염색하지 않고 세포 정보 캐낸다..신개념 AI 현미경 개발

by강민구 기자
2021.12.09 18:46:22

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[이데일리 강민구 기자] 토종 기업과 국내 대학 연구진이 힘을 모아 형광 염색 없이 분자 정보를 볼 수 있는 인공지능(AI) 현미경 기술을 개발했다.

토모큐브는 KAIST 연구팀과 기존 홀로그래픽 현미경에 인공지능 기술을 접목하고, 연구결과를 세포생물학 분야 국제 학술지 ‘네이처 셀 바이올로지(Nature Cell Biology)’에 게재했다.

홀로그래픽 현미경은 빛의 굴절률을 이용해 살아있는 세포의 3차원 홀로그래피 영상과 3차원 형광 영상 정보를 동시에 측정할 수 있는 현미경이다. 연구팀은 이 장비를 써서 두 가지 다른 정보를 가진 세포 영상을 동시에 측정하고, 이들 간의 상관 관계를 인공지능 기술로 학습시켰다.

AI 현미경 개념도.(자료=토모큐브)

광학 현미경은 수백 년 간 생물학, 의학에서 중요하게 쓰였다. 생물학 연구실부터 제약회사, 의료기관까지 현미경을 사용한다. 분자 생물학이 발전하면서 세포 속 특정 분자의 위치를 형광으로 칠해 생화학적 특이성 등을 알아낼 수 있었다. 하지만 이 과정에서 세포를 유전자 조작해 형광 단백질을 발현시키거나 외부에서 형광 표지를 주입해야 하기 때문에 세포에 변형이 생기고, 밝기나 독성 문제로 오래 측정하기 어려웠다.

연구팀은 홀로그래픽 현미경 영상에서 형광 현미경 영상을 직접 예측할 수 있다는 사실을 다양한 세포와 조건에서 실험했다. 인공지능으로 추출한 분자 영상 정보와 실제 형광 염색 처리해 얻은 분자 영상 정보를 비교하자 97% 이상 일치했다. 형광 표지 없이 형광 현미경의 특이적인 영상을 얻은 셈이다.

박용근 토모큐브 CTO(KAIST 물리학과 석좌교수)는 “기존 형광으로 염색해서 세포 생물학을 50여년 연구해 왔는데 이번 연구로 세포 생물학 연구 분야에 혁신을 가져올 수 있다”며 “염색이 필요 없고 분자정보와 구조정보를 같이 추출할 수 있기 때문”이라고 말했다.