두개골 훼손 없이 뇌 신경망 구조 고해상도로 본다

IBS, 직진하는 빛 선택적으로 추출하는 광학 현미경 개발

반사행렬 현미경으로 쥐의 신경망 관찰 [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 기초과학연구원(IBS)은 분자 분광학·동력학 연구단 최원식 부연구단장 연구팀이 두개골 훼손 없이 뇌 신경망 구조를 고해상도로 관찰할 수 있는 광학 현미경 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

생체 이미지 관찰에는 직진하는 빛(직진광)을 이용하는데, 생체 조직 깊은 곳으로 들어갈수록 산란하는 빛(산란광)이 강해져 이미지 획득을 방해한다.

특히 뼈 조직은 내부에 미세한 구조들이 많아 빛의 산란이 심하기 때문에 뇌 조직 관찰을 위해서는 두개골을 제거하거나 얇게 갈아내야만 했다.

연구팀은 반사행렬 현미경을 이용, 쥐의 두개골을 관통해 뇌 조직 신경망을 관찰하는 데 성공했다.

반사행렬 현미경은 빛의 초점에서만 신호를 획득하는 것이 아니라 초점으로부터 산란한 모든 빛을 측정하도록 설계됐다.

여기에 직진광만 선택적으로 추출할 수 있는 알고리즘을 이용, 기존 공초점 현미경으로는 관찰할 수 없었던 1㎛(마이크로미터·1천분의 1㎜) 굵기의 신경섬유를 관측해 냈다.

반사행렬 현미경을 이광자 현미경에 접목해 관찰 [IBS 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 또 이광자 현미경(이광자 비선형 형광 현상 원리를 이용해 고해상도 영상을 얻을 수 있는 현미경)에 반사행렬 현미경을 적용, 쥐 두개골을 훼손하지 않고도 신경세포 수상돌기 가시 이미지를 고해상도로 얻는 데 성공했다.

최원식 부연구단장은 "실제 의료현장에서 사용할 수 있도록 현미경을 소형화하고 이미징 속도를 높이는 연구를 진행하고 있다"며 "실시간 질병 진단 등 의·생명 분야에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난달 12일 자 온라인판에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr