첨단 현미경 검사는 세포를 관찰하는 창문 그 이상이며, 세포 수준에서 생명의 운명을 결정짓는 숨겨진 과정을 밝혀내는 방법입니다. 우리는 세포 운명 결정 메커니즘을 연구하는 교토대학교 대학원 생물학연구과의 Kazuhiro Aoki 박사와 인터뷰를 진행했습니다. 세포가 정보를 처리하고 앞으로 나아갈 길을 선택하는 방법.

IXplore™ IX85 모터식 도립 현미경 플랫폼을 사용한 후, Aoki 박사는 이 시스템이 현재 연구, 미래 목표, 그리고 세포 행동에 대한 더 깊은 이해에 어떻게 도움이 되는지에 대한 소감을 밝혔습니다.

Kazuhiro Aoki 박사 소개

Kazuhiro Aoki 박사는 오사카대학교 의학전문대학원에서 박사학위를 취득했습니다. 국립자연과학연구소에서 연구와 교육을 거쳐, 현재 교토대학교 생명과학대학원에서 교수로 재직 중입니다. Aoki 박사의 연구는 세포생물학과 시스템생물학의 학제적 분야에 걸쳐 있습니다. 그는 특히 형광 이미징, 광유전학, 바이오센서 기술을 활용하여 단일 세포 수준에서 정보 처리와 신호 전달 동역학을 시각화하고 정량화하는 데 중점을 두고 있습니다.

질문: 현재 어떤 연구에 집중하고 계신가요?

Aoki 박사: 저는 현재 세포 운명 결정 메커니즘에 집중하고 있습니다. 세포가 온도나 영양분과 같은 외부 환경으로부터 다양한 자극을 받아들이고, 그 정보를 세포 내에서 처리한 후 증식, 분화, 사망과 같은 세포 운명 결정을 내리는 과정입니다.

겉보기에는 세포들이 모두 같아 보여도, 각각은 저마다의 개성과 이질성을 가지고 있습니다. 기존의 연구 방법은 일반적으로 약 100만 개의 세포를 수집하여 용해한 뒤 평균값을 분석하는 형태로 진행됩니다. 하지만 이 방법으로는 각 세포의 개별성을 파악하는 것이 불가능합니다. 세포 개별성으로 인해 발생하는 이러한 차이점을 포착하기 위해 우리는 현미경을 사용하여 각 세포를 하나씩 관찰합니다.

"세포의 개별성을 직접 관찰"하고자 하는 강한 열망이 저의 연구의 출발점이었습니다. 제가 사용하는 방법들은 어렵고 시간이 많이 걸리지만, 바로 그런 열망이 제가 연구를 계속할 수 있는 원동력입니다.

질문: 세포 운명 결정 메커니즘에 대한 연구에 집중하게 된 계기는 무엇인가요?

Aoki 박사: 원래 저는 암 신호 전달에 관심이 있었고, 세포 내부에서 일어나는 암 신호 전달 경로를 컴퓨터로 재구성하려고 노력했습니다. 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 결합하여 예측을 내리고 검증했습니다. 하지만 세포 표현형, 즉 세포가 실제로 어떻게 행동하는지를 관찰하려고 했을 때, 단일 컴퓨터 시뮬레이션 모델로는 많은 측면을 설명할 수 없다는 것을 발견했습니다.

같은 조건에서도 어떤 세포는 분열하는 반면, 다른 세포는 분열하지 않고 어떤 세포는 이동하는 반면, 다른 세포는 정지해 있었습니다. 암을 침윤하는 세포의 경우에도, 침윤은 개별 세포가 아니라 집단적인 움직임으로 발생하는 경우가 많습니다. 저는 다음과 같은 질문에 점점 더 관심을 갖게 되었습니다. “세포는 집단적으로 어떻게 행동하는가?” 그리고 “누가 리더이고, 누가 추종자인가?” 저는 현미경 이미징을 사용하여 이러한 질문들을 관찰하고 연구하고자 하는 강한 열망으로 인해 세포 운명 결정 메커니즘에 관심을 갖게 되었습니다.

질문: 현미경으로 실험을 할 때 가장 중요하게 생각하는 것은 무엇인가요?

