현장에서 신속하게 세포 면역 분석을 수행할 수 있는 초분광 미세유체 유세포분석기 개발

림프구 아형분석과 면역세포 배양 모니터링에 활용 기대

한양대학교 바이오메디컬공학과 최성용 교수 연구팀이 유세포분석기를 소형화하여 현장 활용성을 높이면서, 가시광선 영역에서 초분광 분석이 가능하도록 설계하여 성능을 극대화한 초분광 미세유체 유세포분석기를 개발했다고 30일 밝혔다.

유세포분석기는 세포 내 표적 단백질을 형광 라벨이 부착된 항체로 염색하여 단일 세포 수준에서 단백질 발현을 분석하는 대표적인 장비다. 이 장비는 세포를 컨베이어벨트처럼 흐르게 하여 분석하며, 이를 위해 복잡한 유동장치가 필요하고, 세포의 미약한 형광 신호를 고감도로 검출하기 위해 레이저 광원과 고가의 광검출기가 요구된다. 그러나 기존 장비는 크고 비용이 많이 들기 때문에 현장에서는 사용하기 어려워 대형 병원이나 연구실에서 주로 활용되고 있다. 이로 인해 현장에서 의료 진단 및 모니터링에 사용할 수 있도록 유세포분석기를 소형화하는 연구가 진행되었지만, 소형화 과정에서 분석 성능이 저하되는 문제가 발생했다.

최성용 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘초분광 미세유체 유세포분석기’를 개발했다. 이 기술은 세포를 염색한 형광 라벨로부터 방출된 빛을 분광하여 이미지를 생성하는 원리를 기반으로 한다. 프리즘과 같은 광학 소자인 회절격자(grating)를 사용하여 빛을 파장별로 분리하고 이미지를 생성한다. 단일 세포에서 방출된 형광 이미지는 분광되더라도 공간적으로 겹쳐 정확한 스펙트럼 분석이 어려웠으나, 연구팀은 최적화(optimization) 알고리즘을 도입하여 이를 수학적으로 분해하고 가시광선 영역에서 3nm의 뛰어난 분해능을 가진 정확한 스펙트럼 분석이 가능하도록 했다. 이 기술을 통해 연구팀은 면역세포의 일종인 림프구 아형을 정확하게 분석하는 데 성공했으며, 림프구의 배양 과정 동안 아형 변화를 모니터링하는 데도 성공했다.

최성용 교수는 “해당 초분광 미세유체 유세포분석기는 향후 마커를 변경하거나 추가함으로써 림프구뿐만 아니라 CAR-T와 같은 세포 치료제 및 다양한 질병 세포 진단으로도 확장할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한국연구재단의 중견연구과제, 파이오니어센터와 선도연구센터의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 융합과학 및 나노기술 분야 국제학술지 「Small」에 지난 7월 25일 표지논문으로 게재됐다. 해당 논문 「Computational hyperspectral microflow cytometry」는 한양대 윤효근 석박통합과정생이 제1저자로, 최성용 교수가 교신저자로 참여했다.