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AI 장착, 세포 LIVE 촬영···'토모큐브' 유니콘 향한 잰걸음

살아있는 세포 염색하지 않고 3차원 실시간 촬영 가능
인공지능(AI)으로 기술 고도화···진단 분야로 영역 확장

토모큐브가 자체 개발한 현미경으로 미세먼지가 세포에 침투하는 모습을 촬영했다. <영상=토모큐브 유튜브>
박용근 토모큐브 CTO(최고기술책임자)가 최근 인공지능(AI)까지 장착한 3차원 홀로그래피 현미경을 소개하고 있다. <사진=김인한 기자>박용근 토모큐브 CTO(최고기술책임자)가 최근 인공지능(AI)까지 장착한 3차원 홀로그래피 현미경을 소개하고 있다. <사진=김인한 기자>

신종 코로나바이러스 확산세로 눈에 보이지 않는 세계를 가시화하려는 움직임이 이어지고 있는 가운데, 지름 10㎛(10-5m) 이하 입자는 물론 100nm(10-7m) 입자까지 볼 수 있는 현미경이 새삼 화제가 되고 있다. 살아 있는 세포를 염색도 하지 않고, 3차원으로 촬영할 수 있는 기술이다. 적혈구·백혈구는 물론 암세포까지 찍을 수 있다.

대덕특구 스타트업 '토모큐브' 현미경 이야기다. 최근 인공지능(AI) 기술을 더해 연구와 진단 분야에 혁신을 불러일으키고 있어 기술벤처 업계의 블루칩으로 떠오르고 있다. 3차원 홀로그래피 기술을 결합한 현미경으로 연구의 패러다임을 바꿨던 토모큐브가 이제 AI까지 장착해 진단 분야는 물론 미세먼지와 같은 공공 보건 분야에도 새로운 패러다임을 제시하고 나섰다. 

토모큐브가 자체 개발한 홀로토모그래피-2(HT·Holotomoraphy) 모델은 세포 속으로 미세먼지가 들어가는 모습이나, 세포들이 동적으로 움직이는 영상을 '라이브'로 찍을 수 있다. 세계적으로 이 분야를 선도하고 있어 차세대 유니콘(기업가치 10억 달러 이상인 비상장 기업) 후보로 꼽힌다.

기존 현미경에선 세포를 전처리하거나 유전자 조작을 해야 하기 때문에 세포가 살아 있는 상태가 아니었다. 살아 있더라도 변형이 생기면서 여러 문제가 발생한다. 전처리 과정이 짧게는 수 시간, 길게는 하룻밤이 걸리기 때문에 세포를 바로 볼 수 없었다.

토모큐브는 이를 극복한 솔루션을 내놨다. 박용근 토모큐브 CTO(최고기술책임자)는 "기술 원리는 엑스선 CT의 레이저 버전"이라고 설명했다. 엑스선을 여러 각도에서 인체에 투영하고, 이를 컴퓨터로 재구성해 인체 내부 단면을 보는 CT와 원리가 유사하다는 의미다.

토모큐브 현미경도 세포 형상을 다양한 각도에서 촬영해 컴퓨터로 복원하는 식이다. 샘플을 올려놓고 버튼만 누르면 1초 만에 세포 내부 구조를 볼 수 있다. 세포 전처리가 필요 없어 세포를 있는 그대로 볼 수 있는 것이다. 

◆ 세포 속 미세먼지 침투 과정 'LIVE' 촬영

양수아 토모큐브 사이언스팀 연구원은 살아있는 세포 속에 미세먼지가 들어가는 모습을 실시간으로 촬영했다. 해당 연구 과정을 설명하는 양 연구원의 모습. <사진=김인한 기자>양수아 토모큐브 사이언스팀 연구원은 살아있는 세포 속에 미세먼지가 들어가는 모습을 실시간으로 촬영했다. 해당 연구 과정을 설명하는 양 연구원의 모습. <사진=김인한 기자>

AI는 토모큐브의 첨단 기술을 더욱 고도화시키고 있다. 미세먼지를 측정할 수 있는 분야에도 적용했다. 지난해 양수아 토모큐브 사이언스팀 연구원은 살아있는 세포 속으로 미세먼지가 들어가는 모습을 현미경으로 촬영하는데 성공했다. 

