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□   국내 연구진이 미토콘드리아의 내부구조의 삼차원 X-선 토모그래피 영상비파괴적으로 얻는데 성공했다. GIST(광주과학기술원, 총장 문승현)의 노도영 교수(물리광과학과), 태기융(신소재공학부) 교수 및 포항공과대학교 송창용(물리학과) 교수 연구진은 쥐의 배아세포에서 추출한 단일 미토콘드리아의 내부구조를 조영제 사용 없이 절단하지 않은 상태에서 60 나노미터의 고해상도로 촬영한 삼차원 X-CT 영상을 최초로 공개하였다.

미토콘드리아: 에너지 생성, 노화, 번식, 유전 등에 관여하는 진핵생물의 세포 내 소기관

그림 2 수정3.png

 

□   이번 영상에 활용된 결맞은 X-선 회절 이미징기법은 방사광가속기에서 발생되는 고휘도의 레이저 특성을 가진 X-선을 활용하여 나노미터 수준의 고 해상도를 구현하는 방법으로 세포내 소기관이나 단백질의 구조 등을 삼차원적으로 영상화할 수 있는 기술이다.

결맞은 X-선 회절 이미징: 레이저의 고유 특성이 결맞음성을 갖춘 X-선을 활용하여 물체의 회절 무늬를 측정하고 수학적 알고리즘으로 통하여 이미지로 재구성하는 방법

연구진은 독립적으로 추출된 단일 미토콘드리아의 2차원 X-선 회절 무늬를 정확하게 측정한 후 수학적 알고리즘을 적용하여 고분해능의 2차원 영상을 얻었다. 그리고 미토콘드리아를 회전시키면서 여러 각도에서 획득한 2차원 영상들에 병원에 X-CT 영상에도 사용되는 토모그래피 원리를 적용하여 60 nm 해상도의 삼차원 영상을 재구성하였다.

∘  본 연구에서 획득된 삼차원 영상은 디지털 형대로 저장되어 있어서, 이를 이용하여 원하는 각도와 위치의 2차원 단면영상을 시각화 하는 것이 가능하다.

연구진은 60 nm 해상도의 삼차원 영상과 더불어 20 nm 이하 해상도의 이차원 영상을 구현하는 방법을 제시하고 그 결과도 함께 보고했다.

□  본 연구의 책임자인 노도영 교수는 이번 연구는 수십 나노미터 수준의 분해능으로 미토콘드리아의 삼차원 영상을 얻을 수 있는 기법을 구현한 것에 의의가 있고, 이후 지속적인 분해능 개선 연구를 통해 생명현상 등의 이해에 중요한 실마리를 제공할 고분해능 영상을 획득할 계획이다고 설명했다.

   또한 국내에서 작년에 완공된 제 4세대 방사광가속기(PAL-XFEL)결맞은 X-선 회절 이미징기법을 적용하면 생명과학의 신비를 풀 수 있는 연구의 수행이 가능할 것으로 전망된다.

  본 연구는 미래창조과학부의 선도연구센터사업(SRC) 사업에서 지원하는 극미세 초고속 X-선과학 연구센터(센터장 노도영)’ 에서 수행되었으며, 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 512일 온라인 판에 게재되었다. 이 논문의 제 1 저자는 김윤희 박사과정생으로 박사학위 후 유럽공동체의 제 4세대방사광가속기 EuroXFEL에서 박사후연수생으로 근무할 예정이다. <>

논문명과 저자 정보는 다음과 같다.

1. 논문관련

저널명: Scientific Reoprts

논문명: Visualization of a Mammalian Mitochondrion by Coherent X-ray Diffractive Imaging

저자 정보: 노도영  교수(교신저자, GIST), 김윤희  박사과정생(1저자, GIST), 태기융  교수(공동저자, GIST), 송창용  교수(공동저자, POSTECH),

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