이번주 국제학술지 '사이언스' 표지에는 쥐에서 냄새 정보를 전달하는 신경계 구조체인 후각구의 축삭과 수초를 렌더링한 정교한 3차원(3D) 영상이 실렸다. 축삭과 수초는 신경세포(뉴런) 돌기를 이루는 요소다. 미세한 생체 조직을 깊숙한 곳까지 손상 없이 온전히 담아냈다.
미국 시카고일리노이대와 버클리캘리포니아대(UC버클리) 공동연구팀은 물리적 접촉 없이도 고해상도 3차원 광학 이미지를 구현하는 방법인 '광화학 단층촬영(VIPS)'을 제안하고 연구결과를 16일(현지시간) 사이언스에 공개했다.
고해상도 현미경은 렌즈와 피사체 사이의 거리인 작업 거리가 짧아 장기 전체와 같은 대형 생물학적 시료의 깊숙한 부분까지 한번에 파악하기 어렵다. 칼로 절단해서 단면을 관찰할 수 있지만 이 과정에서 조직의 미세 구조가 손상된다는 한계가 있다.
연구팀은 자외선에 반응하는 광분해성 하이드로겔을 개발했다. 하이드로겔 안에 고정된 시료는 빛에 반응해 일부가 분해된다. 시료를 여러 구획으로 나눠 층층이 광분해와 촬영을 반복하면 칼을 사용한 기계적인 절단 없이 정밀하게 내부 구조까지 파악하는 원리다. 계산을 통해 각 단위 이미지를 연결하면 하나의 큰 이미지로 시료 전체를 그려낼 수 있다.
연구팀은 개발된 기술을 이용해 신경퇴행성 질환을 앓는 쥐의 후각구 구조를 전례 없는 정확도로 모델링하는 데 성공했다. 작고 파편화된 이미지로는 파악할 수 없었던 새로운 신경 퇴화 패턴도 발견됐다.
연구팀은 "온전한 대형 시료를 왜곡 없이 측정할 수 있다"며 "방대한 데이터 해석을 위한 인공지능(AI) 시스템이 필요하다"고 밝혔다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1126/science.adr9109
