표준연, 동맥경화 혈관 3차원 분석기술 개발

심근경색 실시간 감시 '돌연사 막는다'

돌연사의 주된 원인인 급성심근경색을 실시간으로 감시하고 예방할 수 있는 길이 열렸다. 심근경색은 혈관에 쌓여있던 지방 등이 혈관을 막아버리는 질환이다.

▲ 김세화 박사

▲ 문대원 박사

한국표준과학연구원 미래융합기술부 나노바이오융합연구단 김세화·문대원 박사팀은 CARS 현미경(비선형광학현미경)을 이용해 이런 동맥경화 혈관 내에 숨어있는 지방을 나노수준까지 정밀하게 촬영하고 성분분석까지 동시에 실시할 수 있는 측정기술을 개발했다고 18일 밝혔다.<사진>

지금까지는 심근경색 등 혈관 파열에 대한 예측과 진단이 어려웠다. 자기공명영상장치(MRI)나 컴퓨터단층촬영(CT) 영상은 해상도가 낮기 때문에 혈관 내 지방이나 칼슘 등이 쌓여있는 정도를 또렷하게 보기 어렵기 때문이다. 이 기술을 활용하면 기존 염색 현미경 진단방법으로는 관찰하기 힘든 세포 수준의 발병 초기단계부터 지방 축적 과정으로 인한 심화단계인 지방고형물(lipid crystal) 형태까지의 과정을 3차원으로 이미징 할 수 있다.

또 세포수준에서 단층촬영이 가능해 지방 알갱이 하나의 성분까지도 파악할 수 있다. 이를 통해 동맥경화 초기 단계이더라도 지방의 형태에 따라 진행 단계를 정확히 파악해 신속한 조치가 가능해질 수 있다.

김세화 박사는 “동맥경화의 주요 원인인 혈관 내 지방 축적에 대한 보다 정밀한 조직 분석이 가능해졌다”며 “동맥경화를 유발하는 네 종류의 주요 지방을 3차원적으로 새롭게 규명하고 동맥경화의 초기부터 심화단계까지 주요 지방의 변화를 체계적으로 분석했다”고 말했다.

▲ 표준연 김세화.문대원 박사팀이 동맥경화 혈관 속 지방을 나노수준까지 정밀 촬영하고 성분분석까지 동시에 실시할 수 있는 측정기술을 개발했다. 사진은 동맥경화 병반관찰 모습.

또한 표준연은 지난 2006년 살아있는 세포를 관찰할 수 있는 CARS(비선형광학 레이저) 현미경 개발에 성공한 바 있다.

개발한 장치는 세포에 염색시약 또는 형광체 투여없이 살아있는 상태로 지속적인 관찰이 가능하며, 세포를 자르지 않고도 3차원 입체 영상으로 내부 단면 촬영이 가능하다. 수 ㎛ 크기의 세포에서 수 mm 범위의 생체조직까지 300nm 정도의 공간 해상도로 관찰할 수 있다.

연구팀은 CARS 현미경을 이용해 동맥경화의 대표적 치료제인 스타틴(statin)의 약물효과를 입증했다. 심각한 동맥경화성 혈관에서만 관찰되는 지방 고형(lipid crystal)이 스타틴에 의해 유화되는 효과를 CARS 현미경을 통해 규명함으로써 새로운 신약 스크리닝 시스템으로 활용이 가능할 전망이다.

관련 성과는 그 우수성을 인정받아 심혈관계 최고 권위 학술지 임팩트 팩터(Impact factor:10)인 '서큘레이션 리서치' 온라인판 3월 18자에 게재됐으며, 동맥경화 진단 원천 기술로 국내 및 해외 특허를 출원했다. 한편, 이 연구는 지식경제부로 기초원천기술의 지원을 받았다. /배문숙 기자 moons@