POSTECH(총장 김무환) 기계공학과·융합생명공학부 김기현 교수와 통합과정 이승훈씨 팀이 전남대학교 의과대학 병리과 이경화 교수, 광주과학기술원 의생명공학과 정의헌 교수, 연세대학교 의과대학 신경외과 김의현 교수와의 공동연구를 통해 뇌종양과 정상 뇌 조직을 구별할 수 있는 실시간 고선명도 세포영상기술을 개발했다.

이 기술은 세포 단위 검사를 통해 조기진단 및 수술 가이드 기술로 이용할 수 있어 각막염 조기진단, 정밀 절제가 필요한 뇌종양 제거 수술 등에 활용될 전망이다.

악성 뇌종양 제거 수술에서 뇌종양과 정상 뇌 조직을 구별하는 방법은 성공적인 수술을 위해 필요하지만, 아직 임상에서 사용 가능한 기법은 없었다. 지금까지 임상에서 사용 중인 자기공명영상 (Magnetic Resonance Imaging, MRI), 컴퓨터단층영상 (Computer Tomography, CT), 수술 현미경 (Wide-field Surgical Microscopy) 기술은 종양의 위치 정보는 제공할 수 있으나, 해상도가 낮아 종양과 정상 뇌 조직의 경계 구별은 어려웠다. 이에 연구팀은 임상에서 사용되는 항생제인 목시플록사신을 세포 형광 표지자로 사용하는 세포영상법을 뇌종양 경계 탐지기술로 개발해 왔다. 지난 2017년 세포영상법의 뇌종양 경계 탐지 활용 가능성을 바이오메디컬 옵틱스 익스프레스(Biomedical Optics Express)에 보고한 이후 고속화 방법을 개발해 왔으며, 새로이 개발한 영상법은 초당 30프레임 이상의 속도로 실시간 뇌세포 영상화가 가능하다. 또 이 기술은 세포 단위 영상화 기법이어서 기존 방법보다 민감도가 월등히 높은 것으로 나타났다.

연구팀이 새롭게 개발한 세포 영상법을 활용해 전임상 뇌종양 동물모델과 악성 뇌종양 환자의 조직 샘플을 촬영한 결과, 높은 세포 밀도와 불규칙한 분포를 가지는 뇌종양과 정상조직을 구별해냈다. 또한, 연구팀은 실시간 세포영상의 자동 영상 분석을 위해 뇌종양과 정상조직을 구분해 경계를 탐지하는 알고리즘도 개발했다.

한편, 이 연구성과는 저널 오브 바이오포토닉스(Journal of biophotonics) 온라인판에 출판됐으며, 한국연구재단의 메조스케일 뇌신경네트워크 고속 초고해상도 광범위 3차원 형광현미경 시스템 사업, 압타머 기반 당뇨병 치료제 개발을 위한 인 비보(IN VIVO) 검사 플랫폼 개발사업의 지원으로 수행됐다. /전준혁기자 jhjeon@kbmaeil.com