까지 나온 기존 이미징 기법들은 살아있는 오가노이드를 장기간 고해상도로 관찰하는 데 한계가 있었고, 형광 염색과 같은 추가적인 처리가 필요한 경우가 많았다.
연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 형광 염색과 같은 전처리 없이도 오가노이드를 고해상도로 관찰할 수 있고
세포 손상 없이 오랜 시간 동안 동적 변화를 실시간 관찰할 수 있는 ‘홀로토모그래피’ 기술을 도입했다.
홀로토모그래피는 세포나 오가노이드에 빛을 다양한 방향에서 쏘아 빛이 통과하는 물질의 종류에 따라 속도가 변하는 ‘굴절률’을 측정해 이미지를 얻는다.
연구진은 실험용 쥐 소장 오가노이드를 이용해 이 기술을 검증했다.
실험 결과 홀로토모그래피를 통해 오가노이드 내부의 다양한 세포 구조를 세밀하게 관찰할 수 있었고
오가노이드의 성장 과정과 세포 분열, 세포 사멸과 같은 동적 변화를 실시간으로 포착할 수 있었다.
또 약물 처리에 따른 오가노이드의 반응을 정밀하게 분석해 세포 생존 여부를 확인할 수 있었다.
연구진은 “이번 연구를 통해 오가노이드 연구의 새로운 지평을 열었으며
이를 통해 신약 개발, 맞춤형 치료, 재생 의학과 같은 다양한 분야에서 오가노이드의 활용을 극대화할 수 있을 것”이라며
“향후 연구는 오가노이드의 생체 내 환경을 더 정확히 재현하고
더욱 정교한 3차원 이미징을 통해 세포 수준에서의 다양한 생명현상을 이해하는 데 크게 기여할 것으로 전망된다”고 밝혔다.
논문의 제1 저자인 이만재 박사(KAIST 의과학대학원 졸, 現 충남대병원)는 “이번 연구는 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 이미징 기술로,
향후 오가노이드를 활용한 질병 모델링, 환자 맞춤형 치료 및 신약 개발 연구에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.
이번 연구 결과는 2024년 10월 1일 국제 학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’에 온라인 게재됐으며, 해당 기술은 다양한 생명과학 분야에서의 적용 가능성을 인정받고 있다.
(논문명: Long-term three-dimensional high-resolution imaging of live unlabeled small intestinal organoids via low-coherence holotomography)
본 연구는 한국연구재단 리더연구사업, KAIST 연구소 및 기초과학연구원의 지원을 받아 수행됐다.
