초음파로 생체장기의 모세혈관과 세포를 밝혀내다

초음파는 의학에서 가장 널리 사용되는 영상 기술 중 하나이지만, 최근까지는 세포와 같은 우리 몸의 가장 작은 구조를 영상화하는 데 중요한 역할을 하지 못했습니다. 첫 번째 저자인 Baptiste Heiles는 "임신 검사에 사용되는 것과 같은 임상 초음파는 신체 부위의 실시간 영상을 생성합니다."라고 설명합니다. "이를 통해 다양한 질병을 진단하거나, 발달 중인 아기를 모니터링할 수 있습니다. 그러나 미세한 수준에서 무슨 일이 일어나고 있는지는 여전히 감춰져 있습니다."

3D로 살아있는 세포 이미징

이제 델프트 공과대학, 네덜란드 신경과학 연구소, 캘리포니아 공과대학의 과학자 팀이 초음파를 이용해 특정하게 표지된 세포를 3D로 영상화하는 데 성공했습니다.

그들은 처음으로 설탕 한 덩어리 크기의 부피에서 전체 장기 내부에 있는 살아있는 세포의 모습을 영상화했습니다.

이에 비해 현재의 광학 현미경은 종종 살아 있지 않은 샘플의 이미징을 요구한다고 하일스는 말합니다.

"관심 있는 샘플이나 장기를 제거하여 처리해야 하며, 시간이 지남에 따라 세포 활동을 추적하는 기능을 잃게 됩니다."

예를 들어 배아 발달 과정과 같이 살아있는 세포가 3D로 어떻게 행동하는지 영상화하는 현재 선도적인 기술을 광시트 현미경이라고 합니다.

이 방법은 반투명하거나 얇은 표본에만 국한됩니다. 왜냐하면 불투명한 조직에서는 빛이 1mm보다 더 깊이 침투할 수 없기 때문입니다.

"초음파는 불투명한 포유류 조직에서 수 센티미터 깊이까지 이미지를 촬영할 수 있어 전체 장기를 비침습적으로 이미징할 수 있습니다. 이를 통해 세포가 자연 환경에서 어떻게 행동하는지에 대한 정보를 얻을 수 있는데, 이는 광 기반 방법으로는 더 크고 살아있는 조직에서 할 수 없는 일입니다." 수석 연구원인 데이비드 마레스카가 말했습니다.

소리 반사 프로브를 사용한 모세혈관 및 세포 라벨링

초음파 영상의 혁신, 즉 비선형 음향 시트 현미경 이라는 방법의 핵심은 캘리포니아 공과대학의 샤피로 연구실에서 발견된 음향 반사 프로브입니다.

하일리스: "이 프로브는 초음파 이미지에서 밝아져 세포를 보이게 하는 나노스케일 가스로 채워진 소포입니다. 이 소포는 단백질 껍질을 가지고 있으며, 우리는 이미지에서 밝기를 조절하도록 설계할 수 있습니다. 우리는 이 가스 소포를 사용하여 암세포를 추적했습니다."

뇌 영상

연구팀은 세포를 밝혀내는 것 외에도 혈류를 순환하는 초음파와 미세기포를 탐침으로 사용하여 뇌 모세혈관을 감지했습니다.

하일리스: "저희가 아는 한, 비선형 사운드 시트 현미경은 살아있는 뇌의 모세혈관을 관찰할 수 있는 최초의 기술입니다. 이 획기적인 기술은 환자의 소혈관 질환을 진단하는 데 엄청난 잠재력이 있습니다." 미세기포 프로브는 이미 인체 사용이 승인되었으므로 이 기술은 몇 년 안에 병원에 배치될 수 있습니다.

암 연구의 잠재력

Maresca에 따르면, 임상적 실무를 넘어, 사운드 시트 현미경은 생물학적 연구와 특히 새로운 암 치료법 개발에 큰 도움이 될 수 있습니다. "저희 영상 기술은 건강한 조직과 암 조직을 구별할 수 있습니다.

게다가 종양의 괴사된 핵심을 시각화할 수 있습니다. 종양의 중심부에서 산소 부족으로 세포가 죽기 시작합니다. 따라서 암의 진행과 치료에 대한 반응을 모니터링하는 데 도움이 될 수 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250403143722.htm