시간 동안 살아있는 세포의 변화를 세밀히 조사하는 것은 어려우며 높은 공간 해상도를 요구한다. 그러나 새로운 연구는 살아있는 세포 안에서 몇 시간 동안 혹은 며칠 동안 일어나는 행동을 분석할 수 있게 하였고 이러한 분자 크기의 세포와 관련한 많은 의문점을 풀 수 있게 했다.
미국 국립 표준 기술 연구소 (NIST)와 국립 알레르기 및 감염 연구소 (NIAID)의 공동 연구원들은 세포 내부를 조명하고 이러한 느린 과정을 공개하는 나노입자를 사용한 방법을 발명했다. 세포보다도 몇천 배나 작은 나노입자는 다양한 분야에서 적용될 수 있다. 양자점이라고 불리는 나노 입자의 한 종류는 빛에 노출될 때 반짝거린다. 이러한 반도체 입자는 유기 물질로 코팅될 수 있으며 과학자들이 관찰하고 싶어하는 세포의 일부분 안에 있는 특정 단백질을 유인하기 위하여 설계된다.
"양자점들은 이전까지의 많은 유기 염료나 세포 안을 조명해보기 위하여 사용되었던 형광 단백질보다도 더 오래 지속된다. 그것들을 이용해서 전자 현미경같은 최고의 고해상도 기술이 오직 한순간 멈추어진 세포 과정의 이미지만을 제공하는 것에 반해서 양자점은 세포 과정에서의 변화를 관찰하는 데 이점이 있다. 양자점을 이용하여 우리는 단백질의 역동적인 움직임을 포함한 세포 과정을 설명할 수 있다.”라고 NIST연구팀을 이끄는 생물물리학자인 Jeeseong Hwang이 말했다.
그들의 최근 연구에서, 연구원들은 주로 양자점의 특성에 초점을 맞추어 다른 이미징 기술과 비교하였다. 예를 들면, 그들은 세포의 안쪽 세포막 안에 있는 조직 구조의 한 형태인 특정한 타입의 인간 적혈구를 목표물로 하는 양자점을 설계하고 이용하였다. 이러한 단백질 클러스터가 건강한 세포 안에 함께 있으면, 이 조직은 세포에 기계적 유연성을 제공하여 좁은 모세 혈관 및 다른 좁은 공간에 끼어들어 갈 수 있다. 그러나 세포가 말라리아 기생충에 감염되면, 그 조직 구조의 단백질은 변화한다.
"아직 클러스터링 메커니즘을 잘 이해하지 못하기 때문에, 우리는 양자점과 함께 조사하기로 결정하였다. 만약 우리가 클러스터링을 시각화할 수 있는 기술을 개발한다면, 우리는 여러 가지 발달 단계를 가지고 있는 말라리아 감염 과정에 관한 어떤 것을 배울 수 있을 것이다.”고 NIAID의 생물학자인Fuyuki Tokumasu가 말했다.
막 단백질이 서로 뭉쳐질 때, 양자점들은 그것들에 붙게 되며 더 밝게 빛난다. 이러한 단백질 클러스팅 과정을 그들 노력의 결과로 볼 수 있게 되었다. 또한, 연구원들은 양자점들이 다른 나노물질들에 붙을 때, 양자점들의 광 속성들이 각각의 고유한 방법으로 변하는 것을 발견했다. 그들은 또한 양자점의 광 속성들이 나노 크기의 환경이 변화하면 그 성질이 바뀐다는 증거를 발견했으며 세포 내부의 생물학적 환경을 감지하기 위하여 양자점들을 이용할 수 있는 더 큰 가능성을 제공했다.
"독성 및 기타 속성에 관한 일부 우려가 남아있다. 그러나 우리의 연구 결과는 양자점들이 역동적인 세포 과정을 조사할 수 있는 귀중한 도구가 될 수 있다는 것을 지적했다.”라고 Jeeseong Hwang이 말했다.
(그림)
막 단백질의 표적인 인간 적혈구의 단백질의 클러스터링 행동을 양자점으로 보이고 있다. 보라색이 말라리아 기생충을 나타내며, 말라리아가 진행될수록 보라색이 증가한다. NIST로고는 양자점의 초박막 위에 포토리소그라피로 만들었으며 양자점이 다발로 뭉칠수록 빛루미네선스가 증가함을 알 수 있다.(하얀 선: 1um, 붉은 선: 10um)
|
첨부파일:
첨부파일이 없습니다.
양자점으로 의료용 영상을 향상
