세포 내부를 훤히 들여다 볼 수 있는 내시경이 국내 연구진에 의해 개발됐다. KAIST 바이오 및 뇌공학과 박지호 교수 연구팀은 미세한 빛을 주고받을 수 있는 광학 나노와이어를 이용해 세포내에서 나오는 미세한 광학신호를 세계 최초로 검출하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

이 기술개발로 사람의 내장 장기를 직접 관찰하는 내시경처럼 세포의 손상 없이 고해상도로 세포 내부를 관찰할 수 있어 세포 내에서 일어나는 미세한 생물학적 현상을 연구해 질병을 보다 효과적으로 치료할 수 있을 것이란 기대다.

그동안 배양된 세포를 관찰하는 데는 광학적 회절한계를 극복하는 초고해상도 현미경을 사용해왔다. 그러나 이 경우 매우 복잡하고 거대한 시스템이 필요하기 때문에 생체 내 불투명한 부위에 위치한 세포를 실시간 관찰하기에는 역부족이었다.

박 교수 연구팀이 개발한 광학 나노와이어는 지름이 100나노미터(1나노미터는 10억분의 1m)로 세포에 삽입해도 손상되지 않을 만큼 작게 만들었으며 재료는 빛이 잘 통과하는 주석산화물로 구성된 반도체를 사용했다.

연구팀은 자체개발한 광학 나노와이어를 빛의 송수신에 많이 사용되는 광섬유 끝에 연결해 광섬유로부터 나오는 빛이 나노와이어를 통해 세포 내 특정부위에 전달되고, 또한 세포에서 나오는 광학신호를 검출하는 데 성공했다.

이와 함께 연구팀은 나노와이어에 세포가 손상되지 않는 것에 착안해 나노와이어의 끝에 빛에 반응하는 물질을 입히고 이를 세포에 삽입했다. 그런 다음 빛을 전달하면 그 물질이 빛에 반응해 세포내로 침투하는 것을 확인했다. 따라서 약물을 세포 내 특정부위에 효과적으로 전달해 치료목적으로도 이용할 수 있는 가능성을 제시했다.

박지호 교수는 “이번 연구에서는 생체 외에서 배양된 세포에만 적용했지만 곧 이 기술을 생체 내에 위치하는 특정세포를 아주 미세하게 광학적으로 자극하고 조정할 수 있게 될 것“이라며 ”앞으로 생체 내 특성부위의 세포 안에서 일어나는 생물학적 현상을 연구해 질병을 효과적으로 치료하는 데 활용될 수 있을 것”이라고 강조했다.

한편, 이번 연구 결과는 세계적 권위의 나노기술 학술지인 ‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’ 지난해 12월 18일자 온라인 판에 게재됐다.

<대전=이권형 기자/@sksrjqnrnl> / kwonh@heraldm.com