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장재범(6기) 장학생, 뇌 20배 팽창시켰다...뇌 질환 이해, 치료법 개발 쉬워져

국내 연구진이 뇌를 20배 이상 팽창시켜 뇌의 초미세구조를 관찰할 수 있는 기술을 개발, 어떻게 뇌가
작동하는지 이해하고 뇌 질환을 정복하는 데에 새로운 전기를 마련했다.

삼성장학회 6기 장학생 장재범 교수(성균관대학교 성균융합원
글로벌바이오메디컬공학)의 연구팀이 매사추세츠 공과대학(MIT)
에드 보이든 교수 연구팀과 공동으로 뇌 및 장기를 20배 이상 팽창시키는
기술을 개발했다.

이 기술을 이용하면 일반 광학 현미경의 해상도를 열 배 이상 향상시켜
20나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m) 해상도를 얻을 수 있다고 밝혔다.
또한 20배 팽창 후에는 뇌 및 장기가 투명해져 일반 현미경으로도 조직의
깊숙한 안쪽을 초고해상도로 관찰할 수 있게 된다.

현재 전 세계적으로 뇌를 자세하게 들여다볼 수 있는 다양한 기법들이 개발되고 있다. 지난 2014년에는
초고해상도 현미경을 개발한 세 명의 과학자들에게 노벨 화학상이 주어지기도 했다.
하지만 이런 초고해상도 현미경은 값비싼 특수 현미경이 필요하고 또한 두꺼운 조직을 관찰하기 위해서는
복잡한 시료 준비 과정이 필요했다.

쥐 뇌의 작은 조각(세로 길이 0.17㎝)을 20배 인 3.4㎝로 확대한 모습. 이후 일반현미경으로 조직의 깊숙한 안쪽을 초고해상도로 촬영할 수 있다. <성균관대 제공>

지난 2015년에 MIT 에드 보이든 교수 연구팀은 흡수젤을 이용하여 뇌를 4.5배 팽창시킬 수 있는 기술을
개발하였다. 흡수젤은 물을 매우 잘 흡수하는 성질이 있어서 그 동안 아기 기저귀를 만드는 데에 사용되어
왔다. 이 물질을 물속에 넣어주면 물을 흡수하면서 흡수한 물의 부피만큼 팽창하게 된다. 장재범 교수
연구팀은 이 기술을 획기적으로 개선하여 뇌 및 다양한 장기를 50배까지 팽창시켰다. 그리고 이 기술을
이용하여 뇌 신경세포들이 어떤 시냅스를 통해 삼차원으로 연결되어 있는지 매우 자세하게 관찰할 수 있었다.
이 기법은 뇌뿐만 아니라 현미경을 사용하는 모든 생물학 및 의학 분야에 널리 사용될 수 있다.

최근 암 조직이 서로 다른 돌연변이를 가진 세포들의 복합체라는 사실이 알려지면서 암 조직을 초고해상도로
관찰하려는 시도가 있었다. 이 기법은 암을 연구하는 데에 그리고 환자에게서 떼어낸 암 조직을 분자수준으로
이해하여 정확한 치료법을 결정하는 데에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

장재범 교수는 "이번 성과는 많은 사람들이 고통 받고 있는 뇌질환의 원인을 이해하고 그 치료법을 개발하는
데에 유용하게 쓰일 수 있을 것"이라며 "뇌 연구뿐만 아니라 암 연구, 줄기 세포 연구, 혹은 신약 개발 등
다양한 분야에 쓰일 수 있을 것"이라고 전망했다.

이번 연구결과 논문은 네이쳐 메소드(Nature Methods)지 온라인 판에 '17.4.18일 게재되었다.

장재범 교수는 한국과학기술원(KAIST)에서 물리학과 생물학을 복수전공하고 매사추세츠 공과대학(MIT)에서
재료공학 박사 학위를 마친 후 동대학에서 뇌과학을 전공하였으며, '16.3월부터 성균관대
글로벌바이오메디컬공학과에서 조교수로 일하고 있다.

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