형광 '다크 스테이트' 제어 개선으로 분자 이미징 향상 방안 제시

Seoul세인트 주드 아동연구병원의 연구진은 단일 분자 형광 공명 에너지 전이(smFRET)를 이용하여 미세 거리 측정 기법을 개선했습니다. 이 기술은 형광물질이 어떻게 빛을 방출하는지를 추적합니다. 형광물질은 전자가 에너지를 받은 후 안정화될 때 빛을 발산합니다. 그러나 때때로 이 형광물질은 빛을 방출하지 않게 되어 삼중항 상태라는 어두운 상태로 들어가 smFRET 측정의 정밀도와 정확성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

세인트 주드 연구원들은 분자 이미지에서 암흑 상태의 길이를 조절하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이로 인해 이미지 과정이 더욱 선명하고 정확해졌습니다. 그들은 이 결과를 Nature Methods 저널에 발표했습니다.

연구에 따르면 형광체는 종종 비형광 상태인 트리플렛 암흑 상태에 들어가기 때문에 빛을 방출하지 않습니다. 이로 인해 형광체가 어두워져 단분자 FRET 측정에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 자가 치유 기술은 이러한 암흑 상태를 줄여 이미지 해상도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

분자가 움직이는 방식을 이해하는 것은 생물학의 작동 원리를 아는 데 중요합니다. smFRET라는 기술은 과학자들이 이러한 움직임을 실시간으로 관찰할 수 있게 합니다. 세인트 주드 병원의 구조 생물학 및 화학 생물학, 치료학 부서의 Scott Blanchard 박사는 smFRET 이미징 기법을 개선하고 있습니다. 그의 팀은 이러한 분자적 사건을 더 정확하게 측정하기 위해 특별한 형광체를 개발했습니다.

블랑샤르 팀은 분자 수준에서 더 나은 측정 방법이 필요했기 때문에, 그들만의 특수 형광 분자를 개발했습니다. 기존의 형광 분자는 제대로 작동하기 위해 근본적인 변화가 필요하다는 것을 발견했습니다. 단일 분자 FRET(smFRET)에서는 과학자들이 하나의 생체 분자의 서로 다른 부분에 두 개의 형광 분자를 부착합니다. 레이저가 첫 번째 분자를 흥분시키면, 그것이 두 번째 분자에 에너지를 전달하고 두 분자가 충분히 가까우면 두 번째 분자가 빛을 방출합니다. 이러한 빛의 방출은 분자 수준에서 거리를 측정하는 데 필수적입니다.

형광체는 전자 스핀 상태에 따라 빛을 방출합니다. 일반적으로 여기된 전자가 원래의 스핀 상태로 돌아오면서 이완합니다. 그러나 때때로 전자가 다른 스핀 상태로 전환하여 빛을 방출하지 않는 오래 지속되는 삼중항 상태에 들어갈 수 있습니다. 이러한 문제는 형광체의 밝기를 줄이고 smFRET의 거리 측정 정확성에 영향을 미칩니다.

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단일 분자 FRET에서는 기부자와 수용자 염료가 비슷한 방식으로 작동해야 합니다. 그러나 삼중항 암흑 상태는 데이터의 질을 떨어뜨리는 차이를 만듭니다. 이를 해결하기 위해 형광체 공학은 이러한 삼중항 상태의 지속 시간을 줄이는 데 중점을 둡니다.

자가 치유 기술은 이 문제를 해결합니다. 기존의 솔루션인 Cyclooctatetraene은 낮은 용해도와 같은 문제에 직면했습니다. Blanchard의 팀은 Cyclooctatetraene을 사용한 형광체를 개발하여 삼중항 상태에서 머무르는 시간을 크게 줄인 자가 치유 형광체를 만들었습니다.

자기 치유 형광체를 활용한 smFRET는 데이터의 품질과 신뢰성을 향상시키며, 이는 레이저 강도를 높이더라도 이미지 품질을 유지할 수 있도록 합니다. 이러한 개선은 smFRET의 능력을 확장시키며, 전 세계적으로 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.

자가 치유 형광체는 주요한 이점을 제공합니다. 이들은 더 밝고 빛 아래에서 더 안정적입니다. 또한 단일 분자 FRET 이미징을 위해 더 나은 공간 및 시간 해상도를 제공합니다. 이는 정상적인 산소 조건에서 나노미터 규모의 세부 사항을 밀리초 단위로 관찰하게 해줍니다.

블랜차드는 이러한 발견이 세인트 주드 및 다른 곳의 연구자들에게 도움이 될 것이라고 생각합니다. 자체 복구 형광 표지자는 세인트 주드의 계획의 일환으로, 많은 형광 응용 프로그램을 향상시킬 수 있습니다. 이 새로운 기술은 여러 과학적 돌파구를 기대하게 만듭니다.