현미경 학자가 바라보는 현미경의 가치 

현미경은 광학을 기반으로 하는 기계입니다

우리가 맨눈으로 볼 수 있는 가장 작은 것은 아마 머리카락 일 것입니다. 머리카락은 지름이 약 100um (0.1mm)  입니다. 

우리 몸을 이루고 있는 세포는 크기가 얼마 일까요? 세포 종류마다 다르긴 하지만 일반적으로 10um 대 입니다. 이렇게 작은 세포는 맨눈으로 볼 수 없고 현미경을 사용해서 확대해서 봐야 합니다. 

현미경은 배율이 10x 100x 정도 됩니다. 이렇게 확대를 하고 나면 세포들 또는 작은 생명체 들을 볼 수 있습니다. 

현미경 발명은 미생물학이라는 학문을 가능하게 하였고 기초의학 발전에도 많은 기여를 하였습니다.

현미경 또는 현미경 기술은 현대로 오면서 더 발전 하였고 더 중요해지고 있습니다. 

반도체 제조 공정 중 photolithography 을 비롯해서 많은 마이크로 나노 제조 공정에 그리고 생명 및 기초의학 뿐만 아니라 임상의학에서도 조기진단, 정밀 수술 가이드 기술로 각광받고 있습니다. 

현미경 기술 발전에 큰 기여를 한 기술들로는 1950년대 개발된 레이저 광원 와 최근 많이 발전한 카메라 센서 기술, 그리고 컴퓨터 기술이 있습니다.

새로운 광원인 레이저는 기존 현미경의 성능을 획기적으로 향상 시켰는데, 그 예로는 레이저 스캐닝을 통해 3차원 해상도를 갖게 되었습니다. 

카메라를 비롯한 센서 기술은 현미경의 감도와 속도를 획기적으로 증대 시켰습니다. 

컴퓨터는 일상 생활 뿐만 아니라 현미경 세계에도 지대한 영향을 끼쳤습니다. 영상처리 그리고 인공지능 분석까지.

현미경은 일상 생활에서는 잘 보이지 않습니다. 하지만 우리가 사용하는 마이크로 나노 기기는 모두 현미경을 통해 만들어 졌고 생명체의 구성요소인 세포는 현미경을 통해 볼 수 있습니다.  현미경은 마이크로 나노 세계를 들여다 볼 수 있는 창구 입니다. 

현미경을 활용한 병변의 조기 진단 및 수술 가이드?

 현미경은 세포 영상화를 위한 기술로 고해상도이므로 영상화 할 수 있는 시야가 좁습니다. 그러므로 주로 생물학 및 기초의학 연구에서 세포 거동 관찰 그리고 세포 내 분자 영상을 통한 이해 등에  활용되어 왔고 임상의학에서의 진단 등에서의 활용성은 낮습니다.

그래도 많은 연구개발을 통해 광학 현미경이 안과 검사에서 각막염을 유발하는균을 찾거나 피부과에서 점과 같은 이상 조직을 검사해서 피부암 여부를 판단하는 기술로 개발되었고 활용되고 있습니다.  아니면 조직을 채취해서 염색한 뒤 세포 영상화 해서 검사하기도 합니다

우리는 최근 안구 표면에 있는 결막 술잔세포를 영상화 하고 상태 검사를 통해 안구 표면질환을 정밀 진단하는 기술을 개발하고 있습니다

결막 술잔세포는 술잔모양의 상대적으로 큰 세포이고 뮤신을 분비하여 안구 표면 보호막인 눈물막의 뮤신층 형성에 기여합니다. 다원성 안구건조증은 눈물막의 이상으로 발생하는 데, 결막 술잔세포 이상은 뮤신층 부족으로 눈물막이 불안정해 져서 안구건조증을 유발합니다. 이 이외에도 안구건조증은 눈물막을 구성하는 수성층과 지질층 부족으로도 발생합니다. 결막 술잔세포는 안구건조증 이외에 감염 등 여러 안구 표면질환의 원인 또는 중증도를 보여 주므로 이를 검사하는 것은 유용합니다.   

결막 술잔세포는 안구 표면에 있어서 접근이 가능하고 잘 영상화 하면 사람 눈에서도 영상화 할 수 있습니다. 우리는 여기서 고대비도 영상화 방법과 실제 사람에서 영상화 하기 위한 고성능 현미경을 개발하고 있습니다.

결막 술잔세포를 어떻게 잘 보이게 하지?

안구 표면에 있는 결막 술잔세포를 어떻게 고해상도로 촬영하지?

현재 살아있는 토끼에서도 그리고 사람에서도 결막 술잔세포를 선명하게 촬영할 수 있게 되었습니다.

사람에서 현미경 세포 영상을 통해 병변을 진단하는 것은 공상과학소설 같은 이야기 인데, 오랫동안 노력하다 보니 많은 발전을 이룬 것 같습니다. 향후 임상연구를 통해 안구 표면질환에서 술잔세포 검사의 유용성을 검증해서 많이 활용될 수 있도록 노력하겠습니다. 

다음번에는 현미경을 활용한 정밀 암 수술 가이드에 대해 소개하겠습니다.