공초점 현미경을 이용하여 자기나노입자를 탐지하고 세포또는 조직을 관찰하는 방법 및 그 시스템 document_id A220623018083

발명의 분야 본 발명은 공초점 현미경을 이용하여 자기나노입자를 탐지하고 세포 또는 조직 샘플을 관찰하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 세포 또는 조직 샘플에 자기나노입자를 주입하고 자기장 발생기를 이용하여 자기장을 가한 후, 자기장에 의해 활성화된 자기나노입자의 변위(displacement)로 야기되는 광학적 변화(산란, 흡수, 형광 현상 등을 포함)를 공초점 현미경으로 계측하여, 세포나 조직 샘플를 선택적으로 관찰하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 발명의 배경 세포 또는 조직을 정밀하게 진단하는 대표적인 생체 영상장비는 자기공명영상법(MRI)이다. MRI는 다음과 같은 원리로 작동된다. 생체 외부에서 강한 자장을 생체에 가하면, 생체를 구성하는 분자와 원자에 존재하고 있는 전자들이 자기장에 의해 일정한 방향으로 정렬하게 된다. 그리고 전자들에게 가해지던 자기장이 없어지면 전자들은 원래의 고유 위치로 돌아가는데, 고유 위치로 돌아가는 데 소요되는 시간을 '회귀속도(relaxation time)'라고 한다. 이 회귀속도는 원자 또는 분자의 고유한 물성치이다. MRI는 생체의 각 부위의 회귀속도를 계측하고 이를 이용하여 3차원 영상을 만들어 낸다. 즉, 특정한 병증이 있는 부위의 회귀속도는 정상적인 부위의 회귀속도와 차이를 나타내므로 이를 정량화한 영상을 통해 병증의 부위와 정도를 가늠하게 하는 장비이다. 이러한 작용 원리에서 알 수 있듯이, MRI로 질병을 파악하기 위해서는 특정 질병으로 야기된 조직의 변화가 회귀속도의 차이를 유발할 때만이 가능하다. 따라서 주변의 정상부위와 비슷한 회귀속도를 가지는 질병은 MRI로 구별해 낼 수 없는 문제점이 있다. 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 자기나노입자를 조영제(Contrast Agent)로 이용, MR 영상의 대비를 극대화하여 질병을 파악하고 있다. 상기 자기나노입자는 자성이 강한 산화철(Iron oxide)이 중심에 있고 그 주변을 코팅제가 감싸고 있는 산화철계 물질을 주로 이용하며, 수 나노미터에서 수백 나노미터의 크기를 가지는 입자이다. 체내에 자기나노입자를 투입한 뒤 MRI 촬영을 하면, 자기나노입자들을 포획한 세포들이 존재하는 영역의 자기특성(즉, 회귀속도)이 자기나노입자들로 인해 주변과 비교하여 상당한 차이를 나타내기 때문에 자기나노입자들을 포획한 세포들이 존재하는 영역을 구별해 낼 수 있다. 이러한 기술을 이용하여 기존의 MRI로 불가능했던 특정 질병의 진단이 어느 정도 가능하게 되었다. 그러나 상기 조영제를 이용한 MRI 방법은 공간 분해능(resolution)이 수백 마이크로미터이기 때문에 수백 나노미터의 공간 분해능을 가지는 세포나 조직을 관찰하기 어려운 문제점이 있다. 공초점 현미경(Confocal Microscope)은 태양광 또는 할로겐 램프를 광원으로 이용하는 일반적인 광학 현미경과 달리 레이저를 광원으로 사용하는 현미경이다. 1 ㎛ 정도의 크기로 조정된 레이저 빔(laser beam)을 3차원으로 스캐닝(scanning)하면서 각 지점에서 반사되는 빛이나 형광 빛을 감지도가 뛰어난 광센서를 이용하여 계측한다. 계측된 아날로그 정보는 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 3차원 영상으로 만들어진다. 더욱이 최근에는 형광물질의 종류도 다양하게 개발되고 있고 이를 이용하여 동시에 여러 가지 물질이나 구조물의 상호 작용을 연구하는 새로운 기술도 속속 개발되어 공초점 현미경의 활용 범위는 더욱 넓어지고 있다. 현재 Zeiss, Olympus, Nikon과 같은 주요 현미경 제조업체에서 상용화된 공초점 현미경을 제조하여 판매하고 있다. 그러나 빛의 산란, 흡수, 또는 형광량의 변화가 적은 세포 또는 조직 영역의 경우, 명암 대비(contrast)가 크지 않아서 상기 공초점 현미경으로 관찰하기 어려운 문제점이 있다. 이에 본 발명자는 상기 MRI에 의한 관찰 방법 및 공초점 현미경을 이용한 방법의 문제점을 해결하기 위한 시스템을 연구하였다. 그리하여 수백 나노미터에서 수백 마이크로미터의 공간 분해능을 가지면서 동시에 빛의 명암 대비를 높여서, 그 동안 쉽게 관찰할 수 없었던 세포 또는 조직을 관찰하는 시스템을 개발하기에 이른 것이다. 본 발명은 공초점 현미경을 이용하여 자기나노입자가 선택적으로 포획 또는 결합된 세포나 조직 샘플을 그러하지 않은 세포 또는 조직 샘플과 식별할 수 있는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 여기서 "선택적으로 포획 또는 결합"이란, "다른 세포 또는 조직 샘플에 비해 상대적으로 많은 양의 자기나노입자가 섭취, 포획 또는 결합됨(upragulated)"을 의미한다. 본 발명은 또한 기존의 공초점 현미경으로는 관찰이 어려웠던 혈관계 또는 림프계의 구조를 쉽게 관찰할 수 있는 방법 및 시스템에 관한 것이다.