홀로그래피 영상으로 '알츠하이머 뇌' 들여다본다

KAIST 연구팀 기술 개발…"정상보다 빛 산란 거리 40％ 감소"

홀로그래피 기법을 이용해 알츠하이머 질환을객관적으로 연구할 수 있는 광학 기술이 나왔다.

한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 박용근 교수와 바이오및뇌공학과 정용 교수공동 연구팀이 홀로그래피와 자동화 스테이지를 활용해 뇌 조직 단면 전체 영역을촬영하는 데 성공했다고 17일 밝혔다.

뇌 구조는 뇌 기능이나 질병과 밀접하게 연관돼 있다. 알츠하이머에 걸린 뇌는회백질과 해마에 아밀로이드 반점이나 신경 섬유 엉킴 같은 비정상적 구조를 가진다.

신경과학 분야에서는 이 때문에 뇌 영상 촬영 기술 발전이 필수적이다.

자기공명영상(MRI)이나 양전자방출 단층 촬영(PET) 같은 현재의 영상 촬영 기술은 0.1㎜ 이하 세밀한 구조를 관찰하기 힘들다.

이를 보완하고자 조직 병리학 기법을 이용해 뇌의 단면 구조를 관찰하고 있으나, 뇌 조직이 투명해 촬영을 위해선 염색 과정을 거쳐야 한다.

그런데 이 과정에서 왜곡이 발생할 수 있는 데다 조직 병리로 얻은 정보는 수치화한 것이 아니어서 질병 진단을 위한 객관적인 기준 마련이 어렵다.

연구팀은 홀로그래피 현미경 기술을 통해 문제를 해결했다. 3차원 디스플레이와위조 방지 등에 활용되는 홀로그래피는 빛의 간섭 현상을 이용해 진폭과 위상을 기록하고 재생하는 기술이다.

연구팀의 홀로그래피 현미경은 빛의 간섭을 이용해 별도의 염색 과정 없이 조직의 굴절률 분포 수치 영상을 계산할 수 있다.

조직 샘플을 투과한 빛은 굴절률 분포에 따라 특정한 산란 과정을 거치는데, 굴절률 분포를 토대로 뇌 조직 안에서 빛이 산란하는 평균 거리와 산란 광이 퍼지는방향성을 정량화할 수 있었다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 특히 산란 평균 거리와 방향성 분포를 이용해 알츠하이머 인자를 가진쥐의 뇌 조직에서 발생하는 구조 변화도 수치화했다.

그 결과 알츠하이머 모델 해마와 회백질의 산란 평균 거리와 방향성이 정상보다줄었다. 산란 평균 거리는 약 40％ 감소했다.

이는 해마와 회백질 구조가 알츠하이머병으로 손상되고 불균일해지기 때문이라고 연구팀은 해석했다.

박용근 교수는 "알츠하이머와 파킨슨병을 비롯한 다양한 조직병리 연구에 광범위하게 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이무성 연구원과 이익성 박사가 공동 1저자로 참여한 연구 결과는 '사이언티픽리포트(Scientific Reports)' 3일 자 온라인판에 실렸다.

walden@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>