양 연구원은 "저희 현미경으로는 세포를 보기 위해 형광 염색을 하거나 고정을 할 필요가 없기 때문에 라이브로 볼 수 있다"면서 "미세먼지뿐만 아니라 미세플라스틱 등으로 인한 세포에 영향을 연구해볼 수 있는 가능성을 보기 위해 연구를 진행했다"고 말했다. 

토모큐브 현미경을 이용해 정부출연연구기관과 대학 등에서 미세먼지 연구도 활발히 진행 중이다. 예컨대 미세먼지가 대식세포에 어떤 영향을 미치는지 등 관련 연구가 이어지고 있다. 전 세계적으로 토모큐브 현미경은 약 100여 대 설치되어 있다.  

◆ AI로 기술 고도화···진단 분야로 영역 확장

토모큐브는 기술을 지속적으로 고도화하면서 영역도 연구 단위에서 진단 분야로 확장하고 있다. 면역 항암으로 주목받는 CAR-T세포 치료제가 암세포를 죽이는 장면을 토모큐브 현미경으로 찍을 수 있다. AI를 학습시켜 CAR-T세포 치료제와 암세포를 인식해 색깔까지 칠해준다.

일반 현미경으로는 박테리아를 찍으면 윤곽만 보이지만, 토모큐브 현미경은 내부까지 보인다. 박테리아를 종류별로 몇백 개를 찍은 다음 AI 학습을 시켜 분석하면 새로운 박테리아가 어떤 종인지 95% 정도 맞출 수 있다. 기존 방법으로는 3일 걸릴 일을, 토모큐브 현미경으로는 단 몇 초 안에 검사 결과가 끝난다. 

토모큐브는 이러한 진단 기술 상용화를 위해 삼성병원과 협업하고 있다. 박 CTO는 "패혈증 환자는 대부분 급성 감염으로 24시간 안에 돌아가신다"라며 "어떤 박테리아 때문에 감염이 됐는지 알아야 적절한 항생제를 쓰는데 현재는 3~5가지 종류의 항생제를 사람에게 쓰는 방법밖에 없다"고 설명했다.

그는 "바라건대 급성 감염 환자가 왔을 때 며칠씩이나 시간이 걸리는 진단을 빠르고 정확하게 할 수 있다면 효과적일 것"이라며 "진단을 더 빠르게 하기 위해 세포의 형태를 AI로 분석하는 기술을 고도화하고 있다. 궁극적으로 AI와 저희가 가진 홀로그래피 기술을 이용해 연구와 진단 쪽에 혁신을 가져가겠다"고 포부를 밝혔다.

토모큐브는 현재까지 ▲한미사이언스 ▲소프트뱅크벤처스 ▲데일리파트너스 ▲컴퍼니케이파트너스 ▲인터베스트 ▲블루포인트파트너스 등으로부터 투자자금을 230억원가량 확보했다. 북미 진단 관련 바이오 기업과 전략적 협력을 맺고 미국식품의약청(FDA) 임상 논의도 진행할 예정이다. 토모큐브는 AI를 장착한 3차원 홀로그래피 현미경 기술로 진단 분야에 입지를 다지고, 2021년 기업 공개(IPO)도 목표하고 있다.  

◆ 토모큐브는?

연구·진단용 3차원 홀로그래피 기술을 적용한 현미경을 주력 개발하는 스타트업(초기 벤처기업)이다. 최근 인공지능(AI) 관련 연구개발을 진행하며 기술을 고도화하고 있다. 박용근 CTO(최고기술책임자)가 홍기현 대표(CEO)와 함께 창업했다. 박용근 CTO가 KAIST 물리학과 교수로 재임하던 시절 진행하던 연구가 시작점이 됐다.  

▲ 설립 : 2015년 8월
▲ 인력 : 30여 명
▲ 투자 : 한미사이언스, 소프트뱅크벤처스, 데일리파트너스 등으로부터 230억원 유치
▲ 위치 : 대전광역시 유성구 유성대로1184번길 48
▲ 전화 : 042-863-1100
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