'3D 인공지능'으로 다이어트약 개발

빛을 받은 세포의 굴절률 분석을 통해 구성한 대식세포와 거품세포의 2차원, 3차원 구조도

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 우리 몸을 이루는 세포 내에 특정 물질의 양을 측정하거나 활동 양상을 포착할 수 있는 기술을 개발했다. 이들은 이 기술을 활용해 독맥경화 등을 일으킬 수 있는 세포에서 지방을 배출하는 표적 약물을 개발하기도 했다. 세포의 지방 축적으로 인한 퇴행성 질환을 치료하는데 있어, 새로운 장이 열릴 것으로 예상된다. 한국기초과학지원연구원(KBSI)은 26일 이성수 광주센터 박사 연구팀과 박경순 중앙대학교 교수 연구팀의 연구 성과에 대해 이같이 밝혔다.

세포의 비밀 '3D 홀로그래피'로 본다

거품세포와 살아있는 세포(대조군)에 대한 약물 처리 후 지질방울의 24시간 정량적 변화를 통한 약물 효과 검증했다.

연구팀은 인공지능(AI) 기반 3차원 홀로그래피 기술로 특정 세포를 인식하고 이 세포의 굴절률로 세포 내에 특정물질의 양을 분석할 수 있는 기술을 개발했다. 3D 홀로그래피 기술은 빛을 받은 세포에서 나온 빛의 진폭·위상·간섭 등의 정보를 토대로 영상을 구현하는 기술이다.

별도의 처리 없이 살아있는 세포의 내부물질과 활동을 측정할 수 있다는 점이 장점이다. 기존에는 염색 등 전처리 과정을 통해 세포를 관찰해 왔다. 하지만 염색약이 세포에 영향을 줄 수 있어 실험 결과에 영향을 줄 수 있다는 점이 문제였다.

이성수 박사 연구팀은 이 기술을 활용해 24시간 동안 세포를 관찰했다. 단일 세포 수준에서 대식세포(Macrophage)와 거품세포의 빛에 대한 굴절률, 부피, 세포 내 지질방울 개수 등을 분석했다.

특히, 대식세포가 과도하게 쌓인 지방에 의해 거품세포로 분화하는 과정을 3D 홀로그래피 현미경으로 관찰해 냈다. 이를 통해 대식세포 내의 지질방울(Lipid droplet)의 양적 변화를 분석했다.

콜레스테롤 뽑아내는 '나노약물' 개발

박상우 KBSI 박사후연구원(오른쪽), 중앙대 안재원 박사과정 대학원생, KAIST 조영주 학부생. 이성수 KBSI 이성수 책임연구원(오른쪽 하단), 박경순 중앙대 교수

이 결과를 가지고, 박경순 교수 연구팀은 거품세포에 특이적으로 결합해 세포 내에 직접 작용하는 표적 나노약물을 개발했다. 이 약물은 거품세포에 작용해 콜레스테롤을 세포 밖으로 배출시키는 역할을 함으로써 지질방울이 과다하게 축적되지 못하게 한다.

박 교수는 "현대인의 과도한 지방섭취 식습관과 운동부족으로 과다 축적되는 지방이 야기하는 퇴행성 질환들을 더 깊게 이해하고, 신규 치료제 및 표적 나노약물 개발을 위한 새로운 전략을 세우는 데 이번 연구가 도움이 될 것"이라고 밝혔다.

이 교수는 "이번 연구 성과는 홀로그래피 분야 연구장비 벤처기업인 ㈜토모큐브, 박 교수 연구팀, 박용근 KAIST 교수 연구팀이 장기간 축적해 온 노하우를 바탕으로 새로운 분석기술을 개발하게 됐다는 점에서 의의가 있다"라고 말했다.

연구 결과는 나노분야 국제학술지 ACS Nano에 25일 실렸다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr