박정훈 UNIST 교수, 뇌세포 관찰 가능한 '다개구 광학 현미경' 개발

박정훈 UNIST 교수와 광학 현미경 장비.
박정훈 UNIST 교수와 광학 현미경 장비.

살아있는 생물의 몸속 깊은 곳을 살펴볼 수 있는 '광학 현미경'이 개발됐다. 뇌 신경 세포까지 정확하게 관찰할 수 있다.

울산과학기술원(UNIST·총장 정무영)은 박정훈 생명과학부 교수가 멩 쿠이 미국 퍼듀대 교수와 공동으로 '다개구 보정광학 현미경(MPAO)'을 개발했다고 17일 밝혔다.

박 교수팀은 MPAO를 이용해 살아있는 쥐의 뇌 신경세포와 혈관 등 생체 깊숙한 곳을 고해상도로 관찰하는데 성공했다.

광학 현미경은 빛으로 세포 같은 미세한 물체를 비춰 상(이미지)을 확대하고 관찰할 수 있는 기구다. 세포를 관찰하려면 세포 조직을 얇게 잘라야 한다. 이때 시료가 너무 두꺼우면 광초점을 제대로 형성하지 못해 고해상도 이미지를 얻기 어렵다.

박 교수팀은 생체 조직에서 '빛의 파면'이 어떻게 왜곡되는지를 측정해 '빛의 파면'을 조절하는 방식으로 이러한 문제를 해결했다. 빛이 입사되는 파면 모양을 특수하게 설계해 복수산란으로 일그러진 빛의 경로를 바로잡은 것이다. 빛을 특정 경로로 나아가도록 설계해 현미경으로 고해상도 이미지를 얻을 수 있도록 했다.

다개구 광학 현미경으로 관찰한 쥐의 혈관.
다개구 광학 현미경으로 관찰한 쥐의 혈관.

박 교수팀은 광학 현미경에 다개구(Multi-Pupil)시스템을 적용했다. 다개구시스템은 하나의 대물렌즈를 마치 여러 개의 독립적인 렌즈처럼 사용해 '넓은 영역'에서 고해상도 이미지를 얻을 수 있는 기술이다.

박정훈 교수는 “뇌 활동을 이해하려면 넓은 영역에 분포된 뇌세포 사이에서 역동적인 연결 관계를 직접 봐야한다. 뇌뿐 아니라 살아있는 생체조직의 깊숙한 곳까지 고해상도로 실시간 관찰할 수 있는 창을 만든 셈”이라면서 “신개념 다개구 보정광학 현미경을 이용하면 생명 현상을 자연 상태 그대로 관찰 가능해 현재 실험실에 국한돼 있는 광학 현미경 기술을 임상으로 확대시킬 계기가 될 것”이라 말했다.

울산=임동식기자 dslim@etnews.com