Optical Imaging Study to Analyze Structure and Biological Information of Cells and Tissues

Abstract

광학이미징 기술은 빛을 이용하여 인체내부의 정보를 비침습적으로 획득하는 기술이다. 현재 이 기술을 이용한 여러 광학 이미징 장치들이 있으며 대표적인 예로는, 광간섭 단층촬영장치, 공초점 현미경, 이광자 현미경 등이 있다. 이런 장치들은 기존의 초음파나 자기공명영상 장치보다 해상도는 월등히 높아졌지만 아직까지 세포 또는 분자 단위의 이미지가 불가능하다. 그리고 광을 이용하였을 때 인체내부에서 산란과 확산이 많이 일어나기 때문에 깊숙이 볼 수가 없다는 단점이 있다. 본 연구에서는 magneto-motive 기술과 광음향 단층촬영을 이용하여 이러한 단점을 극복하는 방법을 제시하고 있다.

첫째, 자기나노입자와 자기장의 상호작용을 이용하여 세포나 분자단위의 이미지가 가능하도록 하는 것이다. 이 기술의 원리는 자기나노입자를 흡수한 세포에 외부 자기장을 인가하게 되면, 이 자기장에 의해서 세포에 흡수된 자기나노입자가 반응을 한다. 수 마이크로 미터 단위로 발생하는 이 움직임을 광 이미징 장치를 이용하여 획득을 하여 이미징하는 것으로서 magneto-motive 기술이라고 한다. 이 기술을 이용하여 자기나노입자를 흡수한 대식세포에 외부 펄스 전자기장을 인가하여 대식세포가 반응하는 것을 광 간섭 단층촬영 장치를 이용하여 확인을 하였으며, 또한, 외부 자기장을 대식세포로부터 3 cm 떨어진 구간에서 인가하였기 때문에 향후 인체내부의 깊숙한 부분에서도 이미징 할 수 있는 가능성을 확인하였다.

둘째, 인체내부를 비침습적으로 깊숙이 이미지를 해서 기존의 광 이미징 단점을 극복한 광음향 단층장치를 개발하였다. 이 장비를 이용해서 유방암의 전이를 판단할 때 쓰이는 센티넬 림프노드를 찾는 실험과 방광요관역류를 진단하기 위한 방광 이미징 실험을 하였다. 단일벽 탄소나노튜브를 이용하여 기존의 림프노드와 방광 이미징에서 우려되는 방사능 노출의 위험을 방지하였으며, 또한 광음향 신호를 극대화 시킬 수 있었다. 쥐의 센티넬 림프노드와 방광을 비침습적으로 이미징할 수가 있었으며 광음향 단층촬영장치를 이용하여 유방암의 전이와 방광요관역류를 진단하여 기존의 의료장비들을 대체할 수 있는 가능성을 보여주었다.