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KBSI, AI기반 기술로 세포 내 '특정물질 양적 변화' 분석 기술 개발3D 홀로그래피 현미경 장비 활용
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승인 2020.02.27  11:50:07
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한국기초과학지원연구원(KBSI)이 염색 등 전처리 과정없이 생체와 유사한 상태의 세포를 관찰하며 실시간으로 내부 물질의 양적변화도 측정할 수 있는 분석기술이 개발됐다고 26일 밝혔다. KBSI는 향후 질환에 대한 이해와 치료제 개발 등 관련 분야에서의 연구에 폭넓게 활용될 것으로 기대하고 있다.

▲ 굴절률 분석을 통한 대식세포 및 거품세포의 2차원, 3차원 구조

KBSI 광주센터 이성수 박사 연구팀과 중앙대학교 시스템생명공학과 박경순 교수 연구팀은 인공지능(AI) 기반 3차원 홀로그래피 기술로 특정 세포를 인식하고 세포의 굴절률을 측정해 세포 내 특정물질의 양을 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 특히 기술의 적용사례로서 거품세포(Foam Cell)의 분화 과정에 따른 지질방울(Lipid droplet)의 변화를 정량적으로 분석했다.

연구팀은 새로 개발된 분석기술로 3D 홀로그래피 현미경 장비를 활용했다는 설명이다.

세포 내 물질을 정량적으로 분석하는 기존 방법은 세포 내에 침투하는 염색약을 이용하는 것으로, 화학물질인 염색약이 세포에 미치는 각종 영향과 유해성이 분석의 정확성을 떨어뜨릴 수 있다는 이슈가 지속적으로 제기돼왔다. 이번에 공동연구팀이 개발한 인공지능(AI) 기반 3차원 홀로그래피 기술을 응용하면 별도의 전처리 과정 없이 살아있는 세포 내부 물질을 정량화 할 수 있어, 생체 내에서와 유사한 상태의 세포를 분석하기 때문에 보다 정확한 정보를 얻을 수 있다는 설명이다.

▲ 거품세포 및 살아있는 세포(대조군)에 대한 약물 처리 후지질방울의 24시간 정량적 변화를 통한 약물 효과 검증

KBSI에 따르면 연구팀은 이번에 개발한 분석기술을 활용해, 인공지능으로 세포를 식별하고 24시간동안 관찰함으로써, 단일 세포 수준에서 대식세포(Macrophage)와 거품세포의 빛에 대한 굴절률, 부피, 세포 내 지질방울 개수 등을 분석했다. 특히, 대식세포가 과도하게 쌓인 지방에 의해 거품세포로 분화하는 과정을 3D 홀로그래피 현미경으로 관찰하며, 대식세포 내의 지질방울(Lipid droplet)의 양적 변화를 분석했다.

중앙대 박경순 교수팀은 거품세포에 특이적으로 결합해 세포 내에 직접 작용하는 표적 나노약물을 개발했다. 이 약물은 거품세포에 작용하는데 콜레스테롤을 세포 밖으로 배출시키는 역할을 통해 지질방울이 과다하게 축적되지 못하게 한다.

이번 공동연구는 나노분야 국제학술지 ACS Nano誌 (IF=13.903, 논문명 : Label-Free Tomographic Imaging of Lipid Droplets in Foam Cells for Machine-Learning-Assisted Therapeutic Evaluation of Targeted Nanodrugs)를 통해 지난 25일 발행되었다. 속표지(Supplementary Journal Cover)로도 선정되어 우수성을 인정받았다는 설명이다.

제1저자로는 KBSI 박사후연구원인 박상우 박사를 비롯, 중앙대 안재원 박사과정 대학원생, KAIST 조영주 학생(현 스탠포드대 대학원생)이 참여했다.

조상협  robot3@irobotnews.com
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