“아빠, 투명인간 될 수 있는거야?”…생물조직 투명화 기술 개발

일본 규슈대학교 연구팀, 쥐 실험 성공 '주목'
소 혈청 알부민으로 살아 있는 뇌 심부 관찰
세포 독성·신경기능 손상 없이 조직 투명화

기사의 내용을 바탕으로 생성한 이미지. 제미나이

생물이 또렷한 의식을 가지고 신체 활동에 문제도 없이 그대로 투명해질 수 있을까. 마치 마법학교에서나 가능할 법한 일이 일본에서 현실로 다가오고 있다. 

13일 과학 학술지 ‘네이처 메소드’에 따르면 일본 규슈대학교 연구팀은 살아 있는 쥐의 전신 장기와 조직을 투명화하는 데 성공했다. 살아 있는 조직을 손상 없이 투명하게 만드는 기술은 처음이라는 게 논문의 설명이다.

국가독성과학연구소에 따르면 세포가 불투명해 보이는 것은 세포 안팎의 굴절률(물질을 통과할 때 빛이 휘어지는 정도) 차이 영향이 크다. 일반적으로 세포 내부는 세포 바깥보다 더 빛을 많이 휘게 만든다. 세포 사이사이에 빛을 많이 휘도록 하는 물질를 주입하면 세포가 비교적 투명하게 보인다. 조직을 투명하게 만들면 육안으로 관찰할 수 있는 면적이 넓어져 연구가 쉬워진다. 

논문에 따르면 학계에서 주로 사용하는 생물 투명화 약품은 독성이 심해 살아있는 세포에 사용하기 어려웠다. 특히 삼투압 문제가 컸다. 연구자들은 투명화 용액으로 삼투압이 커 수분을 끌어당기는 물질을 주로 사용했다. 화장품 보습제로 많이 사용하는 글리세롤이 대표적이다. 이런 용액을 세포 사이에 침투시키면 세포에서 수분이 빠져나가 죽곤 했다.

규슈대 이마이 다케시 주임교수 연구팀은 살아 있는 조직을 그대로 투명화하는 시약 ‘SeeDB-Live’를 개발했다. 연구팀에 따르면 해당 시약은 삼투압 수준이 낮아 세포 수분을 덜 빨아들이고 약품 자체 독성도 적다.

정상 세포(왼쪽)와 새로 개발한 투명화 시약을 처리한 세포. 네이처 메소드

시약은 사람 혈액에도 포함된 단백질인 소 혈청 알부민(BSA)으로 만들어졌다. 알부민은 물에 녹였을 때 삼투압이 낮은 동시에 굴절률이 크다. 혈청에서 가장 풍부한 단백질(4~5% 농도)로 포유류 세포 배양에 널리 사용될 정도로 세포에 미치는 영향도 적다. 

연구팀은 배양 세포와 오가노이드(미니 장기), 살아 있는 쥐의 뇌에 새로운 투명화 시약을 적용했다. 연구진은 세 가지 실험에서 조직 투명화에 성공했고 세포에 영향도 최소화했다고 보고했다. 

생물 영향도 확인했다. 해당 시약을 뇌에 주입한 쥐는 철창에 매달리는 능력이나 먹이를 먹는 양이 달라지지 않았다. 시각적 자극에 반응하는 능력 등 뇌 기능에도 문제가 없었다는 게 연구팀의 설명이다. 

연구는 살아 있는 조직 깊은 곳을 맨눈으로 관찰할 수 있도록 한다는 점에서 큰 의미를 가진다. 질병이 어떻게 퍼지는지 규명하고 신약 개발에 이바지할 가능성이 높기 때문이다. 연구팀은 영상 기반 신경 생리학 연구에 새로운 가능성을 열었다고 전했다.