역대급 해상도로 관찰한 인간 시각 세포

(Researchers used a new imaging technique based on adaptive optics scanning light ophthalmoscopy to acquire images of the smallest cone photoreceptors in the living human eye (left). They also combined their approach with non-confocal split detection (right) to better see the inner segments of the same photoreceptors. The two images are acquired simultaneously and are co-registered with each other. Credit: Johnny Tam, National Eye Institute)

(The researchers customized this adaptive optics scanning light ophthalmoscope to improve the imaging resolution by strategically blocking light in various locations of the instrument. Using less light is an advantage for imaging the human eye. Credit: Johnny Tam, National Eye Institute)

 과학자들이 인간 시각 세포의 입체적인 구조를 더 상세하게 촬영할 수 있는 광학 기술을 개발했습니다. 인간의 광수용체세포 (photoreceptor cell)은 색을 인식하는 원추 세포 (cone photoreceptor)와 어두운 환경에서 빛을 감지하는 간상 세포 (rod photoreceptor)의 두 가지로 나뉘어집니다. 이 광수옹체세포는 한 번 손상되면 회복이 쉽지 않기 때문에 망막 손상을 초기에 진단해서 치료하고 예방할 필요가 있습니다. 

 국립 눈 연구소의 조니 탐 (Johnny Tam from the National Eye Institute)과 그 동료들은 원추 세포와 간상 세포의 모습을 선명하게 촬영할 수 있는 새로운 이미징 기술을 개발했습니다. 현재 안과 의사들은 망막의 모습을 상세하게 볼 수 있는 여러 가지 안저 촬영 기술을 사용하고 있지만, 여전히 해상도의 한계는 존재합니다. 

 사실 최신 광학 현미경은 현미경의 해상도 한계로 여겨졌던 회절 한계 (diffraction limit of light)를 뛰어넘을 수 있는 첨단 이미징 기술을 사용하고 있습니다. 하지만 인간의 눈의 경우 수정체와 각막 같은 자연적인 구조물이 빛을 왜곡시키고 인간의 눈에 너머 강한 빛이나 에너지를 사용할 수 없기 때문에 상당한 한계가 있을 수밖에 없었습니다. 

 연구팀은 적응 광학 기술의 일종인 적응 광학 스캐닝 광 검안경 검사 (adaptive optics scanning light ophthalmoscopy)법을 한 단계 더 발전시켰습니다. 연구팀은 해상도를 높이기 위해 여러 가지 광원을 차단해 보고자 하는 부분을 더 강하게 관찰했습니다. 그 결과 고리 모양의 빔을 이용해 눈 안쪽을 더 높은 해상도로 확인할 수 있었습니다. 그리고 이를 non-confocal split-detection 라는 현미경 기술을 이용해서 처리했습니다. 

 다섯 명의 건강한 자원자에서 얻은 이미지는 33% 정도 수평 이미지가 향상되고 13% 정도 수직 이미지가 향상되어 매우 선명한 원추세포와 간상세포의 모습을 확인할 수 있었습니다. (사진) 연구팀은 이를 통해 각종 망막 질환의 빠른 진단이 가능해질 것으로 기대하고 있습니다. 

 아무튼 단순 안저 사진이 아니라 세포 하나의 모습을 확인할 수 있을 정도로 고해상도 이미지 촬영이 가능하다는 점이 놀랍습니다. 저는 안과 의사가 아니지만, 실제 임상에서 쓰이면 의사들의 반응이 어떨지 궁금합니다. 

 참고 

Rongwen Lu et al, In vivo sub-diffraction adaptive optics imaging of photoreceptors in the human eye with annular pupil illumination and sub-Airy detection, Optica (2021). DOI: 10.1364/OPTICA.414206

https://phys.org/news/2021-03-resolution-imaging-human-eye.html