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피부 나이 3차원으로 본다…'엘라스틴' 촬영 성공

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  • 류준영 기자
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  • 2018.03.30 08:44
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IBS 연구진 주도…형광물질 ‘엘라니르’ 개발

국내 연구진이 피부의 탄력성을 유지하는 데 중요한 단백질인 ‘엘라스틴’을 3차원(D) 영상으로 촬영하는데 성공했다.

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립연구단 장영태 부연구단장(포항공대 화학과 교수)연구팀은 엘라스틴에만 선택적으로 결합하는 형광물질 ‘엘라니르’(ElaNIR)를 개발했다고 30일 밝혔다.

엘라니르에 의해 염색된 젊은 생쥐와 늙은 생쥐의 엘라스틴 3차원 영상/사진=IBS
엘라니르에 의해 염색된 젊은 생쥐와 늙은 생쥐의 엘라스틴 3차원 영상/사진=IBS
이는 살아있는 피부 조직에서 엘라스틴의 양을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 이들의 분포도를 3D 입체 영상으로도 촬영할 수 있어 피부 나이를 눈으로 확인할 수 있다.

피부 탄력은 피부 나이를 결정하는 핵심 요소다. 탄력은 엘라스틴이라는 신축성 있는 단백질이 담당한다. 피부 속 엘라스틴의 양이 부족하면 주름이 생긴다.

그러나 엘라스틴은 피하 조직에 위치해 파장이 짧은 빛으로는 피부 투과에 한계가 있어 형광 염색으로도 관찰이 어렵다.

염색을 한다고 해도 어디에나 잘 들러붙는 형광 물질의 일반적인 특성상 주변 조직에도 붙어 피부 속 엘라스틴만의 영상을 뚜렷하게 얻기는 어려웠다.

그래서 IBS 연구진은 엘라스틴 깊이까지 도달하는 긴 파장의 근적외선(700~900nm) 영역에서 형광을 내는 물질 중, 엘라스틴에만 결합하는 형광물질을 찾기로 했다.

먼저
장영태 IBS 복잡계 자기조립 연구단 부연구단장(교신저자)/사진=IBS
장영태 IBS 복잡계 자기조립 연구단 부연구단장(교신저자)/사진=IBS
근적외선 영역에서 형광을 내는 분자들을 양쪽성 이온 형태로 만들어 무분별한 접착성을 줄인 여러 후보 물질들을 만들었다.

양쪽성 이온은 산성기와 염기성기를 가진 분자에서 양쪽의 기가 동시에 이온화된 상태로 음양 두 전하를 갖고 있는 이온을 말한다. 형광물질을 양쪽성 이온으로 만들면 친수성이 커져 어디에나 잘 들러붙는 형광물질의 접착성을 줄이는 데 효과적이다.

그런 후 엘라스틴을 관찰하기 좋은 토끼 동맥 단면에 이들 물질을 도포하는 방식으로 형광물질을 선별했다.

그 결과, 근적외선 영역에서 형광을 내면서 엘라스틴에만 선택적으로 결합하는 엘라니르 분자를 찾는 데 성공했다.

엘라니르는 주변 조직에는 결합하지 않고 엘라스틴만을 보여주기 때문에 최상의 이미징 대비를 얻을 수 있다.

연구진은 나아가 추출한 조직이 아닌, 살아있는 피부에 엘라니르를 적용해 피부 탄력도를 측정했다.

살아있는 생쥐 정맥에 엘라니르를 주사하면, 엘라니르는 혈관을 거쳐 몸 전체의 엘라스틴을 찾아 결합, 조직의 탄성 상태를 선명하게 나타냈다.

엘라니르에 의해 가시화된 젊은 생쥐와 늙은 생쥐의 엘라스틴 양 비교/자료=IBS
엘라니르에 의해 가시화된 젊은 생쥐와 늙은 생쥐의 엘라스틴 양 비교/자료=IBS
연구진이 생후 1개월된 젊은 생쥐와 생후 10개월된 늙은 생쥐에게 각각 엘라니르를 주사한 후 형광을 띠는 엘라스틴의 양을 비교한 결과, 젊은 생쥐에 비해 늙은 생쥐의 피부 조직 속 엘라스틴의 양이 현저히 적게 줄어들어 있음을 확인했다.

엘라니르를 활용하면 단순한 형광 이미징 뿐만 아니라 엘라스틴의 분포를 고해상도의 3D 영상으로도 촬영할 수 있다.

엘라니르에 빛을 비추면 엘라니르가 흡수한 빛 에너지의 일부가 열로 발산되면서 초음파가 발생하는데, 연구진은 이 초음파를 검출해 영상으로 만드는 광음향 분광법을 이용했다.

이 방법으로 살아있는 생쥐의 피하 조직에 위치한 엘라스틴의 분포 구조를 3차원 영상으로 얻는 데 성공했다.

장 부연구단장은 “이번 연구에서 개발한 엘라니르는 피부의 노화를 측정해 피부 개선제 개발에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 동맥 내벽이나 귀의 연골 등 탄력성이 중요한 조직의 구조 영상화에도 기여할 것”이라고 말했다.



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