DGIST, 살아있는 조직 질량 분석하는 고해상도 질량분석 이미징 기술 개발

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대기압 환경에서 살아있는 생체 샘플의 고해상도 질량분석 이미징을 획득할 수 있는 고분해능 질량분석 이미징 시스템을 개발한 문대원 교수(왼쪽)와 김재영 리서치펠로우.
대기압 환경에서 살아있는 생체 샘플의 고해상도 질량분석 이미징을 획득할 수 있는 고분해능 질량분석 이미징 시스템을 개발한 문대원 교수(왼쪽)와 김재영 리서치펠로우.

살아있는 세포 조직을 고해상도로 분석할 수 있는 질량분석 이미징 기술이 개발됐다.

DGIST(총장 손상혁)는 문대원 뉴바이올로지전공 교수와 김재영 리서치펠로우 연구팀이 생체 샘플을 수 마이크로미터(㎛) 해상도로 분석할 수 있는 고분해능 질량분석 이미징 시스템을 개발했다고 18일 밝혔다.

질량분석 이미징 기술은 조직과 세포에서 생체 분자를 떼어내 질량을 측정하는 기술이다. 생체 분자 공간분포 정보를 알 수 있어 어떤 물질이 어느 부위에 얼마나 존재하는지를 측정할 수 있다.

그동안 높은 해상도의 질량분석 이미지를 얻기 위해서는 진공상태에서 생체 샘플을 분리시키는 이온빔 탈착 방식이나 레이저 탈착 방식을 주로 사용했다. 하지만 이 방법은 샘플을 얼려 자르거나 화학 처리하는 전처리 과정이 필요했다. 이 과정에서 샘플이 손상되거나 분자 정보가 줄어드는 부작용이 발생했다.

고분해능 대기압 질량분석 이미징 시스템 모식도(윗쪽)와 실제 시스템 사진(아랫쪽)
고분해능 대기압 질량분석 이미징 시스템 모식도(윗쪽)와 실제 시스템 사진(아랫쪽)

연구팀은 생체 샘플에서 생체 분자를 탈착시킬 때 펨토초 레이저를 사용하고, 생체 분자를 이온화할 때에는 플라즈마 젯을 이용해 생체 샘플의 질량분석을 동시에 진행했다.

또 생체 조직의 내포작용을 활용해 생체 샘플에 금 나노입자를 고르게 펴 낮은 레이저 출력으로도 생체 분자 탈착이 잘 일어나도록 했다.

생체 샘플의 대기압 이온화 질량분석 시 발생할 수 있는 공학적 문제를 해결하기 위해 이온 전달장치, 레이저 집속렌즈, 2D 스캐닝 스테이지, 장치 간 신호 동기회로 등을 추가해 시스템으로 완성했다.

이 시스템을 이용해 쥐의 뇌 조직인 해마 조직절편으로부터 250여개의 생체 분자 물질을 추출했다. 또 10여개 생체 분자 물질에서 분해능 3㎛ 이내의 질량분석 이미징을 획득했다.

질량분석 이미징 시스템을 조직 기반 신약 스크리닝 기술로 활용한다면 신약 개발 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 실험용 동물의 희생을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 샘플에서 검출할 수 있는 분자량의 영역을 넓히는 후속 연구를 진행해 신약 스크리닝, 질량분석 내시경 개발 등 의료진단 분야에 활용할 계획이다.

문대원 교수는 “대사활동을 하고 있는 생체 샘플에서 손상되지 않은 다량의 생체 분자 정보를 얻는 동시에 고해상도로 시각화할 수 있어 분자생물학 연구에 크게 기여할 것”이라고 말했다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com