□   국내 연구진이 미토콘드리아의 내부구조의 삼차원 X-선 토모그래피 영상을 비파괴적으로 얻는데 성공했다. GIST(광주과학기술원, 총장 문승현)의 노도영 교수(물리‧광과학과), 태기융(신소재공학부) 교수 및 포항공과대학교 송창용(물리학과) 교수 연구진은 쥐의 배아세포에서 추출한 단일 미토콘드리아의 내부구조를 조영제 사용 없이 절단하지 않은 상태에서 60 나노미터의 고해상도로 촬영한 삼차원 X-선 CT 영상을 최초로 공개하였다.

∘ 미토콘드리아: 에너지 생성, 노화, 번식, 유전 등에 관여하는 진핵생물의 세포 내 소기관

□   이번 영상에 활용된 ‘결맞은 X-선 회절 이미징’ 기법은 방사광가속기에서 발생되는 고휘도의 레이저 특성을 가진 X-선을 활용하여 나노미터 수준의 고 해상도를 구현하는 방법으로 세포내 소기관이나 단백질의 구조 등을 삼차원적으로 영상화할 수 있는 기술이다.

∘ 결맞은 X-선 회절 이미징: 레이저의 고유 특성이 결맞음성을 갖춘 X-선을 활용하여 물체의 회절 무늬를 측정하고 수학적 알고리즘으로 통하여 이미지로 재구성하는 방법

∘ 연구진은 독립적으로 추출된 단일 미토콘드리아의 2차원 X-선 회절 무늬를 정확하게 측정한 후 수학적 알고리즘을 적용하여 고분해능의 2차원 영상을 얻었다. 그리고 미토콘드리아를 회전시키면서 여러 각도에서 획득한 2차원 영상들에 병원에 X-선 CT 영상에도 사용되는 토모그래피 원리를 적용하여 60 nm 해상도의 삼차원 영상을 재구성하였다.

∘  본 연구에서 획득된 삼차원 영상은 디지털 형대로 저장되어 있어서, 이를 이용하여 원하는 각도와 위치의 2차원 단면영상을 시각화 하는 것이 가능하다.

∘ 연구진은 60 nm 해상도의 삼차원 영상과 더불어 20 nm 이하 해상도의 이차원 영상을 구현하는 방법을 제시하고 그 결과도 함께 보고했다.

□  본 연구의 책임자인 노도영 교수는 “이번 연구는 수십 나노미터 수준의 분해능으로 미토콘드리아의 삼차원 영상을 얻을 수 있는 기법을 구현한 것에 의의가 있고, 이후 지속적인 분해능 개선 연구를 통해 생명현상 등의 이해에 중요한 실마리를 제공할 고분해능 영상을 획득할 계획이다”고 설명했다.

□   또한 국내에서 작년에 완공된 제 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL)에 ‘결맞은 X-선 회절 이미징’ 기법을 적용하면 생명과학의 신비를 풀 수 있는 연구의 수행이 가능할 것으로 전망된다.

□  본 연구는 미래창조과학부의 선도연구센터사업(SRC) 사업에서 지원하는 ‘극미세 초고속 X-선과학 연구센터(센터장 노도영)’ 에서 수행되었으며, 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 5월 12일 온라인 판에 게재되었다. 이 논문의 제 1 저자는 김윤희 박사과정생으로 박사학위 후 유럽공동체의 제 4세대방사광가속기 EuroXFEL에서 박사후연수생으로 근무할 예정이다. <끝>

□ 논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

1. 논문관련 ○ 저널명: Scientific Reoprts ○ 논문명: Visualization of a Mammalian Mitochondrion by Coherent X-ray Diffractive Imaging ○ 저자 정보: 노도영  교수(교신저자, GIST), 김윤희  박사과정생(제1저자, GIST), 태기융  교수(공동저자, GIST), 송창용  교수(공동저자, POSTECH), 등