생명과학·의학 미해결 문제 푼다…홀로토모그래피

[아이뉴스24 정종오 기자] 아직 과학이 해결하지 못한 문제는 많다. 생명과학과 의학 분야에서 해결하지 못한 숙제는 인류의 삶과 직결돼 있다.

살아있는 세포와 조직을 염색하지 않고도 3차원으로 관찰하고 정량 분석할 수 있는 ‘홀로토모그래피(holotomography)’분야를 개척한 박용근 교수.

박 교수가 빛을 이용해 세포와 조직을 정밀하게 관찰하고 질병을 진단·치료하는 첨단 융합 연구 분야인 ‘바이오포토닉스 분야’의 세계 최고 권위상을 수상했다.

한국과학기술원(KAIST)의 물리학과 박용근 교수가 바이오포토닉스 분야 세계 최고 권위상인 ‘마이클 S. 펠드 바이오포토닉스 어워드(Michael S. Feld Biophotonics Award)’를 수상했다. 이번 수상은 국내 연구자가 바이오포토닉스 분야의 세계적 흐름을 선도하고 있음을 보여주는 상징적 성과로 평가된다.

이 상은 광간섭단층촬영(OCT)을 의료 진단에 확장한 스티븐 보파트(Stephen A. Boppart), 광음향 영상 기술을 창시한 리홍 왕(Lihong V. Wang), 저비용 광학 암 진단 기술을 개발한 레베카 리처즈-코텀(Rebecca Richards-Kortum), 확산광 단층촬영의 이론적 기반을 확립한 아준 요드(Arjun Yodh) 등 현대 바이오포토닉스의 핵심 기술을 정립한 세계적 석학들이 수상해 온 권위 있는 상이다.

2012년 만들어진 이 상은 생체 광학 전 분야를 아우른다. 기초 광학 발견부터 이론 정립, 첨단 계측기 개발, 임상 연구 확장까지 종합적으로 평가한다. 매사추세츠공과대(MIT)를 중심으로 일본의 광전자 기업 하마마쓰 포토닉스(Hamamatsu Photonics), 미국의 레이저·광학 시스템 기업 코히어런트(Coherent Inc.) 등 세계적 연구·산업 기관의 후원으로 운영되고 있다.

박 교수는 빛의 굴절률 변화를 이용해 세포 내부 구조와 물성을 정밀 복원하는 ‘홀로토모그래피(holotomography)’분야를 개척했다. 이 기술은 세포를 손상시키지 않는 3차원 라벨프리 정밀 영상 시대를 열었다는 평가를 받는다. 라벨프리(label-free)는 세포나 조직에 형광 염색(표지, 라벨)을 하지 않고 관찰·분석하는 방식이다.

또한 세포·조직 영상을 인공지능(AI)과 결합해 자동 분석·세포 분류·가상 염색 기술로 확장했다. 오가노이드 기반 신약 탐색과 디지털 병리, 정밀의학 연구로 응용 범위를 넓혔다.

나아가 빛의 방향별 반응을 복원하는 ‘유전체 텐서 토모그래피(dielectric tensor tomography)’를 제안해 암 조직 내 콜라겐 섬유와 같은 구조적 바이오마커를 염색 없이 3차원으로 시각화하는 새로운 접근법을 제시했다.

이러한 연구 성과는 네이처 리뷰(Nature Reviews), 네이처 포토닉스(Nature Photonics), 네이처 메서즈(Nature Methods), 네이처 셀 바이올로지(Nature Cell Biology), 네이처 머터리얼스(Nature Materials) 등 세계 최고 수준의 학술지에 게재되며 국제적으로 주목받았다.

박용근 교수는 “레이저와 분광학을 생의학 문제 해결에 연결한 마이클 펠드(Michael Feld) 교수님의 마지막 제자 중 한 사람으로서 매우 영광스럽다”며 “물리학 기반 라벨프리 이미징과 AI 기술을 통해 생명과학과 의학의 미해결 문제 해결에 이바지하겠다”고 말했다.

한편 박 교수는 KAIST 물리학과 교수이자 가상 3D 생물학 센터장으로 활동하며 홀로토모그래피를 상용화한 토모큐브(Tomocube)와 산란 기반 수질 IoT 센서를 개발한 더웨이브톡(TheWaveTalk)을 통해 학계와 산업을 잇는 가교 역할을 수행하고 있다.