홀로토모그래피

[크브씨네마] '작전명 : 타이니어' 전이성 폐암 질환을 공략하다!! #KBSI #홀로토모그래피현미경 #범죄도시

암은 현대 의학이 해결해야 할 가장 어려운 과제 중 하나로, 특히 암세포가 원래의 위치를 벗어나 다른 장기로 퍼지는 전이 현상은 치료를 매우 힘들게 만듭니다. 한국기초과학지원연구원(KBSI)과 국립순천대학교 공동 연구진은 이러한 전이성 암을 제어하기 위해 'HO-2'라는 단백질에 주목했습니다. 연구진은 전이 과정에서 HO-2 단백질의 발현이 활발해진다는 사실을 확인했으며, 이를 암세포를 찾아내는 핵심 지표로 활용하였습니다. 이는 전이의 길목을 차단할 수 있는 중요한 과학적 근거를 마련한 것으로 평가받습니다. 연구진이 개발한 '타이니어(TiNIR)'는 표적 단백질에 반응하여 암세포를 찾아내는 것은 물론, 암의 증식과 이동을 직접적으로 방해하는 다목적 도구입니다. 이 물질이 HO-2의 활동을 저해하면 암세포 내부에 활성산소가 발생하게 되는데, 이는 세포의 주기를 방해하고 운동성을 크게 떨어뜨리는 효과를 냅니다. 결과적으로 타이니어(TiNIR)는 전이성 암세포를 선택적으로 공격하는 억제제 역할을 수행하게 됩니다. 이러한 메커니즘은 단순히 암을 발견하는 수준을 넘어, 전이 자체를 능동적으로 차단할 수 있는 새로운 가능성을 열어주었습니다. 이번 연구의 또 다른 성과는 암세포의 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있는 3차원 홀로토모그래피 기술의 도입입니다. KBSI 이성수 박사 연구팀은 세계 최초로 이 기술을 이용해 타이니어(TiNIR)가 처리된 폐암 세포가 어떻게 변화하고 이동하는지를 정량적으로 분석하는 데 성공했습니다. 기존의 분석법과 달리 살아있는 세포의 상태를 실시간으로 추적할 수 있어, 향후 암 질환 치료제 개발에 있어 매우 차별화된 데이터를 제공할 수 있습니다. 이러한 첨단 영상 분석 기술은 차세대 항암 신약 개발의 새로운 이정표가 될 것으로 기대됩니다.

한국기초과학지원연구원

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[국산연구장비 활용 캠페인] 3편 한국기초과학지원연구원 이성수 책임연구원

생명체의 신경 발생과 치매 기전을 규명하고자 노력해 온 연구진은 기존 생물학 실험 방식의 명확한 한계에 직면했습니다. 기존의 실험 방식은 세포를 화학적으로 고정하고 염색한 뒤 현미경으로 관찰하기 때문에, 살아 있는 상태의 역동적인 변화를 포착하기가 사실상 불가능합니다. 본래의 생명 현상을 왜곡 없이 연구하기 위해서는 정지된 영상이 아닌, 세포가 살아 움직이는 전 과정을 실시간으로 관찰할 수 있는 새로운 기술이 필요했습니다. 홀로토모그래피는 세포에 별도의 처리를 하지 않고도 3차원 홀로토모그래피 영상을 구현하는 혁신적인 기술입니다. 다행히 한국에는 세계적인 수준의 3차원 홀로토모그래피 장비를 제조하는 기업이 있었고, 연구진은 이들과 손을 잡았습니다. 국산 연구 장비를 활용하면서 연구에 필요한 기능을 즉각적으로 개선하고 기술적 피드백을 신속하게 주고받는 과정은, 장비의 고도화와 연구의 질적 향상을 동시에 달성하는 커다란 원동력이 되었습니다. 국가연구개발 우수성과 100선에 선정된 이번 연구는 단순한 질병 기전 규명을 넘어, 홀로토모그래피 기술을 이용한 분석법 자체에 새로운 패러다임을 제시했다는 평가를 받습니다. 특히 최근 각광받는 인공지능 기술을 분석 과정에 도입하여 연구의 정확도와 효율성을 획기적으로 높였습니다. 이는 고가의 해외 장비에 의존하지 않고도 독창적인 분석 방법론을 개발하여 학계의 주목을 이끌어 낸 아주 드물고도 값진 성과라고 할 수 있습니다. 국산 연구 장비 성능 향상 사업을 통한 산학연 협력은 단순한 기술 지원을 넘어 깊은 유대감을 형성했습니다. 연구 현장에서 느끼는 조작의 불편함을 개선하기 위해 조그셔틀 기능을 도입하거나 최적화된 소프트웨어를 공동 개발하는 과정은 연구의 편의성을 극대화했습니다. 연구자가 필요한 기능을 장비에 직접 반영하는 이러한 긴밀한 협업은 마치 한 팀처럼 움직이는 동지애를 느끼게 했으며, 이는 국산 연구 장비의 경쟁력을 높이는 핵심 자산이 되었습니다. 국내 연구 장비 산업의 자생력을 키우기 위해서는 우리 과학자들이 국산 연구 장비를 적극적으로 믿고 사용하는 문화가 정착되어야 합니다. 맛집이 입소문을 통해 명성을 얻듯, 국산 연구 장비를 활용한 수준 높은 논문들이 지속적으로 발표될 때 글로벌 시장에서도 신뢰를 얻을 수 있기 때문입니다. 단기적인 지원보다는 긴 호흡의 투자가 이어질 때 비로소 우리나라는 독자적인 연구 인프라를 갖춘 과학 기술 강국으로 도약하며 미래를 선도해 나갈 것입니다.

