나노 입자 추적분석 통해 입자 개수 등 측정
물질과 빛의 상호작용 원리를 바탕으로 빠르게 움직이는 나노미터(nm) 크기 분자들의 브라운 운동을 추적해 관찰하고, 하나하나의 생체 나노 입자가 가진 서로 다른 형광 신호를 측정하는 기술이 개발됐다.
나노 입자 추적분석법은 세계적으로 가장 보편적으로 사용되는 나노 입자 정량법으로, 촬영된 영상 속에 있는 나노 입자 집단을 단일 입자 단위로 관측하고 추적하는 분석법이다.
최근 POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 조시우 박사, 통합과정 이조한 씨 연구팀이 나노 입자 추적분석을 통해 입자의 개수, 크기, 산란광 밝기 등을 측정하고, 한 걸음 더 나아가 개별 입자가 가진 서로 다른 형광 신호를 측정하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
연구팀은 개별 세포 밖 소포의 크기와 단백질 발현의 특성화를 위한 형광 기반 나노 입자 추적 분석(NTA) 시스템을 구축했다.
이 시스템을 통해 4개의 서로 다른 파장을 가진 레이저 시트를 프로그래밍 된 순서에 따라 세포 밖 소포에 순차적 조광해산란광 신호 이미지와 형광 신호 이미지를 얻었다. 영상을 통해 관측된 수천 개에 달하는 개별 입자의 크기, 존재 비율, 산란광 밝기 등을 관찰하고, 3가지의 서로 다른 형광 밝기로 구성된 6차원 값을 얻을 수 있었다.
또한 제안된 나노 입자 추적 분석 시스템을 통해 생체 나노 입자 중 하나인 세포 밖 소포가 보유한 특정 단백질의 분포를 개별 입자 단위로 측정했고, 단백질 사이의 연관성을 분석했다.
이 나노 입자 추적법은 분석 도중에 사용자의 눈으로 나노 입자를 관측할 수 있고, 별도의 대조군 없이 샘플 주입 후 바로 개별 또는 전체 나노 입자의 정량적 데이터를 얻을 수 있다.
이에 새로운 이미징 기술을 통해 분자 수준에서 세포를 관찰하고, 생명 현상을 이해하는 중요한 단초를 얻을 수 있다.
예를 들어 모든 형태의 나노 입자를 대상으로 하고 있기 때문에 미세 먼지 등의 환경 모니터링, 바이러스 연구 및 개발을 위한 생체 나노 입자 분석, 다양한 체액 내 나노 입자 분석을 통한 질병 진단과 생체 모니터링에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
POSTECH 박재성 교수는 “이번 연구를 통해 다중 형광 나노 입자 분석 시스템을 개발함으로써 엑소좀의 서로 다른 단백질 간의 연관성을 분석할 수 있게 됐다”며 “앞으로 엑소좀에 관련된 산업과 연구 발전에 크게 기여할 것으로 보인다”고 말했다.
한편 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.
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| ▲순차적 조광 및 추적에 의한 세포 밖 소포의 형광 신호 분석 (사진=POSTECH 제공) |
물질과 빛의 상호작용 원리를 바탕으로 빠르게 움직이는 나노미터(nm) 크기 분자들의 브라운 운동을 추적해 관찰하고, 하나하나의 생체 나노 입자가 가진 서로 다른 형광 신호를 측정하는 기술이 개발됐다.
나노 입자 추적분석법은 세계적으로 가장 보편적으로 사용되는 나노 입자 정량법으로, 촬영된 영상 속에 있는 나노 입자 집단을 단일 입자 단위로 관측하고 추적하는 분석법이다.
최근 POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 조시우 박사, 통합과정 이조한 씨 연구팀이 나노 입자 추적분석을 통해 입자의 개수, 크기, 산란광 밝기 등을 측정하고, 한 걸음 더 나아가 개별 입자가 가진 서로 다른 형광 신호를 측정하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.
연구팀은 개별 세포 밖 소포의 크기와 단백질 발현의 특성화를 위한 형광 기반 나노 입자 추적 분석(NTA) 시스템을 구축했다.
이 시스템을 통해 4개의 서로 다른 파장을 가진 레이저 시트를 프로그래밍 된 순서에 따라 세포 밖 소포에 순차적 조광해산란광 신호 이미지와 형광 신호 이미지를 얻었다. 영상을 통해 관측된 수천 개에 달하는 개별 입자의 크기, 존재 비율, 산란광 밝기 등을 관찰하고, 3가지의 서로 다른 형광 밝기로 구성된 6차원 값을 얻을 수 있었다.
또한 제안된 나노 입자 추적 분석 시스템을 통해 생체 나노 입자 중 하나인 세포 밖 소포가 보유한 특정 단백질의 분포를 개별 입자 단위로 측정했고, 단백질 사이의 연관성을 분석했다.
이 나노 입자 추적법은 분석 도중에 사용자의 눈으로 나노 입자를 관측할 수 있고, 별도의 대조군 없이 샘플 주입 후 바로 개별 또는 전체 나노 입자의 정량적 데이터를 얻을 수 있다.
이에 새로운 이미징 기술을 통해 분자 수준에서 세포를 관찰하고, 생명 현상을 이해하는 중요한 단초를 얻을 수 있다.
예를 들어 모든 형태의 나노 입자를 대상으로 하고 있기 때문에 미세 먼지 등의 환경 모니터링, 바이러스 연구 및 개발을 위한 생체 나노 입자 분석, 다양한 체액 내 나노 입자 분석을 통한 질병 진단과 생체 모니터링에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
POSTECH 박재성 교수는 “이번 연구를 통해 다중 형광 나노 입자 분석 시스템을 개발함으로써 엑소좀의 서로 다른 단백질 간의 연관성을 분석할 수 있게 됐다”며 “앞으로 엑소좀에 관련된 산업과 연구 발전에 크게 기여할 것으로 보인다”고 말했다.
한편 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.
메디컬투데이 이대현 ([email protected])
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