[학생 인터뷰] 윤동조 박사과정 학생, 비표지 3차원 신경 이미징 기술 연구

3차원으로 촬영된 신경세포의 발달과정.png

〈3차원으로 촬영된 신경세포의 발달과정〉

이번 학생 인터뷰에서는 최근 국제 학술지 ‘Biomedical Optics Express’를 통해 알려진 3차원 신경세포 이미징 기술에 대해 공동으로 연구를 진행하신 윤동조 박사과정 학생을 인터뷰하였습니다.

안녕하세요, 바쁘실 텐데 인터뷰에 참여해 주셔서 감사합니다. 진행하신 연구에 대해 몇 가지 질문을 드리겠습니다.

Q1. 자기소개 부탁드립니다.

안녕하세요. 남윤기 교수님 연구실에서 engineered 3D neuronal model 관련 연구를 하고 있는 박사과정 윤동조 라고 합니다.

Q2. 3차원 신경 세포 이미징 기술의 중요성에 대해 설명해 주실 수 있나요?

3차원 환경에서 배양된 신경세포는 전기생리학 활동, 세포 밀도, 생존률, axon의 성장과 같은 특성들이 체내 신경세포들이 가진 특성에 보다 가깝게 구현된다는 점에서 3차원 신경세포 모델 연구가 활발히 이루어 지고 있습니다. 신경세포의 경우 자라난 형태에 따라 신경생리학적 특성에 영향을 끼치는 것으로 알려져 있기 때문에, 구축된 3차원 신경세포 모델의 특성을 완전히 분석하기 위해서는 신경세포의 3차원 이미징 기술이 필수적입니다.

Q3. 연구를 통해 제안된 비표지 3차원 신경 이미징은 기존의 신경 이미징과 어떻게 다른가요?

3차원 신경 세포 모델의 이미징은 보통 다른 세포 이미징 방식과 마찬가지로 Immunohistochemistry 기술 혹은 optogentics를 이용해 형광 물질을 세포의 특정 단백질에 labeling시킨 뒤 현미경으로 촬영하는 방식으로 진행되었습니다. Immunohistochemistry의 경우 살아있는 세포를 fixation시켜 죽이는 과정이 필수 적이기 때문에 관찰할 수 있는 시점이 fixation 하는 시점 밖에 없게 됩니다. 그리고 유전자 편집이 되지 않은 세포를 관찰하기 위해서는 transfection을 일으켜 라벨링을 진행해야 하는데 이러한 과정에 있어서 세포는 손상을 받는 위험성이 있습니다.

이번 연구에서 사용된 기술은 ODT(optical diffraction tomography)로, 별도의 labeling없이 sample의 굴절률 측정을 통해 3차원 이미지를 측정해낼 수 있는 기술입니다. 그렇기에 신경세포가 발달하는 과정을 여러 시점에서 촬영해낼 수 있었습니다. 이를 통해 신경세포의 형태학적 특성이 시간에 따라 3차원 상에서 어떻게 변해가는지 관찰할 수 있었습니다.

Q4. 연구 내용에서 주도적으로 참여하신 부분에 대해 설명 부탁드립니다. 진행하면서 까다로웠거나 힘들었던 부분이 있으셨다면 어떻게 해결하셨는지 궁금합니다.

저는 연구 당시 3D neuronal model을 제작하고 배양할 수 있는 기술을 다룰 수 있었습니다. Extracellular matrix기반의 hydrogel을 이용한 Cortical neuron의 3차원 배양과 배양된 모델을 confocal microscopy를 이용해 3차원 형광 이미징을 진행하였습니다. 그리고 공동 연구하는 연구원분과 함께 ODT로 측정된 신경 세포의 3차원 이미지를 통해 신경세포의 발달 과정을 분류, 분석하는 과정을 진행하였습니다.

세포가 살아있는 상태에서 이미징이 진행되던 연구이다 보니 저희 연구실에서 배양시킨 세포를 물리학과 연구실까지 안전하게 배송하고 이미징 동안 세포에 손상이 가지 않게 온도와 pH를 신경쓰는 부분이 제일 까다로웠습니다. 여러 번 시행 착오를 거치다 보니 빠른 시간안에 실험을 마칠 수 있는 노하우가 생겨 다행히 차질없이 실험이 진행되었습니다.

Q5. 다른 연구실과 공동으로 진행된 연구인데, 연구실 내에서만 이루어진 연구와 어떤 차이가 있을까요?

이번 공동연구는 물리학과의 박용근 교수님 연구실과 진행하게 되었는데요. 다른 학과 연구실과의 공동연구는 처음이 였습니다. 그러다 보니 제가 접하지 못했던 광학 분야의 내용을 다루게 되었습니다. 공동 연구 진행하는 연구원분과 서로 분야에 대한 배경지식을 공유하는 활동을 자주하였는데요. 각자 다르게 바라보던 시각을 유연하게 맞춰가며 연구 방향성을 정하는 과정이 재미있었습니다. 관점이 다른 아이디어를 토론하고 공부할 수 있었다는 점에서 뜻 깊은 경험이 였습니다.

[참고 자료]

1. Lee, Ariel J., et al. "Label-free monitoring of 3D cortical neuronal growth in vitro using optical diffraction tomography." Biomedical Optics Express 12.11 (2021): 6928-6939.

권재명 기자 (kwon_jae_myeong@kaist.ac.kr)