혁신신약살롱, 6일 KAIST서 열려···토모큐브 공동설립자 박용근 KAIST 교수 강연
연구자 관심 높아져···딥러닝 결합한 연구도 수행

세포를 3차원으로 실시간 관찰하는 홀로토모그래픽(Holotomographic) 현미경. 데스크탑 크기의 이 현미경 앞에 사람들이 모여 있다. 이 장비에 플레이트를 올려 놓자 옆 모니터 화면에 실시간으로 세포의 모습이 3차원으로 시각화된다. 소프트웨어를 이용해 분석하거나 색깔 코딩 등의 편집도 가능하다. 관계자의 설명이 끝나자 다양한 질의 응답이 오간다.

지난 6일 오후 KAIST에서 열린 혁신신약살롱. 강연 후 이어진 시연 장면이다. 이 행사는 바이오·의약분야 기업, 대학, 연구기관 관계자들이 정보공유와 학습을 하기 위한 장으로 마련됐다.

의료장비 전문기업 토모큐브(대표 홍기현)의 CTO를 맡고 있는 박용근 KAIST 교수는 '혁신적인 홀로토모그래픽 현미경이 살아있는 세포 이미징 시대를 연다'를 주제로 강연했다.

6일 KAIST서 열린 혁신신약살롱에서 토모큐브 CTO를 맡고 있는 박용근 KAIST 교수가 강연하고 있다.<사진=강민구 기자>
6일 KAIST서 열린 혁신신약살롱에서 토모큐브 CTO를 맡고 있는 박용근 KAIST 교수가 강연하고 있다.<사진=강민구 기자>
◆ 형광 라벨 필요 없어···세포 염색하지 않고 관측 가능 

"세포가 고유하게 갖고 있는 굴절률을 이용했습니다. 빛의 세기와 방향 정보를 기록해 세포 질량, 특정 부위 농도 표현 등 정밀한 관찰이 가능하죠. 기존 형광염색법과는 상호 보완적 관계라고 할 수 있습니다."

질병 등 연구를 위해서는 세포 관찰이 필수적이다. 그동안 이를 위해 형광물질로 염색한 뒤 관찰해야 했다. 이 과정에서 독성으로 세포가 괴사하거나 일부 부작용도 존재했다.

박용근 교수에 따르면 무엇인가 관측하기 위해서는 물리적으로 적절한 빛의 산란이 필요하다. 산란이 적으면 보이지 않고, 지나치면 불투명하게 보이게 된다. 

주사전자현미경(SEM)과 원자현미경(AFM) 등을 이용해 2차원 이미지 중심의 생세포 이미징에 성공했지만 세포 특성 등 정량적 정보를 파악하기 어려웠다.

토모큐브에서 개발한 홀로토모그래픽 현미경은 이러한 문제를 해결하고 3차원 영상을 측정할 수 있다. 홀로그램과 초고속 CT(컴퓨터 단층촬영) 기술을 융합한 방식을 이용한 덕분이다.

최근에는 이 현미경으로 얻은 자료를 기반으로 머신러닝(Machine Learning)을 결합해 B세포, T세포 등 생체세포를 실시간 관찰하고 질병 감염 여부를 판단하는 연구도 수행하고 있다. 관련된 정보를 축적해 데이터 정량화와 클라우드 시스템 도입 등도 목표로 하고 있다.

실제 실험에서 박테리아를 구분하는데에도 성공했다. 기존 박테리아 판별에 하루 이상의 장시간이 소요된 것을 감안하면 90~95% 수준으로 단시간 내 꽤 정확한 판별이 가능하다. 또 헬라세포 세포자멸, 간세포 괴사 등 일부분을 4차원 세포 이미지로 관측하기도 했다

연구자들의 관심도 높아지고 있는 추세다. 박 교수는 홀로토모그래피와 관련된 학회를 공동 창립했는데 매년 규모가 확장되고 있다. 막스플랑크협회 등 세계적인 연구그룹도 이 장비를 활용해 논문을 게재했다. 토모큐브는 올해 여름과 겨울 고분해능 현미경 등 신제품을 잇달아 출시해 관련 시장을 선도해 나갈 계획이다. 

박 교수는 "10년 후에는 눈으로 현미경을 보지 않고 모든 관찰 단계가 자동화 될 것이라 예상한다"면서 "줄기세포, 면역세포 등 질병 연구의 혁신을 이끌 수 있는 만큼 더 많은 연구자들이 관심을 가졌으면 한다"고 말했다.

한편, 혁신신약살롱은  2012년부터 자발적으로 시작됐다. 바이오와 신약분야 연구자들은 한달에 한번 정기적인 모임을 갖고 최신 연구동향과 정보를 교환한다. 

3차원 영상 이미징 시연을 하고 있는 모습.<사진=강민구 기자>
3차원 영상 이미징 시연을 하고 있는 모습.<사진=강민구 기자>
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