세포에서 일어나는 현상을 실시간으로 확인하기 위해선 살아있는 세포를 관찰해야 한다. 특히 바이러스에 감염된 세포를 가려낸다거나, 새로운 약을 개발할 때 세포에서 어떤 반응이 일어나는지 알기 위해선 특정 세포를 따로 구분할 수 있어야 한다. 그러나 세포는 아주 작을뿐더러 그 수도 많아, 형광물질을 투여해 구별하는 방법이 주로 사용된다.
POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 화학과 장영태 교수(기초과학연구원 복잡계 자기조립 연구단 부단장), 기초과학연구원 샤오 리우(Xiao Liu) 박사 연구팀은 세포 유형에 따른 형광 탐침 전략을 제시, 국제 학술지 ‘케미컬 소사이어티 리뷰(Chemical Society Review)’에 발표했다.
기존에는 세포 구별에 항체를 활용했지만, 세포 투과율이 낮은 항체로는 세포 내부의 생체표지자(Biomarker, 바이오마커)를 확인하기 어려웠다. 바이오마커를 확인하기 위해선 세포를 고정하거나 투과하는 과정이 필요한데, 이 과정에서 ‘살아 있는 상태’와 차이가 생긴다.
상대적으로 세포 투과율이 높은 형광물질을 사용하면 세포 내 바이오마커를 확인할 수 있다. 형광물질은 단백질 등의 생체분자와 상호작용을 하고, 신진대사에 참여하면서 세포에 유지된다.
연구팀은 이 형광 탐침 전략을 세포 유형에 따라 단백질 지향 세포식별(POLD), 탄수화물 지향 세포식별(COLD), DNA 지향 세포식별(DOLD), 수송지향 세포식별(GOLD), 대사 지향 세포식별(MOLD), 지질 지향 세포식별(LOLD) 등으로 나눴다. 수많은 세포를 한두 가지의 메커니즘으로만 나누긴 어렵기 때문에, 다양한 메커니즘으로 그물을 치듯이 세포를 식별하면 성공률을 높일 수 있다는 설명이다.
특히 이 기술은 코로나바이러스에 감염된 세포와 그렇지 않은 세포를 구분하는 데도 적용할 수 있어, 진단 또는 신약 개발 시 유용하게 활용될 수 있다.
장영태 교수는 “항체가 이루지 못하는 살아있는 세포의 선택적 식별을 작은 형광 분자로 이룰 수 있다”며 “이 기술은 전신 영상 시약으로의 개발로 연결될 수 있는 획기적인 방법”이라고 말했다.
한편, 이 연구성과는 기초과학연구원의 지원을 받아 이뤄졌다.
