세포의 외부와 내부를 3차원적으로 관찰하는 고해상도 이미징 기술

(A new combination of microscope techniques allows scientists to image cells inside and out in high definition and 3D. Credit: LBNI-LBEN)

(The team's new microscopy imaging technique allows scientists to watch a range of cellular processes. Credit: LBNI-LBEN)

과학자들은 최신 이미징 기술의 도움으로 세포의 형태는 물론이고 이제는 표면의 변화와 내부 세포 소기관 및 골격, 물질의 이동까지 실시간으로 확인할 수 있습니다. 하지만, 살아 있는 세포의 3차원적 모습을 디테일하게 분석하는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 전자 현미경을 통해 작은 세포 소기관의 모습도 확인할 순 있지만, 이 과정에서 우선 세포를 죽여야 하기 때문에 살이 있는 상태에서의 진짜 모습을 관찰하기는 어려운 것입니다.

스위수 로잔 연방 공과대학 (EPEL)의 과학자들은 세포 손상을 최소화하면서 내부와 외부의 3차원 이미지를 디테일하게 시각화하는 기술을 개발했습니다. 연구팀은 사물의 표면을 미세한 바늘로 스캔하는 원자 현미경 (scanning probe microscopy) 기술에서 미세한 바늘을 이온의 흐름을 감지할 수 있는 글라스 나노포어 (glass nanopore)로 대체해 세포 손상을 최소화하면서도 표면의 미세한 모습을 관측하는데 성공했습니다. 연구팀은 이 기술을 scanning ion conductance microscopy (SICM)으로 명명했습니다.

연구팀은 SICM을 기존에 있던 또 다른 이미징 기술인 SOFI (stochastic optical fluctuation imaging)과 통합했는데, 전자는 세포의 표면을 후자는 내부의 미세 구조를 관찰할 수 있습니다. 이 기술 덕분에 포유류 세포의 분화나 분열, 표면의 변화, 박테리아의 세포 침투를 세포에 손상을 가하지 않고 상세하게 관찰할 수 있게 됐습니다.

(New imaging method gives live glimpse into how cells work)

새로운 이미징 기술의 발전은 기초 생물학, 의학 연구 뿐 아니라 신약과 백신 개발을 통해 인류에게 실질적인 기여를 할 수 있습니다. 코로나 19 대유행 같은 신종 전염병 유행에서도 빠른 속도로 백신과 치료제 개발이 가능했던 이유는 SARS-CoV-2 바이러스의 구조와 각 부분의 기능에 대해서 많은 것을 금방 파악한 덕분입니다. 앞으로 새 이미징 기술이 질병의 예방과 치료에 크게 기여하기를 기대합니다.

참고

https://newatlas.com/science/microscope-imaging-cells-sicm-sofi/

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c05202

https://www.nature.com/articles/s41467-021-24901-3

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