Aoki 박사: 세포의 개별성과 이질성은 현미경으로 직접 관찰하지 않으면 이해할 수 없습니다. 그래서 저는 각각의 세포를 하나하나 꼼꼼히 현미경으로 관찰하는 것에 매우 중요하게 생각합니다.

이는 종종 방대하고 세심함이 요구되는 작업이 될 수 있기 때문에, 현미경의 사용 편의성 또한 매우 중요합니다. 성능이 물론 매우 중요하지만, 저는 연구 방식에 최적화된 소프트웨어 레이아웃과 같은 직관적인 사용자 인터페이스도 매우 중시합니다.

질문: 새로운 IXplore™ IX85 도립 현미경의 어떤 특징이 실험에서 효과적으로 작용했나요?

Aoki 박사: IXplore IX85는 넓은 시야 덕분에 더 많은 세포를 한 번에 관찰할 수 있어 처리량이 향상되었습니다. 과거에는 시야의 중심만 관찰할 수 있었기 때문에, 효율성과 정보량이 지금과는 비교할 수 없었습니다. 넓은 시야에서 고해상도 이미지 데이터를 한 번에 획득할 수 있는 능력은 현미경 검사 기반 연구에 매우 효과적입니다.

Intelligent Shading Correction 기능은 이미지 스티칭을 위해서도 매우 유용합니다. 배양된 상피세포에서 상처 치유 과정을 관찰하기 위한 실험을 수행할 때, 이전에는 수십 장의 이미지를 수동으로 촬영하여 이어붙여야 했습니다. 그 당시에는 이미지 주변부의 광도가 떨어져 스티칭 시 고르지 못한 부분이 발생했는데, 이를 수동으로 수정해야 했습니다. IX85는 불균일한 조명을 자동으로 보정하므로, 대규모 샘플이나 조직을 다루는 연구자들에게 큰 이점이 됩니다.

이러한 점 외에도, 저는 이 현미경이 이미지 품질 면에서도 훌륭하다고 느꼈습니다. 형광 발현이 약한 암 오가노이드에서도, 획득한 이미지에 3D 디콘볼루션을 적용하면 세포 내 응집체를 명확하게 시각화할 수 있었습니다. 저는 그렇게 희미한 형광 샘플에서 얼마나 많은 정보를 추출할 수 있는지 놀랐습니다.

질문: 실리콘 젤 패드를 사용하는 LUPLAPO25XS 대물렌즈가 실험에 어떻게 도움이 되었나요?

Aoki 박사: 25배 대물렌즈는 우리가 연구하는 심부 조직—암 오가노이드와 낭—을 관찰하기에 완벽하게 적합합니다. 또한, 긴 작동 거리와 표본과의 굴절률 불일치를 억제하는 설계 덕분에, 이전에는 볼 수 없었던 샘플의 깊은 영역을 선명하게 관찰할 수 있어 매우 유용한 대물렌즈입니다.

또한, 오일 없이 침지할 수 있는 실리콘 젤 패드는 현미경 이미징 실험에 큰 장점이 됩니다. 예를 들어, 96웰 플레이트에서 샘플을 탐색할 때, 오가노이드나 낭과 같은 구형 구조물이 어디에 위치해 있는지 확인하기가 쉽지 않습니다. 이것은 먼저 저배율로 탐색한 다음 고배율로 관찰하는 작업 흐름을 필요로 합니다. 고배율 오일 침지 대물렌즈를 사용할 때에는 오일을 닦아내고 떨어뜨리는 과정에 주의해야 하며, 거품이 생길 위험도 있습니다. 반면, 실리콘 젤 패드를 사용하면 샘플을 오염시키지 않고 저배율에서 고배율로 원활하게 전환할 수 있어 전체 작업 흐름이 크게 간소화됩니다.

질문: 앞으로의 연구에서 어떤 새로운 접근법을 시도해보고 싶으신가요?

_{면책 조항: 이 인터뷰에서 표현된 의견과 진술은 연구자 개인의 것이며, 반드시 Evident의 공식 입장이나 주장을 반영하는 것은 아닙니다. 언급된 제품과 기술은 연구용으로만 사용되며, 임상 또는 진단 목적으로 설계된 것이 아닙니다.}