[POSTECH·연세대·서울대병원 연구팀, 형광 표지 없이 눈 표면 세포 관찰하는 현미경 기술 개발]

 기계공학과·융합대학원 김기현 교수 연구팀이 연세대 기계공학과 주철민 교수 연구팀, 서울대병원 안과 윤창호 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 눈 건강에 핵심적인 세포를 선명하게 관찰할 수 있는 새로운 현미경 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 안과 분야 국제 학술지 The Ocular Surface 최신호에 게재됐다.

 눈의 건조를 방지하려면 눈물막이 고르게 분포되어야 하며, 이를 가능하게 하는 핵심 세포가 ‘결막 술잔세포(Conjunctival Goblet Cell)’다. 이 세포는 눈물막의 주요 성분인 점액(mucin)을 분비해 눈 표면을 촉촉하게 유지하고 외부 자극으로부터 눈을 보호한다. 술잔세포의 기능에 이상이 생기면 점액 분비가 줄어 눈물막이 쉽게 붕괴되고, 이는 안구건조증이나 결막염 같은 안구표면질환에서 관찰된다. 따라서 이 세포의 상태를 정밀하게 관찰하는 것은 안구표면질환 진단에 있어 매우 중요하다.

 기존의 결막 술잔세포 관찰에는 연구팀이 개발해온 형광 영상법이 사용되었지만, 염색 과정이 필요하다는 제한이 있었다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘경사 후방조명 위상 현미경 (Oblique Back-illumination Microscopy, 이하 OBM)’ 기술을 새롭게 개발했다.

OBM은 조명광을 현미경 주변에 위치 시키면 빛이 세포를 비스듬히 통과하고 세포는 그 빛을 굴절시켜 영상을 생성하는 방식이다. 형광 염색 없이도 조명 방식을 조절하면 일반 광학 현미경에서도 술잔세포를 직접 관찰할 수 있다는 것이 큰 장점이다.

 연구팀은 OBM 기술을 기존 형광 현미경과 결합해 실험을 진행했으며, 정상 쥐의 결막에서 OBM으로 관찰된 세포가 실제 술잔세포임을 형광 영상으로 확인해 기술의 정확성을 검증했다.

 이어 연구팀은 고삼투압 환경에서 술잔세포의 반응을 관찰해, 건조 환경이 세포에 미치는 영향을 분석했다. 눈물양이 부족하면 삼투압이 증가하는데, 이를 모사하기 위해 연구팀은 고농도의 소금물을 쥐의 눈에 투여해 인위적으로 고삼투압 상태를 유도한 후 시간에 따른 세포의 변화를 관찰했다. 정상 술잔세포는 점액으로 가득 차 영상 측정값이 높게 나타났지만, 시간이 지나며 점액을 방출하면서 측정값이 크게 감소했다. 이처럼 건조 환경에서 술잔세포가 점액을 분비하며 크기가 줄어드는 과정을 실시간으로 관찰하고 정량적으로 측정한 것은 이번이 처음이다.

 

 

김 기현 교수는 “이번 연구는 단순한 현미경 기술 개발을 넘어, 안구표면질환의 정밀 진단 가능성을 제시한 성과이다. 스마트폰과 컴퓨터 등 디지털 기기 사용 증가로 안구건조증 환자가 빠르게 늘고 있는데, 안구건조증은 다원성 질환이어서 맞춤형 치료가 필요하다. 이번에 개발한 결막 술잔세포 검사 기술은 정확한 진단과 효과적인 치료 전략 수립에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구자사업, 기초연구실, 그리고 삼성전자 미래기술육성사업을 통해 수행되었다. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtos.2025.01.009