의과학대학원 김필한 교수 연구팀이 생체현미경 기술을 이용해 비알콜성 지방간이 진행되는 동안 간세포 내에 축적되는 지방구와 미세혈관계를 고해상도 3차원 이미지로 촬영하는 데 성공했다. 이번 연구 결과는 지난 8월 19일 <바이오메디컬 옵틱스 익스프레스 (Biomedical Optics Express)>에 게재됐으며, 편집장 선정 우수 논문으로 선정되었다.

지방간 질환에서 지방구 관찰 중요
 비알콜성지방간 질환은 만성간질환으로 초기에는 지방간을 형성한다. 병이 지속되며 악화하면 지방간염, 간 경화를 거쳐 결국 간암까지 이르게 될 수 있다. 초기 지방간 상태에서는 운동이나 식습관 개선으로 회복될 수 있지만, 지방간염에 이르게 되면 염증으로 인한 간 조직의 손상 및 기능 악화가 일어나 그 이후 단계로 진행될 수 있는 위험성이 증가한다. 따라서 초기 지방간 상태에서 지방간염으로 변화하는 정확한 매커니즘을 이해하는 것은 치료 가능한 시점의 치료제를 개발하기 위해 필연적이다. 이러한 필요성에 의해 본 연구는 지방간 초기부터 지방간염에 이르기까지의 지방구의 변화를 확인하기 위해 생체현미경을 기반으로 3차원의 고해상도 이미지를 얻을 수 있는 영상화 기술을 개발했다.

다각 거울로 깊이별 고해상 영상 얻어
 연구팀은 먼저 마우스를 대조군과 실험군으로 나누고, 실험군에는 메싸이오닌과 콜린이 결핍된 사료를 섭취시켜 비알콜성지방간 질환을 유도했다. 살아있는 마우스의 간을 실시간으로 이미징하기 위해서 생체현미경의 대물렌즈에 간을 위치시켜야 하는데, 이때 약간의 수술적 처치가 필요하다. 우선 수술의 침습성을 줄이기 위해 간의 일부가 노출될 수 있을 만큼의 복부를 약 1cm 절개하고, 간 조직의 온도가 떨어지거나 마르지 않도록 온도를 유지하고 식염수를 도포해준다. 이는 실제 생리학적 상태와 동일하게 유지한 채로 간의 조직을 관찰하기 위해서이다. 하지만 촬영 중에는 심장 박동 및 소화를 위한 장의 자발적인 움직임이 있을 수 있다. 그 때문에 간 아래에 생리식염수로 적신 거즈를 두껍게 삽입해 간에 인접한 장기들과 공간적으로 분리했다. 그 결과 장기의 움직임에 의해 영상에 왜곡을 만드는 아티팩트를 줄여 간 내 지방구 및 혈관계의 이미지를 획득할 수 있었다.
 연구팀이 개발한 생체현미경 시스템은 초고속으로 회전하는 다각 거울을 이용해 살아있는 간 조직의 움직임을 실시간으로 추적하고 보정할 수 있다. 그 때문에 크기가 마이크로미터 이하인 극히 작은 지방구까지 고해상도로 영상화가 가능하다. 특히 다양한 다각 거울의 회전을 이용해 조직 내부의 단면 영상을 깊이별로 획득할 수 있어 깊이별 이미지를 3차원으로 재구성할 수 있다.

지방구 크기 변화와 주변 혈관 관찰해
 관찰 결과 질환이 긴 시간 지속될수록 간세포 내 지방구의 축적률이 증가하고, 지방구의 크기가 커지는 현상을 촬영하는 데 성공했다. 또한, 지방구의 크기가 커지면서 간세포 핵이 위치가 변화하며 간세포 모양의 변화가 일어나는 지방간염의 대표적인 증상 또한 관찰했다. 주변 미세혈관계를 함께 촬영했기 때문에 지방구의 형성 정도와 분포가 혈관계에 인접한 위치에 따라 다른 것을 확인할 수 있었다. 특히 간문맥에 위치한 간세포보다 간동양혈관에 인접한 간세포에서 더 심각하게 일어났다. 이번 연구에서는 시간이 지남에 따라 여러 번 수술하며 그 횟수만큼 침습성이 커지는 면이 존재했다. 하지만 한 번 수술을 통해 투명한 창 챔버를 이미징 부위에 부착하면 이후에는 수술적 처치 없이 반복적인 이미징이 가능하다. 연구팀은 생체현미경 기술에 적용하기 위해 간 이미징에 최적화된 창 챔버 기술을 함께 개발하고 있다.
 김 교수는 “기존의 비알콜성지방간 질환 연구들은 절제된 간 조직을 사용해 질환이 장기간에 걸쳐 진행되며 간세포 및 주변 미세환경에서의 분자적·세포적 수준의 변화 관찰이 어려웠다”며 “이번 연구에서 이미징 기법은 향후 다양한 질환에서 정밀한 진단 파라미터를 제공할 수 있다”고 연구 의의를 전했다.