[스타인뉴스 최상필 전문기자]
중국 베이징대 연구팀이 자유롭게 움직이는 쥐의 뇌 활동을 두 가지 색상으로 안정적으로 관찰할 수 있는 초소형 이광자 현미경 '듀엣'(DUET)을 개발했다.
베이징대 연구팀은 이 같은 내용의 연구 결과를 국제 학술지 '포토닉스 라이프'(PhotoniX Life)에 22일(현지시간) 발표했다. 이번 연구는 신경과학 영상 분야의 오랜 기술적 장벽이었던 움직임으로 인한 신호 불안정성과 형광 채널 간 신호 간섭 문제를 해결했다는 평가를 받는다.
기존 머리에 쓰는 초소형 현미경은 살아있는 동물의 뇌 신경세포를 관찰하는 연구에 혁신을 가져왔다. 하지만 동물이 격렬하게 움직일 때 여러 파장의 레이저를 안정적으로 전달하기 어려웠고, 서로 다른 형광 신호가 섞여 정확한 분석을 방해하는 문제가 있었다.
연구팀이 개발한 '듀엣'은 두 개의 독립된 '속이 빈 광자밴드갭섬유'(PBGF)를 사용해 이 문제를 해결했다. 구부러짐에 강한 이 특수 광섬유는 각각 920nm와 1030nm 파장의 레이저를 안정적으로 전달한다.
이를 통해 녹색 형광 단백질(GCaMP)과 적색 형광 단백질(tdTomato)로 표시된 두 종류의 신경세포를 동시에 자극할 수 있다. 또한 픽셀 단위로 두 레이저를 매우 빠르게 번갈아 쏘는 '시분할' 기술을 적용해 신호 간섭을 원천적으로 차단했다.
연구팀은 꼬리 잡기 실험처럼 쥐가 심하게 몸부림치는 상황에서도 '듀엣'이 신호 간섭 없이 안정적으로 뇌 신경세포의 이중 색상 이미지를 확보하는 것을 확인했다. 또한 20분간 자유롭게 움직이는 쥐의 뇌에서 123개의 흥분성 뉴런과 10개의 억제성 뉴런 활동을 지속해서 관찰하는 데 성공했다.
공동 교신 저자인 아이민 왕 베이징대 교수는 "이번 연구는 학습, 의사결정, 사회적 행동 중 서로 다른 유형의 뉴런이 어떻게 상호작용하는지 연구할 새로운 길을 열었다"고 말했다. 그는 "모듈식 구조라 향후 3가지 이상 색상으로 확장하거나 다른 영상 기술과 결합할 수도 있다"고 덧붙였다.
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