칼슘 이미징과 홀로그램을 결합해 심장근육세포를 더 정밀하게 분석한다!
칼슘 이미징과 홀로그램을 결합해 심장근육세포를 더 정밀하게 분석한다!
  • 함예솔
  • 승인 2023.09.30 11:59
  • 조회수 1534
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DGIST 로봇및기계전자공학 문인규 교수팀이 다중모드(홀로그램, 칼슘) 이미지를 통해 심장근육세포의 운동성을 분석하는 새로운 기법을 개발했습니다. 이 시스템을 통해 환자 개개인이 다양한 약물에 어떻게 반응하는지에 대한 정밀한 분석이 가능해져, 환자 맞춤형 신약 개발의 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 기대되는데요.

 

칼슘 이미징 기술은 세포나 조직 내에서 칼슘 이온의 움직임과 농도를 시각적으로 관찰하고 분석하는 기술입니다. 기존의 기술은 심장근육세포의 3차원 구조나 운동성 특성, 질량 등 여러 상태 변화를 정확하게 분석하는 데 한계가 있었습니다. 이를 극복하기 위해 문인규 교수 연구팀은 앞서 홀로그래피를 사용한 심장근육세포 분석 기술을 개발한 바 있죠. 이 기술은 실시간 상태를 단일세포 단위로 보다 더 세밀하게 분석할 수 있으나, 동역학과 심장박동 관련 수축 및 이완 동역학 사이에서의 상관관계 분석이 어려웠습니다.

홀로그래피 이미징 기술과 칼슘 이미징 기술 결합 기반 심장근육세포 수축 운동 및 칼슘 동역학 동시 측정 시스템 개요도. 출처 : DGIST
홀로그래피 이미징 기술과 칼슘 이미징 기술 결합 기반 심장근육세포 수축 운동 및 칼슘 동역학 동시 측정 시스템 개요도. 출처 : DGIST

이러한 문제를 해결하기 위해 문인규 교수 연구팀은 칼슘 이미징과 홀로그래피를 결합한 다중모드 이미지 센서 기술을 개발했습니다. 이 기술은 세포 내 칼슘의 동역학과 수축 및 이완 과정을 동시에 측정 할 수 있습니다. 이 때문에 약물이 주입된 심장근육세포의 박동 속도, 약물 지속 시간, 약물효과 및 약물독성 조사 등을 보다 정확하게 정량적으로 분석할 수 있어 기존 두 기술의 한계를 모두 극복할 수 있습니다.

심근세포 운동성과 세포 내 칼슘 동역학과의 상관관계 분석 실험결과. 출처 : DGIST
심근세포 운동성과 세포 내 칼슘 동역학과의 상관관계 분석 실험결과. 출처 : DGIST

로봇및기계전자공학과 문인규 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 약물이 투여된 심장근육세포가 약물에 반응하고 변화하는 과정을 심장근육세포들의 박동패턴과 세포 내 칼슘 동역학과의 상관관계 측정으로 규명한 원천기술”이라며 “환자의 심장근육세포 상태를 보다 정밀하게 확인하고 필요한 약물의 위험성을 사전에 시험해볼 수 있어 향후 환자 맞춤형 약물 스크리닝 플랫폼 개발에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했습니다.

 

연구 결과는 국제학술지 ‘ACS Sensors’ 7월호에 게재됐습니다.

논문명 :Automated Dual-mode Cell Monitoring to Simultaneously Explore Calcium Dynamics and Contraction-relaxation Kinetics within Drug-treated Stem Cell-derived Cardiomyocytes


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