살아있는 세포 조직을 고해상도로 분석할 수 있는 질량분석 이미징 기술이 개발됐다.
DGIST(총장 손상혁)는 문대원 뉴바이올로지전공 교수와 김재영 리서치펠로우 연구팀이 생체 샘플을 수 마이크로미터(㎛) 해상도로 분석할 수 있는 고분해능 질량분석 이미징 시스템을 개발했다고 18일 밝혔다.
질량분석 이미징 기술은 조직과 세포에서 생체 분자를 떼어내 질량을 측정하는 기술이다. 생체 분자 공간분포 정보를 알 수 있어 어떤 물질이 어느 부위에 얼마나 존재하는지를 측정할 수 있다.
그동안 높은 해상도의 질량분석 이미지를 얻기 위해서는 진공상태에서 생체 샘플을 분리시키는 이온빔 탈착 방식이나 레이저 탈착 방식을 주로 사용했다. 하지만 이 방법은 샘플을 얼려 자르거나 화학 처리하는 전처리 과정이 필요했다. 이 과정에서 샘플이 손상되거나 분자 정보가 줄어드는 부작용이 발생했다.
연구팀은 생체 샘플에서 생체 분자를 탈착시킬 때 펨토초 레이저를 사용하고, 생체 분자를 이온화할 때에는 플라즈마 젯을 이용해 생체 샘플의 질량분석을 동시에 진행했다.
또 생체 조직의 내포작용을 활용해 생체 샘플에 금 나노입자를 고르게 펴 낮은 레이저 출력으로도 생체 분자 탈착이 잘 일어나도록 했다.
생체 샘플의 대기압 이온화 질량분석 시 발생할 수 있는 공학적 문제를 해결하기 위해 이온 전달장치, 레이저 집속렌즈, 2D 스캐닝 스테이지, 장치 간 신호 동기회로 등을 추가해 시스템으로 완성했다.
이 시스템을 이용해 쥐의 뇌 조직인 해마 조직절편으로부터 250여개의 생체 분자 물질을 추출했다. 또 10여개 생체 분자 물질에서 분해능 3㎛ 이내의 질량분석 이미징을 획득했다.
질량분석 이미징 시스템을 조직 기반 신약 스크리닝 기술로 활용한다면 신약 개발 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 실험용 동물의 희생을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 샘플에서 검출할 수 있는 분자량의 영역을 넓히는 후속 연구를 진행해 신약 스크리닝, 질량분석 내시경 개발 등 의료진단 분야에 활용할 계획이다.
문대원 교수는 “대사활동을 하고 있는 생체 샘플에서 손상되지 않은 다량의 생체 분자 정보를 얻는 동시에 고해상도로 시각화할 수 있어 분자생물학 연구에 크게 기여할 것”이라고 말했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
