[충청뉴스 이성현 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 박용근 석좌교수 연구팀이 형광 염색 없이도 세포 분자 정보를 볼 수 있는 인공지능(AI) 현미경 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
형광 현미경은 현재 가장 폭넓게 쓰이는 광학 현미경 기술이지만 형광 표지 자체가 세포를 변형하는 것이기 때문에 세포에 부담을 주게 되고, 밝기와 세포독성, 안정성 문제 때문에 초고속 또는 장기간 측정이 힘들며, 제한된 색깔로 인해 다양한 구조를 동시에 보는 것이 어려운 근본적인 한계가 있다.
연구팀에서는 2012년 초부터 조영주 KAIST 졸업생(제1 저자, 물리학과·수리과학과 학사 11학번·KAIST 총장 장학생, 現 스탠퍼드대학교 응용물리학과 박사과정) 주도로 홀로그래픽 현미경 분야에 인공지능을 도입해 특이성 문제를 해결하려는 일련의 연구가 시작됐다.
우선 연구팀은 생화학적 특이성이 높은 정보가 굴절률의 공간 분포에 숨겨져 있다는 가설을 세우고 홀로그래픽 현미경 영상으로부터 형광 현미경 영상을 직접 예측할 수 있음을 보임으로써 가설을 증명했다.
인공지능이 찾아낸 굴절률 공간 분포와 세포 내 주요 구조 간의 정량적인 관계를 이용해 굴절률의 공간 분포 해독이 가능해졌고, 놀랍게도 이러한 관계는 세포 종류와 관계없이 보존돼 있음을 확인했다.
이 과정에서 만들어진 `인공지능 현미경'은 홀로그래픽 현미경과 형광 현미경의 장점만을 갖는다.
형광 표지 없이 형광 현미경의 특이적인 영상을 얻을 수 있으며 자연 상태 그대로의 세포에서 동시에 수많은 종류의 구조를 3차원으로 볼 수 있다.
아울러 밀리초(ms) 수준의 초고속 측정과 수십 일 수준의 장기간 측정이 가능해졌고, 기존 데이터에 포함되지 않은 새로운 종류의 세포에도 즉시 적용이 가능해, 다양한 생물학 및 의학 연구에 응용이 가능할 것으로 기대된다.
한편 이번 연구는 세포생물학 분야 최고 권위지 `네이처 셀 바이올로지(Nature Cell Biology, IF 28.82)'를 통해 발표됐다.
