염색 없이 살아 있는 세포를 본다…스탠퍼드의 새 현미경

KSquare USA · 2026년 10월 17일

보도·자료 날짜: 2026-10-16 재소개 / 스탠퍼드 원자료 참고 | Stanford University / ScienceDaily

세포 안을 더 잘 보려고 붙인 형광 표지가 관찰 대상에 영향을 줄 수 있다면 어떻게 해야 할까. 스탠퍼드 연구진은 형광 표지 없이 살아 있는 세포 내부를 높은 해상도로 관찰하는 현미경을 개발했다.

iISM이라는 이 장비는 간섭 산란 방식과 영상 주사 기술을 결합한다. 여러 시점에서 얻은 빛의 정보를 합쳐 더 선명하고 대비가 높은 영상을 만든다. 대학 설명에 따르면 해상도는 약 120나노미터 수준이며 레이저 출력을 낮게 유지하면서 관찰 속도를 확보했다.

관찰에 쓰는 빛의 부담을 줄이면 세포를 더 오래 살펴볼 가능성이 열린다. 한순간 정지된 모습뿐 아니라 약물이 들어오고 세포가 변하는 과정을 따라가는 데 의미가 있다.

형광 표지로 보이는 세계와 표지 없이 보이는 세계

형광 현미경은 원하는 대상에 눈에 띄는 표식을 달아 복잡한 배경 속에서 찾는 방식이라고 생각할 수 있다. 표지 없는 영상은 대상이 원래 빛에 만드는 변화를 읽는다. 전자는 특정 대상을 고르는 데 강점이 있고, 후자는 미리 표시하지 않은 구조를 관찰할 가능성을 넓힌다. 어느 한 방법이 모든 질문에 더 좋은 것은 아니다.

또 세포의 모양이 보인다는 것과 특정 분자의 정체를 알았다는 것은 다른 정보다. 밝거나 어두운 점 하나를 곧바로 어떤 단백질이라고 부를 수는 없다. 새로운 현미경의 적용 범위를 평가할 때도 구분해야 한다. 선명도라는 한 숫자 외에 무엇을 구별할 수 있고 무엇을 다른 도구로 확인해야 하는지가 연구자에게 중요하다.

연구진은 식물 세포와 미생물의 상호작용, 암 치료제가 세포 안으로 들어가는 과정 등을 다루는 협업을 진행하고 있다. 말라리아 감염 때 적혈구 모양이 어떻게 달라지는지 살피는 연구도 계획 단계라고 설명했다.

세포에 빛을 붙이는 방법과 빛의 변화를 읽는 방법

많은 세포 영상에서는 보고 싶은 분자나 구조에 형광 표지를 붙인다. 특정한 빛을 받으면 다른 빛을 내는 표지를 이용하면 복잡한 세포 안에서도 원하는 대상을 찾아낼 수 있다. 반면 표지를 넣는 과정과 관찰에 쓰는 빛이 대상에 부담을 줄 수 있고, 무엇을 볼지 미리 정해야 한다는 조건도 있다.

스탠퍼드 연구진이 개발한 iISM은 표지가 내는 형광 대신 빛의 산란과 간섭에서 정보를 얻는다. 세포 속 구조가 빛에 만드는 작은 변화를 읽는 접근이다. 형광 방식이 쓸모없어졌다는 뜻은 아니다. 다른 정보를 얻는 도구가 생겼고 관찰 대상에 맞춰 선택할 수 있다는 뜻이다.

새 장비는 한 점에서 얻은 신호만 보지 않고 배열 검출기로 여러 정보를 모은 뒤 결합한다. 대학은 이를 여러 눈으로 같은 대상을 보는 것에 비유한다. 관측 방향에서 조금씩 다른 정보가 모이면 앞뒤를 구분하고 대비와 선명도를 높이는 데 이용할 수 있다. 영상이 만들어지는 과정에는 광학 장치뿐 아니라 계산도 들어간다.

120나노미터가 알려주는 것과 알려주지 않는 것

해상도는 서로 가까운 두 구조를 구별할 수 있는 정도다. 사진 파일의 픽셀 수를 늘리는 것만으로 광학 장비가 얻지 못한 세부가 생기지는 않는다. 컴퓨터 화면에서 크게 보인다는 것과 실제로 더 작은 구조를 구분했다는 것을 나누어야 한다.

이 구분은 일상적인 사진에도 통한다. 흐린 사진을 확대하면 대상은 커지지만 경계가 새로 명확해지지 않을 수 있다. 현미경에서도 관찰 조건과 신호의 질이 중요하다. 더 선명한 영상을 얻는다는 주장에는 어느 시료를 어떤 빛과 속도로 관찰했는지가 따라붙어야 한다.

살아 있는 세포에서는 관찰 시간이 또 다른 문제다. 한순간의 좋은 사진을 얻는 동안 세포가 손상된다면 이후 움직임을 이해하기 어렵다. 낮은 빛의 부담으로 영상을 오래 얻을 수 있다는 점은 약물이 들어가거나 세포끼리 상호작용하는 과정을 보는 데 의미가 있다.

연구 도구의 가치는 가장 멋진 한 장에만 있지 않다. 같은 세포를 계속 보며 처음과 다음 장면을 연결할 수 있다면, 어디에서 변화가 시작됐는지 물을 수 있다. 세포의 내부를 더 크게 보는 것에서 변화의 순서를 읽는 것으로 시야가 넓어지는 것이다.

자료와 출처

Stanford University / ScienceDaily

KSquare USA 편집부 · 출처에 근거한 재구성과 배경 해설. 비유와 감상은 설명을 위한 편집부의 서술입니다.