조영제 없이 생체 내부를 들여다본다

KIST 연구진, 테라헤르츠파·메타물질로 생체 촬영
치매 걸린 실험쥐 뇌에서 원인물질 모니터링 성공

메타물질을 이용한 고민감도 비표지 테라헤르츠 생체 이미징 기술 모식도. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 조영제 없이도 생체 내부를 촬영해 질병을 모니터링 할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술로 치매는 물론 기타 여러 질병의 진행 정도를 실시간 모니터링 하는데 사용할 수 있다고 설명했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 센서시스템연구센터 서민아 박사 연구팀이 테라헤르츠(㎔=1조㎐) 전자기파를 이용해 생체 내부의 물질을 들여다 볼 수 있는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구진은 이 기술로 치매 생쥐의 뇌에서 치매 원인 물질인 '아밀로이드 플라크' 단백질을 모니터링했다. 연구진은 테라헤르츠파가 분자들의 상태에 민감해 아밀로이드 단백질이 축적된 양까지도 정량적 분석에 성공했다. 기존 영상 진단 방법에서는 영상의 명암 차이를 통한 상대적 비교만 할 수 있을 뿐이다.

서민아 박사는 "인체 내 암조직 등을 조영제 없이 선명한 경계면을 확인하는 영상기술로도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

테라헤르츠 전자기파는 X레이나 방사선처럼 생체조직을 변형시키지 않는 장점이 있다. 또 별도의 조영제 없이도 생체 내부를 관찰할 수 있다. 하지만 테라헤르츠파는 파장이 길어 매우 작거나 극미량의 물질은 관찰하기 어렵다. 또 생체 내 수분에 흡수돼 사라져 관찰한 정보를 수집할 수 없다는 단점이 있다.

메타물질을 이용한 정상(wildtype, 왼쪽)과 치매모델(APP/PS1, 오른쪽) 쥐 뇌의 비표지 테라헤르츠 이미지. 정상보다 치매 모델 쥐 뇌에서 시간이 경과함에 따라 아밀로이드 플라크 양이 증가한다는 것을 확인할 수 있다. KIST 제공

연구진은 테라헤르츠파의 단점을 극복하기위해 새로운 메타물질을 개발했다. 메타물질을 활용해 대상 물질의 광학적 특성을 바꾸면 특정 파장에서 금속을 플라스틱처럼 보이게 할 수도 있고, 눈에 보이지 않도록 할 수도 있다.

이 메타물질이 테라헤르츠파의 민감도를 높이고, 생체 내부의 물과 만나 흡수되지 않도록 수분과 만날경우 그 경계면에서 반사돼 돌아오도록 했다.

그 결과, 기존 테라헤르츠파 기술로 영상화가 어려운 극미량의 생체 조직의 선명한 영상을 촬영했다. 형광물질이나 방사성동위원소와 같은 조영제를 사용하지 않고도 기존 영상장치와 유사한 수준의 영상을 얻을 수 있게 된 것이다.

이번 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지인 '바이오센서&바이오일렉트로닉스' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자