오랜 시간 환경의 변화에 적응해가며 생명력을 유지해온 생명체의 비밀은 무엇일까?
인류는 이 생명의 비밀을 밝히기 위해 수 많은 노력을 기울여왔다. 그 중 형광단백질의 발견 및 개발, 형광 염색 기술의 성과를 활용한 생명 과학 연구는 지난 수 십 년 간 눈부신 발전을 하여 생명유지의 비밀들을 속속 밝혀내고 있다.
공초점 현미경은 생명 활동을 연구하는데 있어서 필수적인 연구 장비이지만, 물리적인 한계로 인해 200 nm 이하의 구조 관찰이 어렵다. 전자현미경은 광학현미경에 비해 고분해능의 이미지를 획득할 수 있지만, 시료 준비 과정에서 적용되는 화학적, 물리적인 처리로 인한 변형, 변성이 발생한다. 두 가지 현미경 기술의 장점을 결합하여 전자현미경 수준의 분해능으로 생명 활동을 관찰할 수 있는 광학현미경 기술의 필요성이 대두되었다.
초고해상도 현미경기술(Super-resolution Microscopy; SRM)은 최고 20 nm 수준의 분해능을 가지는 획기적인 광학현미경 기술로 SRM 중에 STED(Stimulated Emission Depletion) 기술은 기존의 공초점 현미경의 장점을 유지하면서도 분해능을 50 nm 이하로 향상시켰다는 점에서 특히 주목할 만하다.
독일의 막스프랑크 연구소(Max Planck Institute)의 Hell 박사 연구팀은 STED 기술을 이용하여 살아있는 실험용 쥐의 대뇌피질(cerebral cortex)의 dendritic spine의 변화를 70 nm 수준의 분해능으로 관찰하였을 뿐만 아니라 신경세포의 axon 내부의 synaptic vesicle의 움직임을 62 nm 수준의 분해능으로 이미지화 하는데 성공하였다.
이 연구에 사용된 STED 기술은 Leica Microsystems에 의해 상용화되었다. Leica의 SP8 STED 공초점현 미경은 일반 공초점 현미경 (Confocal microscopy)의 장점과 50 nm 수준의 초고해상도 분해능을 제공하여, 분자 수준의 생명 활동 연구 및 나노 물질의 연구 개발과 다양한 물리학적인 연구에도 적용되고 있다.
이러한 첨단 현미경 기법을 적용하여 연구를 수행할 수 있는 기회가 국내에도 마련되었다. 서울대학교 농생명과학공동기기원(SNU, NICEM, http://nicem.snu.ac.kr)은 Leica Microsystems, Korea와의 업무협약을 통해 2013년 8월 Leica TCS SP8 STED 현미경 시스템을 도입하여 한국에서도 초고해상도 현미경 기술을 이용한 새로운 차원의 연구 지원 업무를 개시하였다.