인공지능으로 정확도 높인 AI 현미경, KAIST에서 개발

이상우 기자 2021-12-20 13:59

형광 현미경과 홀로그래픽 현미경 장점 결합

형광염색 없어 세포 손상 줄이고, 장기간 측정도 가능

박용근 KAIST 물리학과 교수[사진=KAIST]

한국과학기술원(KAIST) 박용근 석좌교수(물리학과) 연구팀이 형광 염색 없이 세포 분자 정보를 볼 수 있는 '인공지능(AI) 현미경' 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

오늘날 세포 특정 부분만 염색해 관찰하는 형광 현미경은 현재 가장 폭넓게 쓰이는 광학 현미경 기술이다. 하지만 염색 과정에서 세포에 변형을 일으킬 수 있고, 밝기나 안정성 문제로 초고속 측정이나 장기 측정이 어려웠다.

세포마다 다른 빛의 굴절률을 이용해, 염색이 필요 없는 홀로그래픽 현미경 기술은 형광 현미경과 비교해 여러 가지 장점이 있지만, 굴절률과 세포 내 구조들의 관계가 명확하지 않아 분자 특이성이 떨어진다는 단점도 있다.

박용근 교수 연구팀은 2012년 초부터 조영주 KAIST 졸업생(제1 저자) 주도로 홀로그래픽 현미경 분야에 AI을 도입해 특이성 문제를 해결하려는 일련의 연구를 시작했다.

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형태적으로 비슷하지만, 생화학적 구성이 다른 시료를 촬영했을 때 사람 눈에는 비슷하게 보이는 영상을 AI는 높은 정확도로 분류하는 특성을 발견했다. '네이처 셀 바이올로지'에 12월 7일 발표된 이번 연구에서, 연구팀은 세포 종류와 관계없이 개별적인 굴절률 정보를 AI로 확인할 수 있다고 증명했다.

이 과정에서 만들어진 'AI 현미경'은 홀로그래픽 현미경과 형광 현미경의 장점만을 갖는다. 자연 상태 그대로의 세포에서 동시에 수많은 종류의 구조를 3차원으로 볼 수 있으며, 밀리초(ms) 수준의 초고속 측정과 수십 일 단위의 장기간 측정이 가능해졌다. 기존 데이터에 포함되지 않은 새로운 종류의 세포에도 즉시 적용이 가능해, 다양한 생물학·의학 연구에 응용할 수도 있다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 창의연구사업, 과학기술정보통신부의 정보통신방송 기술개발사업(홀로그램핵심기술), 일자리진흥원의 연구장비개발과 고도화지원사업, 한국보건산업진흥원의 보건의료기술 연구개발사업의 지원으로 수행됐다.