갖가지 수많은 세포 가운데 특별히 두드러지거나 고립된 희귀 세포를 가려내는 능력은 질병의 조기 발견이나 치료 과정의 모니터링 등에 점차 중요해지고 있다.

혈액을 따라 순환하는 암 종양 세포는 보통 십억 개의 건강한 세포 가운데 단 몇 개 정도이고, 암의 전이를 알려주는 전구물(前驅物)인데, 이로써 90% 정도를 암환자가 사망하게 된다. 그런데 이런 "못된" 세포는 암만이 아니다. 재생약에 이용되는 줄기 세포라든가 다른 타입의 세포들도 포함한다.

불행하게도 이런 세포를 감지하는 것은 어렵다. 우수한 통계적 정확도를 달성하려면 수백만 개의 세포를 상당히 짧은 시간 동안에 검사할 수 있는 자동화된 대량 처리 장비가 필요하다. 디지털 카메라가 장착된 현미경이 현재로서는 세포 분석용으로는 최고의 장비인데, 그러나 이 장비는 너무 느려서 활용하기가 어렵다.

한편, UCLA 엔지니어들이 개발한 새로운 광학 현미경은 이 어려운 임무를 훨씬 쉽게 수행해낼 수 있다.

이 찾기 어려운 세포들을 포착하려면 카메라가 매우 빠른 프레임 속도로 수백만 개의 세포를 포착하고 디지털 방식으로 처리할 수 있어야 한다. "UCLA 헨리 사뮤엘리 공학 및 응용과학대학의 전기공학과 노드롭 그루먼 재단 후원 광전자 학과장" 바람 잘랄리(Bahram Jalali)는 종래의 CCD나 CMOS 카메라는 속도과 감도가 충분치 않다고 말한다. 픽셀들에서 데이터를 읽어내는 시간이 걸리고 고속의 빛에는 감도가 떨어진다고 한다.

(실제로 직함이 길다. "Northrop Grumman Endowed Opto-Electronic Chair in Electrical Engineering at the UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science." UCLA (종합)대학교 헨리 사뮤엘리 공학 및 응용 과학 대학 전기공학과까지는 소속(대학 이름)이고 직함은 노드롭 그루먼에서 연구기금을 대는 광전자 학과장이다. 종신 교수이다)

현재 유동 세포 분석법은 대량 처리가 가능하지만, 점광원에서 나오는 빛의 산란에 의존하고 있어서 사진 촬영에 반대가 되고, 초기 혹은 암세포 전이 직전의 암환자들에게서 나타나는 매우 드문 세포 타입을 감지하기에는 감도가 충분하지 않다.

이러한 제약을 극복하기 위해서 잘랄리와 생체공학과 교수인 디노 디칼로(Dino Di Carlo)는 광학, 고속 전자공학, 미세 유체 공학(微細流體工學), 그리고 생명공학 분야의 전문가들과 함께 100만분의 1감도로 희귀 세포를 실시간으로 감지할 수 있는 대량 처리가 가능한 유체 광학 현미경을 개발했다.

지난 2009년에 잘릴리 연구팀에서는 세계에서 가장 빠른 연속 촬영 카메라를 만들어냈으며, 이번 기술은 잘릴리팀이 만든 "광자 시간-확장"(photonic time-stretch) 카메라 기술에 기반을 두고 만들어졌다.

미국국립과학아카데미 최신 회보에서는 잘릴리와 디 칼로, 그리고 동료들이 혈액 샘플로부터 세포 분류를 위해서 첨단 미세 유체 공학(微細流體工學)과 실시간 화상 처리 기술을 어떻게 통합했는지를 기술하고 있다. 새로운 혈액 검진 기술은 초당 10만개의 세포를 처리하며, 이는 기존의 화상 기반 혈액 분석기 대비 약 100배는 빠르다.

디칼로에 따르면 이번 성과는 생체공학과 전기공학, 그리고 캘리포니아 나노시스템 연구소 간의 공동 연구로 여러 가지 첨단 기술의 통합을 필요로 했으며, 세포 기반의 진단 쪽으로는 UCLA에서 개발되고 있는 기반 기술에 상당히 기여했다고 한다.

그들의 연구는 혈액 속의 유방암 세포를 실시간으로 밝혀내는 것을 보였다. 위양성율(false-positive rate, 偽陽性率)이 기록적으로 낮은 백만분의 일 정도이다. 사전 연구 결과에서 이 새로운 기술은 다량의 혈액 속을 순환하는 드문 종양 세포를 재빨리 감지할 수 있음을 보였다. 이로써 통계적으로 정확하게 암을 조기 검진하고 치료제나 방사능 요법의 효과를 모니터링하는 방법을 제공한다.

선임 저자인 UCLA 전기공학 및 생체공학 프로그램 매니저 케이수크 고다(Keisuke Goda)는 이 기술이 의료 진단 에러나 비용을 상당히 낮출 수 있다고 말한다.

이번 결과는 암 세포를 실제 환자 혈액과 유사하도록 실험실에서 다양한 비율로 일반 혈액에 섞어 배양시킨 다음 얻어진 것이다.

캘리포니아 나노시스템 연구소 멤버이기도 한 고다(Goda)는 의료 분야의 유용성을 확인하기 위해서 임상의들과 함께 실험을 하고 있다고 한다. 이 기술이 소변 검사나 수질 검사, 혹은 관련 응용 분야에도 유용하다고 한다. <출처 : 사이언스데일리, 2012년 7월 6일(현지시각)>