뇌발달 지도 구축을 위한 투명 3차원 진단기술 개발

국내 연구진이 뇌발달 지도 구축을 위한 핵심원천기술인 ‘초고속 생체조직 투명화 및 3차원 조직면역염색기술(ACT-PRESTO)’을 개발했다.

  • ACT(Active Clarity Technique): 생체조직 투명화 기술로 기존 보고된 방법인 ‘CLARITY’ 보다 최대 30배 이상 고효율로 다양한 크기의 장기 및 개체를 투명화 할 수 있는 혁신적인 기술이다.
  • CLARITY: 세포막을 이루고 있는 지질을 제거해 조직을 투명하게 만들어서 세포나 장기 뒤에 숨어 있는 혈관 등을 고화질로 관찰할 수 있게 하는 기술이다.
  • PRESTO (Pressure Related Efficient and Stable Transfer of macromolecules into Organs): 생체조직의 심부까지 효과적으로 항체를 전달하여 항원-항체 반응이 진행될 수 있도록 하는 3차원 면역염색방법이다.
  • 면역염색: 항원-항체 반응을 이용한 생체조직 염색방법으로, 형광 탐침이 부착된 항체를 생체조직에 반응 시킬 경우 특정항체는 특정항원에 결합하게 되고 형광입자를 통해 특정항원의 분포를 가시화 할 수 있게 된다. 

고려대학교 선웅 교수 연구팀은 2015년부터 미래창조과학부 지원으로 “뇌발달 장애 진단 및 조절기술 개발” 연구를 수행중이며 생체조직 투명화 및 면역염색 고속화 기술인‘ACT-PRESTO’개발 결과는 뇌과학분야 학술지 Scientific Reports지(온라인판 1월 11일자)에 게재되었다.(논문명) ACT-PRESTO: Rapid and consistent tissue clearing and labeling method for 3-dimensional (3D) imaging. (저자정보) 선웅 교수(교신저자, 고려대학교), 이은수 학생(제1저자).

noname01
▲ 개발한 조직투명화 장비의 모식도(위)와 출시된 로고스바이오 xClarity 장비를 이용한 생쥐 투명화(아래)

 
기존 생체조직투명화기술은 생체조직을 투명화하는 속도가 매우 느리고 생체조직 내 항체침투력이 매우 낮아 3차원적 구조 관찰에 한계가 있었으나, ACT-PRESTO는 기존 기술보다 30배 빠른 속도로 생체조직을 투명화하고, 극대화된 항체침투력으로 3차원 조직관찰이 가능하게 되었다.

CLARITY 기술을 사용할 경우 생쥐 뇌조직 투명화에 2~4주 가량 시간이 소요되는데, ACT 기술을 사용할 경우 조직투명화 시간을 6시간으로 단축할 수 있다.

이 기술은 뇌를 비롯한 모든 생체조직을 단순히 관찰하기 위한 방법으로만 사용되는 것이 아니라, 현재 임상에서 통용되는 2차원적 병리학적 진단으로부터 3차원 병리진단으로의 새로운 패러다임의 변화를 주도할 것으로 기대된다.

‘2차원 병리진단기법’이란 진단하고자 하는 인체시료를 약 15마이크로미터 박편으로 제작하여 면역화학적 기법을 통해 진단한다. 박편제작을 위한 시간이 소요되고 구조를 전체적으로 볼 수 없는 한계가 있다.

기존의 보고된 생체조직 투명화 기술과 비교할 때, ‘ACT’ 기술의 조직 투명화 속도는 최소 30배 이상 빠르며 생쥐 뇌 투명화에 국한되지 않고 중·대형 동물의 뇌, 장기(臟器) 등 여러 범주의 연구에 적용 가능한 기술로서, 향후 뇌지도 구축 및 뇌질환 연구에 기여할 것으로 기대된다.
 
선웅 교수는 “이번 연구로 향후 뇌지도 작성의 필수 핵심기술을 확보했으며, 새로운 진단지표발굴을 통한 혁신적 3차원 진단법 개발 기반을 마련하게 되었다”고 연구 의의를 밝혔다.

[김들풀 기자  itnews@itnews.or.kr]