한국기초과학지원연구원

생명과학
뇌인지과학
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공학·기술

2021 연구장비산업 페스티벌_토모큐브 발표

토모큐브는 현미경 기술의 혁신을 목표로 설립된 기업으로, 세포와 조직을 관찰하는 방식을 근본적으로 바꾸고 있습니다. 기존의 현미경은 세포를 관찰하기 위해 염색이나 복잡한 전처리가 필수적이었지만, 토모큐브가 상용화한 '홀로토모그래피(HT)' 기술은 이러한 한계를 극복했습니다. 이 기술은 마치 신체를 촬영하는 엑스레이 CT를 레이저 기술로 구현한 것과 유사하며, 세포 내부 물질의 고유한 굴절률을 측정하여 3차원 영상을 구현합니다. 이를 통해 연구자들은 살아있는 세포를 있는 그대로 관찰하며 정량적인 데이터를 자동으로 분석할 수 있는 새로운 도구를 갖게 되었습니다. 홀로토모그래피의 핵심은 데이터의 차별성에 있습니다. 세포 내부의 다양한 소기관들은 각기 다른 굴절률을 지니고 있는데, 토모큐브의 현미경은 이를 2차원으로 촬영한 뒤 3차원으로 복원하여 세밀한 내부 구조를 시각화합니다. 특히 지질(Lipid)과 같이 굴절률이 높은 물질은 매우 정밀하게 분석할 수 있어 동맥경화와 같은 질환 연구에 효과적입니다. 또한, 최근 바이오 분야에서 주목받는 '상 분리(Phase separation)' 현상을 세계 최초로 관찰하여 권위 있는 학술지인 네이처 셀 바이올로지의 표지를 장식하기도 했습니다. 이는 기존 기술로는 불가능했던 영역을 개척한 성과로 평가받습니다. 살아있는 세포를 실시간으로 관찰할 수 있는 능력은 면역 세포 치료제 개발 분야에서 강력한 장점이 됩니다. 면역 세포인 CAR-T 세포가 암세포를 공격하고 사멸을 유도하는 과정을 연속적으로 촬영하고, 인공지능이 이를 분석하여 세포 간의 시냅스 형성이나 분화 과정을 정량화합니다. 기존 방식처럼 염색을 하지 않기에 세포의 자연스러운 활동을 방해하지 않으면서도 방대한 데이터베이스를 구축할 수 있습니다. 이러한 기능은 세포 내 소기관의 자동 세그먼테이션과 분석까지 가능하게 하여, 현미경이 단순한 관찰 장비를 넘어 데이터 추출을 위한 스마트 기기로 진화했음을 보여줍니다. 토모큐브의 기술은 기초 과학 연구를 넘어 의료 진단과 산업 현장으로 빠르게 확장되고 있습니다. 혈액 데이터를 기반으로 한 분석기 개발과 클라우드 서비스 제공은 물론, 박테리아의 종류를 구분하고 항생제 내성을 테스트하는 솔루션도 상용화 단계에 있습니다. 의료 분야에서는 조직 병리 영상에 인공지능을 결합하여 질환의 이상 여부를 자동으로 진단 보조하거나, 세포 치료제의 반응성을 예측하는 동반 진단 마커로도 활용되고 있습니다. 특히 바이오 파운드리와 같은 대규모 배양 공정에서는 인라인 모니터링을 통해 수율을 관리하는 핵심 솔루션으로 그 가치를 인정받고 있습니다. 토모큐브는 독자적인 홀로토모그래피 기술을 바탕으로 연구용 라이브 셀 이미징 시장에서 글로벌 파이오니어로 자리매김하고 있습니다. 독일, 일본, 미국 등 전통적인 광학 강국들이 장악해 온 현미경 시장에서 기술적 한계를 혁신하고, AI 분석 기능을 무기로 당당히 경쟁하고 있습니다. 대전 본사를 중심으로 서울과 미국 보스턴 지사를 운영하며 글로벌 의료 및 산업 네트워크를 강화하고 있는 토모큐브는, 단순한 장비 제조를 넘어 국가 연구 장비 산업 전반에 기여하는 혁신 기업을 꿈꿉니다. 최고의 전문 인력과 강력한 팀워크를 바탕으로 앞으로도 생명 과학 발전을 위한 새로운 길을 계속해서 개척해 나갈 것입니다.

