[전자신문] 미토콘드리아 내부구조 3차원 X선 CT 촬영 성공 (물리 송창용 교수)

<노도영 광주과학기술원 교수 연구팀이 공동으로 결맞은 X-선 회절 이미징 기법을 활용해 구현된 미토콘드리아의 3차원적 형태.>

국내 연구팀이 비파괴 방식으로 미토콘드리아의 내부 구조의 3차원 X선 토모그래피 영상을 얻는 데 성공했다. 고분해능 영상을 획득, 생명과학의 신비를 풀 수 있는 연구 수행이 가능할 것으로 전망된다. 

광주과학기술원(GIST·총장 문승현)의 노도영 물리·광과학과 교수와 태기융 신소재공학부 교수는 최근 송창용 포스텍 물리학과 교수팀과 공동으로 쥐의 배아세포에서 추출한 단일 미토콘드리아의 내부 구조를 조영제도 사용하지 않고 절개하지 않은 상태에서 60나노미터(㎚)의 고해상도로 촬영한 3차원 X선 컴퓨터단층촬영(CT) 영상을 최초로 공개했다. 미토콘드리아는 에너지 생성, 노화, 번식, 유전 등에 관여하는 진핵생물의 세포 내 소기관이다.

이번 영상에 활용된 '결맞은 X선 회절 이미징501 기법'은 방사광가속기에서 발생되는 고휘도 레이저 특성을 띠는 X선을 활용해 나노미터(㎚) 수준의 고해상도를 구현하는 방법이다. 세포 내 소기관이나 단백질의 구조 등을 3차원으로 영상화할 수 있다.

노 교수 연구팀은 독립적으로 추출된 단일 미토콘드리아의 2차원 X선 회절 무늬를 정확하게 측정한 후 수학 알고리즘을 적용, 고분해능의 2차원 영상을 얻었다.

이어 미토콘드리아를 회전시키면서 여러 각도에서 획득한 2차원 영상을 X선 CT 영상에도 사용되는 단층 촬영 원리를 적용, 60㎚ 해상도의 3차원 영상을 재구성했다.

이렇게 획득된 3차원 영상은 디지털 형대로 저장, 이를 이용해 원하는 각도와 위치의 2차원 단면 영상을 시각화할 수 있다. 연구팀은 논문을 통해 60㎚ 해상도의 3차원 영상과 20㎚ 이하 해상도의 2차원 영상을 구현하는 방법을 제시했다. 

노도영 교수는 “이번 연구는 수십 ㎚ 수준의 분해능으로 미토콘드리아의 3차원 영상을 얻을 수 있는 기법을 구현한 것에 의의가 있다”면서 “분해능 개선 연구를 지속해서 생명 현상 등의 이해에 중요한 실마리를 제공할 고분해능 영상을 획득할 계획”이라고 말했다.