김준기 울산의대 서울아산병원 융합의학과 교수팀은 이광자 생체 현미경(two-photon microscopy)에 초해상도 영상 기법인 방사형 변동 기반 영상화 기술(SRRF)을 접목해, 살아 있는 쥐의 간세포 내 미토콘드리아를 장시간 안정적으로 관찰하는 데 성공했다고 3일 밝혔다.
기존 광학 현미경은 회절 한계로 인해 세포 소기관 수준의 해상도를 확보하기 어렵고, 생체 내에서는 조직의 미세 움직임으로 인해 영상 획득이 더욱 제한됐다. 김 교수팀은 이를 극복하기 위해 영상 안정화 장치를 자체 개발하고, 자기지도학습 기반 잡음 제거 알고리즘을 적용해 영상 품질을 높였다.
특히, 복잡한 광학 장비 없이 수학적 이미지 분석만으로 해상도를 기존 대비 2~3배 향상시켰고, 푸리에 링 상관 분석(FRC)을 통해 이를 정량적으로 검증했다. 이 기술은 형광 표지나 추가 장비 없이 미토콘드리아의 세부 구조까지 시각화할 수 있는 것이 특징이다.
연구팀은 해당 기술을 활용해 알코올성 간질환 쥐 모델에서 미토콘드리아의 형태 변화를 실시간으로 추적했다. 대조군에서는 정상적인 섬유형 네트워크 구조가 보인 반면, 알코올 노출군에서는 미토콘드리아 파편화 등 기능 저하의 특징이 뚜렷하게 나타났다.
또한 연구팀은 천연물인 버버린(berberine)의 간 보호 효과도 관찰했다. 알코올을 투여한 후 버버린을 투여한 생쥐에서는 미토콘드리아 구조가 회복되며 손상이 줄어드는 모습이 나타나, 버버린의 치료 가능성도 함께 제시됐다.
이번 연구는 보건복지부와 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐으며, 광학 분야 권위지 ‘옵토 일렉트로닉 어드밴시스(Opto-Electronic Advances, IF 22.4)’에 표지 논문으로 게재됐다.
임혜정 하이뉴스(Hinews) 기자
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