무엇을 도와드릴까요?
형광 이미징은 생명 과학에서 생세포나 고정 세포, 조직, 심지어 전체 유기체 내의 생물학적 과정을 시각화하고 모니터링하는 데 사용되는 강력한 고감도 비침습적 기술입니다. 형광은 형광 염료(형광단 또는 발색단이라고도 함)와 같은 물질이 빛이나 기타 전자기 방사선에 의해 여기될 때 발생하는 가시 방사 또는 비가시 방사입니다. 시중에는 생물학적 구조를 높은 특이성으로 라벨링하는 데 사용할 수 있는 다양한 형광 염료와 단백질이 있습니다. 형광 이미징 기술은 분광 형광법과 현미경 형광법으로 나눌 수 있습니다. 분광 검출 기반 어플리케이션으로는 qPCR, DNA 염기서열 분석기, 고처리량 선별 검사, 유세포 분석 등이 있습니다. 생의학 연구실에서 일반적으로 사용되는 형광 현미경 기술로는 표면형광, 공초점, 다광자, TIRF(Total Internal Reflectance Fluorescence), 초해상도(SIM, STORM, PALM, STED) 및 광시트 현미경, 그리고 형광 수명 이미징이 있습니다. 가장 적합한 기술은 2D/3D와 같은 해상도 수준, 이미징 속도, 이미징 심도, 필요한 컬러 채널 수 등 여러 요인에 따라 달라지지만, 모든 기술은 동일한 형광 메커니즘을 사용하여 생물학적 과정을 관찰합니다.
일반적인 형광 이미징 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.
형광 필터 세트는 여기광과 방출된 형광을 분리하는 데 특히 중요하며, 일반적으로 특정 형광단의 스펙트럼 특성에 맞게 투과 프로파일이 최적화된 여기 필터(주로 밴드패스형), 다이크로익 필터(다이크로익 미러 또는 이색성 빔스플리터라고도 함), 방출 필터(밴드패스형 또는 롱패스형)의 조합으로 구성됩니다.
형광 현미경은 수상돌기가시와 축색종말과 같은 스냅스 구조의 기능적/형태학적 역학을 연구하고 신경 회로의 연결성과 역학이 갖는 특징을 시각적으로 관찰하는 데 사용됩니다. 대개는 점광원 조명 역할을 하는 레이저 빔의 초점이 핀홀에 맞춰집니다. 공간적으로 여과된 빛은 다이크로익 필터에 의해 반사가 일어나며, 이때 대물렌즈의 전체 구경을 채우기 위한 빔 익스팬더는 필요할 수도 있고 필요하지 않을 수도 있습니다. 이후 대물렌즈는 샘플 위로 발광 에너지의 초점을 맞추고, 초점이 맞춰진 이러한 에너지로부터 동일한 현미경으로 응집된 더 약해진 형광 신호를 방출하게 됩니다. 방출된 빛은 다이크로익 필터를 통과하여 튜브(보조) 렌즈 안에 도달한 뒤 제일 마지막 핀홀을 거친 후 CCD나 CMOS 센서에 의해 감지됩니다. 핀홀 2개가 광축의 공액 이미지 면에 위치한 이상적인 경우라면 이 이미지를 피사체 면 위로 완벽하게 중첩시킬 수 있습니다. 공초점 현미경으로 피사체 면에 있는 매우 얇고 작은 스폿을 관찰할 때는 스캐닝 시스템이나 전동 액추에이터로 빛을 시험해본 후 이미지 어레이를 모으는 것이 중요합니다. 그 다음 정렬된 이미지는 2D 혹은 3D 이미지로 재구성됩니다.
레이저 기반 현미경 및 광유전학을 포함한 다양한 광학 진단 기술이 뇌 질환을 비롯한 의학적 상태를 검사, 진단, 치료하는 데 사용됩니다.
GFP(Green Fluorescent Protein)는 특정 아미노산 그룹으로 구성된 특수 분화 단백질로 자외선/청색광에 노출되면 녹색으로 보입니다. 해양 생물에서 추출한 가장 일반적인 여기 파장은 395 - 475nm이며 509 - 525nm에서 방출이 최대가 됩니다. GFP는 비침습적 형광 이미징 시스템에 널리 사용되는 기술이며 종양의 증식, 세포자멸사 및 기타 세포 활동을 감지할 수 있습니다.
빛을 사용하는 생물학적 기법입니다. 파장 대역에 따라 다르게 반응하는 광수용체를 가지고 있고 유전적으로 변형된 여러 케이스 중 생체 조직의 세포, 특히 뉴런을 제어하는 것이 이에 해당합니다.
하이드로젤을 사용하여 뇌의 조직을 투명하게 만드는 기술입니다. 항체와 바이오마커가 수반되며, 뇌의 핵 구조를 매우 상세하게 보여주는 이미지를 통해 다양한 정보를 수집하고 이를 연구할 수 있습니다.
뇌 기반 이미징에 사용되는 유전자 재조합 칼슘 센서(genetically encoded calcium indicator)입니다. GCaMP는 GFP(Green Fluorescent Protein), 칼모듈린, 그리고 미오신의 단백질 서열을 융합한 것과 비슷합니다.
신경과학은 뇌의 특정 영역 내 성분이나 특성을 정량화하여 시각화하고 이를 데이터화하는 기술입니다. 다시 말해, 이미징 기술을 통해 뇌, 척수 및 중추 신경계의 해부도와 기능을 확인할 수 있습니다.
전기생기학 방식으로 뉴런, 심근세포, 근섬유 및 기타 세포의 단일/다중 이온 채널을 연구할 수 있게 해줍니다.
형광/공초점/다광자/고해상도 현미경을 사용하는 현미경 검사는 뇌 절편의 시냅스, 뉴런, 신경 회로를 연구하는 데 사용됩니다.
아래의 병명들은 형광 현미경과 같은 첨단 진단 기술로 발견할 수 있는 일반적인 뇌 질환입니다. 현미경 대물렌즈와 광학 부품이 발전하면서 이러한 질환들을 더 쉽게 발견하고 치료할 수 있게 되었습니다.
뇌로 전달되는 혈액 공급 장애가 상당 기간 이상 지속할 때 발생하는 질병으로 반신불수, 안면마비, 무감각, 발음 장애 등의 증상이 나타납니다.
서서히 시작되어 시간이 지남에 따라 악화되는 진행성 및 난치성 치매 유형으로 기억력이 감퇴하고 기타 주요 정신 기능이 퇴화합니다.
신체 움직임에 영향을 주는 중추 신경계에 발생하는 불치병으로 제어가 불가능한 떨림마비 증상을 보입니다.
유전성 난치성 질환으로 장기간에 걸쳐 뇌의 신경 세포를 파괴하여 무도증(불수의적 운동)을 일으키고 병이 진행되면서 결국엔 대화 능력까지 상실하게 됩니다.
뇌와 척수의 막 사이에 심각한 염증이 발생하는 질환으로 주로 감염에 의해 발병하며, 발열, 두통, 경부 강직과 같은 증상을 보입니다.
발작을 일으키는 특수 질환으로 주로 뇌의 이상 활동과 전기적 활성이 증가하면서 발병하게 됩니다.
외상으로 인한 가장 흔한 유형의 뇌 손상으로 심한 충격으로 인해 뇌가 흔들리거나 두개골 내부가 움직이면서 증상이 나타납니다.
암을 유발하거나 혹은 유발하지 않는 비정상 세포가 뇌 안에 증식하는 질환으로 성상세포종, 모세포종, 뇌실막종, 수막종 등 다양한 중증도 수준과 유형으로 분류됩니다.
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