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KAIST “혈관 실시간 변화로 스트레스 위험 감지”

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혈관의 실시간 변화를 통해 스트레스에 따른 위험을 감지할 수 있는 생체 영상 기술이 개발됐다.

KAIST 유홍기 교수는 "이번 연구는 비접촉 방법으로 동맥의 움직임을 정확하게 추정할 수 있게 한다는 데 의미가 있다"며 "무엇보다 공동연구팀은 생체 내 영상획득 기술로 실험동물의 높은 생존율을 보장해 만성 스트레스가 미치는 영향을 종단 연구로 입증했다"고 말했다.

그러면서 "이 기술은 우수한 시간 해상도로 스트레스가 심혈관 질환에 미치는 영향을 세포 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있게 한다"며 "앞으로 스트레스 관련 심혈관 질환의 발병 기전을 규명하고, 새로운 치료법을 개발하는 데 중요한 도구로 활용될 것으로 기대된다"고 강조했다.

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혈관의 실시간 변화를 통해 스트레스에 따른 위험을 감지할 수 있는 생체 영상 기술이 개발됐다.


KAIST는 기계공학과 유홍기 교수 연구팀과 고려대 구로병원 심혈관센터 김진원 교수 연구팀이 심장박동에 따른 혈관의 움직임을 보상해 혈관 내 세포의 움직임을 실시간 관찰할 수 있는 새로운 생체 내 영상획득 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.


KAIST “혈관 실시간 변화로 스트레스 위험 감지” (왼쪽부터) KAIST 기계공학과 유홍기 교수, 장민석 박사과정, 고려대 구로병원 김진원 교수. KAIST 제공
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공동연구팀은 초점 가변 렌즈를 생체 내 광학 현미경에 도입해 동맥의 움직임을 추정, 이를 현미경의 초점 평면과 동기화하는 기법을 개발했다.


이 기법으로 공동연구팀은 동맥의 움직임에 따른 이미지 간 상관계수(이미지 간 유사성을 나타내는 통계적 지표)를 4배 높이고, 시간 해상도(단위 시간당 촬영 가능한 이미지 수)를 57% 향상해 혈관 내 면역세포의 움직임을 실시간 관찰할 수 있게 됐다고 강조한다.


특히 동맥의 움직임에 따른 영상 왜곡을 줄여 초점을 안정적으로 유지함으로써 놓치는 영상 없이 혈관 안에서 빠르게 이동하는 면역세포를 실시간 관찰하는 데 성공했다.


공동연구팀은 이 기술을 만성 스트레스에 노출된 실험군 쥐와 대조군 쥐의 경동맥에서 생체 내 영상을 확보하는 데 적용해 동맥경화 병변의 진행 정도를 세포 수준의 해상도에서 정량적으로 평가할 수 있었다.


KAIST “혈관 실시간 변화로 스트레스 위험 감지” KAIST 제공

이 과정에서 만성 스트레스에 노출된 쥐의 경동맥에서는 골수 세포의 침윤이 대조군보다 6.09배 증가했고, 추적 영상에서는 골수 세포가 2.45배 증가한 것이 확인됐다.


또 조직학적 분석으로 스트레스가 동맥경화반의 크기와 염증을 증가시키고, 섬유성 막을 얇게 만들어 경화반의 불안정성을 높인다는 것을 입증했다.


KAIST 유홍기 교수는 “이번 연구는 비접촉 방법으로 동맥의 움직임을 정확하게 추정할 수 있게 한다는 데 의미가 있다”며 “무엇보다 공동연구팀은 생체 내 영상획득 기술로 실험동물의 높은 생존율을 보장해 만성 스트레스가 미치는 영향을 종단 연구로 입증했다”고 말했다.


그러면서 “이 기술은 우수한 시간 해상도로 스트레스가 심혈관 질환에 미치는 영향을 세포 수준에서 실시간으로 관찰할 수 있게 한다”며 “앞으로 스트레스 관련 심혈관 질환의 발병 기전을 규명하고, 새로운 치료법을 개발하는 데 중요한 도구로 활용될 것으로 기대된다”고 강조했다.


한편 이번 연구는 한국연구재단, 범부처 전주기 의료기기 연구개발 사업단의 지원을 받아 수행됐다.


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KAIST 기계공학과 장민석 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘동맥경화, 혈전, 혈관 생물학(Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology)’에 지난해 10월 10일 온라인판에 게재됐다.




대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr
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