카이스트 홀로토모그래피 디지털 수차 보정기술 개발... 3차원 생체조직 영상 고해상도로 본다

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 박용근 카이스트 물리학과 교수 연구팀이 별도의 염색 없이 두꺼운 생체 조직의 3차원 영상을 고해상도로 관찰할 수 있는 디지털 수차 보정 기술을 개발했다.

기존 광학 기술로 두꺼운 생체 조직을 관찰할 경우, 조직 내부에서 발생하는 빛의 산란으로 인해 광학적 수차(aberration)가 생겨 영상 품질이 저하됐다.

연구팀은 광학적 메모리 효과(optical memory effect)를 활용해 두꺼운 생체 조직을 실시간으로 고해상도로 관찰하는 기술을 개발했다. 이 기술은 기존 적응형 광학(adaptive optics) 기술보다 더욱 강력한 보정 효과를 제공하여, 생체 조직 내부의 구조를 보다 선명하게 포착할 수 있다.

광학적 메모리 효과를 이용하여 빛의 작은 입사각 변화에서 발생하는 위상 차이를 분석하고, 이를 기반으로 수차를 검출하고 보정하는 방법을 제안했다. 실험적으로 본 기법을 검증하기 위해 투과 홀로토모그래피 (Holotomography, HT) 시스템을 구축하고 두꺼운 인간 조직 샘플을 대상으로 적용했다. 

연구 결과, 기존의 광학 수차 보정 방법이 실패하는 환경에서도 수차를 효과적으로 보정할 수 있었다. 

이러한 기법은 시료의 움직임이 강한 경우에도 잘 작동했다. 이로써 생체 조직의 실시간 고해상도 이미징이 가능함을 입증했다. 

결과적으로 연구팀은 생체 조직 내부의 세포 구조를 더욱 세밀하게 관찰할 수 있었다. 또한 마이크로미터 크기의 시료에서 발생하는 동적 변화를 실시간으로 포착하는 데 성공했다.

카이스트 측은 “이번 연구는 조직 병리학, 신약 개발, 생물학 연구 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 새로운 이미징 기술을 제시했으며 기존 기술이 극복하지 못한 심층 조직 이미징의 한계를 뛰어넘는 성가로 평가된다”며 “이를 통해 생명과학 및 의료 분야에서 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 전했다. 

박용근 교수는 “이번 연구는 기존 이미징 기술의 한계를 극복하는 새로운 접근 방식으로 홀로토모그래피 기반 비침습적 생체 이미징 및 진단 연구에 큰 영향을 미칠 것”이라며 “앞으로는 생체 조직의 더욱 정밀한 3차원 이미징을 통해 세포 수준에서의 다양한 생명현상을 이해하는 연구를 지속할 계획”이라고 말했다.

다양한 생명과학 분야에서의 적용 가능성을 인정받고 있는 해당 기술에 대한 연구 결과는 2월 17일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’에 온라인 게재됐다. 

한편 이번 연구는 한국연구재단 리더연구사업 및 한국산업기술진흥원 글로벌산업기술협력센터사업의 지원을 받아 수행됐다.