한국기초과학지원연구원

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2021 연구장비산업 페스티벌

현대 과학기술의 발전과 원천기술 확보를 위해 연구장비산업의 중요성이 나날이 커지고 있습니다. 정부의 R&D 예산은 지난 10년간 두 배 가까이 증가하며 양적 성장을 이루었으나, 핵심 연구장비의 대외 의존도는 여전히 높은 실정입니다. 이에 정부는 '연구장비산업 혁신 성장 전략'을 수립하고 관련 법령을 정비하며 독자적인 생태계 조성을 추진하고 있습니다. 이는 단순한 장비 도입을 넘어 국내 기업의 기술력을 강화하고 중소기업 중심의 산업 구조를 체계적으로 육성하여 국가 과학기술 경쟁력의 토대를 마련하려는 의지를 담고 있습니다. 지속 가능한 연구장비 생태계를 위해서는 전문인력의 양성이 무엇보다 중요합니다. 우리나라는 연구장비의 증가 속도에 비해 이를 운용하고 관리할 전담 인력이 부족하여 장비 방치나 관리 소홀의 문제를 겪어왔습니다. 이를 해결하기 위해 이공계 전공자를 대상으로 장비 운영, 유지보수, 하드웨어 및 소프트웨어 개발 등 6개 전문 과정을 운영하고 있습니다. 이러한 현장 맞춤형 교육은 높은 취업률로 이어지며, 청년 과학기술인들에게는 새로운 기회를 제공하고 산업계에는 숙련된 인력을 공급하는 선순환 구조를 만들어내고 있습니다. 최근의 연구장비 기술은 미세 가공과 분석의 한계를 극복하는 방향으로 진화하고 있습니다. 특히 펨토초 레이저와 집속 이온 빔(FIB)을 결합한 기술은 기존에 수일이 걸리던 샘플 전처리 과정을 단 몇 분으로 단축시켰습니다. 마이크로미터 단위에 머물렀던 가공 범위를 밀리미터 단위까지 확장하면서도 나노 수준의 정밀도를 유지할 수 있게 된 것입니다. 또한 2차원적인 평면 정보에 국한되지 않고 시료 내부의 3차원 볼륨 정보를 획득하는 나노 토모그래피 기술은 재료 과학 연구의 새로운 지평을 열며 정밀한 데이터 분석을 가능하게 합니다. 생명과학과 화학 분야에서는 고해상도 분석 장비인 NMR과 질량분석기가 핵심적인 역할을 수행합니다. 차세대 단백질 구조 연구인 프로테오믹스와 표현체 분석인 피노믹스는 인류의 질병 치료와 생명 현상 이해를 위한 필수적인 영역입니다. 특히 아시아 최초로 국내에 도입될 예정인 1.2GHz 초고해상도 NMR 장비는 기존에 도달하지 못했던 정밀한 분석을 가능하게 할 것입니다. 이러한 첨단 분석 솔루션은 식품의 진위 판별부터 외계 생물체 연구에 이르기까지 폭폭하게 활용되며 우리 삶의 질을 높이고 과학적 난제를 해결하는 데 기여하고 있습니다. 원자현미경(AFM)은 시각을 넘어 촉각을 극대화한 기술로, 나노 세계의 3차원 형상뿐만 아니라 전기적, 자기적 성질까지 측정할 수 있는 혁신적인 도구입니다. 특히 반도체 공정이 미세화됨에 따라 기존 전자현미경의 한계를 넘어서는 정밀 계측이 요구되면서 원자현미경의 중요성은 더욱 부각되고 있습니다. 이제는 인공지능 기술이 접목되어 숙련도와 관계없이 버튼 하나로 자동 측정이 가능한 수준에 도달했습니다. 세계 시장을 선도하는 국내 원자현미경 기술은 글로벌 반도체 기업들의 공정 관리에 필수적인 솔루션으로 자리 잡았습니다. 살아있는 세포를 염색이나 전처리 없이 3차원으로 관찰하는 홀로토모그래피 기술은 바이오 연구의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 세포 내부 물질의 굴절률을 측정하여 엑스레이 CT처럼 내부 구조를 시각화함으로써, 면역 세포의 암세포 공격 과정 등을 실시간으로 정밀하게 분석할 수 있습니다. 여기에 인공지능 기반의 자동 분석 기능이 더해져 방대한 영상 데이터에서 유의미한 수치를 빠르게 추출해냅니다. 이러한 기술은 질병 진단, 항생제 내성 테스트, 그리고 바이오 의약품 생산 공정의 수율 관리 등 의료와 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 확장되고 있습니다. 국산 연구장비의 신뢰도 향상과 활용 확산은 국가 기술 자립을 위한 필수적인 과제입니다. 외산 장비에 대한 의존도가 높았던 과거에서 벗어나, 이제는 우리 기술로 만든 장비들이 국제 학술지에 인용되고 글로벌 시장에서 그 우수성을 인정받고 있습니다. 연구 현장에서 국산 장비를 적극적으로 활용하고 그 성과를 공유하는 문화가 정착된다면, 우리나라는 연구장비 수입국에서 선도국으로 도약할 수 있을 것입니다. 정부와 기업, 연구기관이 유기적으로 협력하는 생태계의 성장은 대한민국 과학기술의 미래를 밝히는 든든한 등불이 될 것입니다.

한국기초과학지원연구원

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