[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 유홍기 카이스트 기계공학과 교수 연구팀이 김진원 고려대학교 구로병원 심혈관센터 교수 연구팀과 함께 혈관 내 세포의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 새로운 생체 내 영상 획득 기술을 개발했다.

연구팀은 초점 가변 렌즈를 생체 내 광학 현미경에 도입해 동맥의 움직임을 추정했고, 이를 현미경의 초점 평면과 동기화하는 기법을 개발했다.

초점 가변 렌즈는 투명한 액체로 채워진 특수한 렌즈다. 전기적 신호를 통해 액체를 둘러싼 탄성막의 곡률 반경을 변화시켜 초점 거리를 조절할 수 있다. 탄성막이 더 볼록해져서 곡률 반경이 작아지면 초점 거리가 짧아지고, 반대로 탄성막이 덜 볼록해져서 곡률 반경이 커지면 초점 거리가 길어지게 된다. 이러한 방식으로 기계적인 움직임 없이도 빠르게 초점을 조절할 수 있다.

이 기술을 통해 동맥의 움직임으로 인한 이미지 간의 상관 계수를 4배 높였다. 이와 함께 시간해상도를 57% 향상해 혈관 내 면역세포의 빠른 움직임을 실시간으로 관찰했다.

해당 기술을 통해 동맥의 움직임으로 인한 영상 왜곡을 크게 줄이고 초점을 안정적으로 유지했다. 이로써 영상을 놓치지 않고 혈관 내에서 빠르게 움직이는 면역세포를 실시간으로 관찰하는 데 성공했다.

연구팀은 만성 스트레스에 노출된 실험군 쥐와 대조군 쥐의 경동맥에서 생체 내 영상 획득에 본 기술을 적용했고, 동맥경화 병변의 진행 정도를 세포 수준의 해상도에서 정량적으로 평가할 수 있었다.

만성 스트레스에 노출된 쥐의 경동맥에서 골수 세포의 침윤이 대조군 대비 6.09배 증가했으며, 추적 영상에서는 골수 세포가 2.45배 더 증가하는 것을 확인했다. 또한 조직학적 분석을 통해 스트레스가 동맥경화반의 크기와 염증을 증가시키고, 섬유성 막을 얇게 만들어 경화반의 불안정성을 높인다는 것을 입증했다.

유 교수는 “이번 연구를 통해 비접촉 방법으로 동맥의 움직임을 정확하게 추정할 수 있었다”며 “이 방법은 실험동물의 높은 생존율을 보장할 수 있어 만성 스트레스가 미치는 영향을 종단 연구로 입증할 수 있었다”고 전했다. 또한 “이 기술은 우수한 시간 해상도를 제공해 스트레스가 심혈관 질환에 미치는 영향을 세포 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있어 앞으로 스트레스 관련 심혈관 질환의 발병 기전을 규명하고 새로운 치료법을 개발하는 데 중요한 도구로 활용될 것으로 기대하고 있다”고 강조했다. 

한편 이번 연구는 한국연구재단, 범부처전주기의료기기연구개발사업단의 지원을 받아 수행됐다.