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췌장 등 생체조직 고해상도 홀로토모그래피 성공​
조회수 : 1586 등록일 : 2025-03-05 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 물리학과 에르베 우고네 박사, 오철민 석박사통합과정, 박용근 교수

< (왼쪽부터) 물리학과 에르베 우고네 박사, 오철민 석박사통합과정, 박용근 교수 >

기존 광학 기술은 두꺼운 생체 조직을 관찰할 때, 조직 내부에서 발생하는 빛의 산란으로 인해 광학적 수차(aberration)가 생기고, 이로 인해 영상 품질이 저하되는 한계가 있었다. 우리 연구진이 디지털 수차 보정 기술을 개발하여 두꺼운 생체 조직의 3차원 영상을 정밀하게 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 

우리 대학 물리학과 박용근 교수 연구팀이 별도의 염색 없이 두꺼운 생체 조직의 3차원 영상을 고해상도로 관찰할 수 있는 디지털 수차 보정 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. 

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 효과: 빛이 기울어질 때, 산란된 빛도 함께 기울어지는 현상으로, 생체 조직과 같은 복잡한 산란 매질에서도 관찰 가능함. 

새롭게 개발된 기법을 적용한 결과, 연구진은 생체 조직 내부의 세포 구조를 더욱 세밀하게 관찰할 수 있었으며, 마이크로미터 크기의 시료에서 발생하는 동적 변화를 실시간으로 포착하는 데 성공했다.

그림 1. 연구 흐름도. 광학 기억 효과를 이용하여 복잡한 수차 복원 및 정량적 분석을 할 수 있다. 본 연구팀에서는 현미경의 해상도를 떨어트리는 광학 수차를 보정하기 위해 빛의 산란의 물리적 특성인 광학 기억 효과를 활용하였으며 수차가 보정된 고해상도 3차원 이미지를 복원하였다.

< 그림 1. 연구 흐름도. 광학 기억 효과를 이용하여 복잡한 수차 복원 및 정량적 분석을 할 수 있다. 본 연구팀에서는 현미경의 해상도를 떨어트리는 광학 수차를 보정하기 위해 빛의 산란의 물리적 특성인 광학 기억 효과를 활용하였으며 수차가 보정된 고해상도 3차원 이미지를 복원하였다. >

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 성과로 평가괸다. 이를 통해 생명과학 및 의료 분야에서 큰 기여를 할 것으로 기대된다. 

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

그림 2. 수차 보정 이미징 결과. 인체 조직의 투과 홀로토모그래피 영상에 본 기법을 적용함으로써, 기존 방법으로는 관찰하기 어려웠던 두꺼운 조직의 고해상도 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 움직이는 시료에서 발생하는 수차를 보정하여 마이크로미터 크기의 입자 움직임을 정밀하게 분석할 수 있다.

< 그림 2. 수차 보정 이미징 결과. 인체 조직의 투과 홀로토모그래피 영상에 본 기법을 적용함으로써, 기존 방법으로는 관찰하기 어려웠던 두꺼운 조직의 고해상도 이미지를 얻을 수 있다. 또한, 움직이는 시료에서 발생하는 수차를 보정하여 마이크로미터 크기의 입자 움직임을 정밀하게 분석할 수 있다. >

물리학과 오철민 석박사통합과정 학생이 제1 저자인 이번 연구 결과는 지난 2월 17일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)’에 온라인 게재됐으며, 해당 기술은 다양한 생명과학 분야에서의 적용 가능성을 인정받고 있다.

(논문명: Digital aberration correction for enhanced thick tissue imaging exploiting aberration matrix and tilt-tilt correlation from the optical memory effect) DOI: 10.1038/s41467-025-56865-z 

이번 연구는 한국연구재단 리더연구사업 및 한국산업기술진흥원 글로벌산업기술협력센터사업의 지원을 받아 수행됐다.

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