대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학 문인규 교수팀이 홀로그램과 칼슘을 이용한 다중모드 이미지를 통해 심장근육세포의 운동성을 분석하는 새로운 기법을 개발했다고 27일 밝혔다.

이 시스템을 통해 환자 개개인이 다양한 약물에 어떻게 반응하는지에 대한 정밀한 분석이 가능해져, 환자 맞춤형 신약 개발의 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

칼슘 이미징 기술은 세포나 조직 내에서 칼슘 이온의 움직임과 농도를 시각적으로 관찰하고 분석하는 기술이다. 기존 기술은 심장근육세포의 3차원 구조나 운동성 특성, 질량 등 여러 상태 변화를 정확하게 분석하는 데 한계가 있었다. 이를 극복하기 위해 문인규 교수 연구팀은 앞서 홀로그래피를 사용한 심장근육세포 분석 기술을 개발한 바 있다. 이 기술은 실시간 상태를 단일세포 단위로 보다 더 세밀하게 분석할 수 있으나, 동역학과 심장박동 관련 수축 및 이완 동역학 사이에서의 상관관계 분석이 어려웠다.

이런 문제를 해결하기 위해 연구팀은 칼슘 이미징과 홀로그래피를 결합한 다중모드 이미지 센서 기술을 개발했다. 이 기술은 세포 내 칼슘의 동역학과 수축 및 이완 과정을 동시에 측정 할 수 있다. 이 때문에 약물이 주입된 심장근육세포의 박동 속도, 약물 지속 시간, 약물효과 및 약물독성 조사 등을 보다 정확하게 정량적으로 분석할 수 있어 기존 두 기술의 한계를 모두 극복할 수 있다.

문인규 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 기술은 약물이 투여된 심장근육세포가 약물에 반응하고 변화하는 과정을 심장근육세포들의 박동패턴과 세포 내 칼슘 동역학과의 상관관계 측정으로 규명한 원천기술”이라며 “환자의 심장근육세포 상태를 보다 정밀하게 확인하고 필요한 약물의 위험성을 사전에 시험해볼 수 있어 향후 환자 맞춤형 약물 스크리닝 플랫폼 개발에 많은 도움이 될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘ACS 센서’ 7월호에 게재됐다. 구본혁 기자