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학술웨비나 수상돌기 나노튜브를 통한 뇌신경세포 간 비시냅스 네트워크 규명 [Science] 세포 간 물질 교환을 매개하는 세포간 나노튜브 네트워크가 뉴런 사이에도 존재하는지는 아직 충분히 규명되지 않았습니다. 본 연구에서는 쥐 대뇌피질에서 수상돌기 필로포디아가 인접한 수상돌기와 직접 연결되어 수상돌기 간 나노튜브(dendritic nanotube; DNT)를 형성하는 것을 확인하였습니다. 분리 배양된 뉴런에서의 초고해상도 현미경 분석을 통해 DNT가 액틴이 풍부한 역동적 구조이며 장거리 칼슘 전달을 가능하게 함을 밝혔으며, 영상 분석 및 기계학습 기반 분석을 통해 생체 내 DNT가 시냅스 가시돌기와 해부학적으로 명확히 구별됨을 검증하였습니다. 또한, DNT는 베타-아밀로이드를 비롯한 작은 분자들의 수송 통로로 기능했습니다. 알츠하이머 질환 모델 쥐의 전전두피질에서 아밀로이드 플라크 형성 이전에 DNT 밀도가 증가함을 관찰하였는데, 이는 수상돌기-DNT 네트워크가 알츠하이머병 병리에 기여할 가능성을 제시합니다. 나아가, 컴퓨터 모델링을 통해 DNT를 매개로 한 베타-아밀로이드의 전파가 특정 뉴런 내 축적을 가속화하는 것을 예측, 재현했습니다. 이는 기존의 시냅스 기반 소통 이외에, 뇌 내에 나노튜브를 통한 새로운 세포 연결망이 존재함을 시사합니다.
  • 2025년 11월 21일 (금) 오전 10시
  • 장민혁 (Johns Hopkins University)
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학술웨비나 다중 초점 메타렌즈 기반 영상주사현미경을 이용한 뇌 오가노이드의 회절 한계 이하 초해상도 이미징 [Light-Sci. Appl.] Image Scanning Microscopy (ISM)는 회절 한계를 넘어서는 해상도와 광학 단면(optical sectioning) 능력을 동시에 제공하는 유망한 이미징 기술이다. 이론적으로 ISM은 픽셀 재배치 (pixel reassignment)와 디콘볼루션 과정을 통해 광학 해상도를 최대 2배 향상시킬 수 있다. 다중 초점을 이용한 조명 및 주사는 구현이 간단하여 ISM 시스템에서 널리 사용되어 왔다. 일반적으로 DMD나 SLM등 고가의 장비가다중 초점 배열 생성을 위해 사용되지만, 이들은 비용, 개구수 (NA), 초점 간격 (pitch), 균일도 등의 측면에서 제약이 존재한다. 특히 고NA 조건에서 고밀도이면서도 균일한 초점 배열을 구현하는 데 어려움이 따른다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 우리는 위상합성과 랜덤 다중화의 두 가지 기존 접근법을 결합한 새로운 다중 초점 메타렌즈 설계 전략인 하이브리드 다중화 (hybrid multiplexing) 방식을 제안하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 본 방법이 기존 방법보다 더 균일하고 조밀한 다중 초점 배열을 생성함을 확인하였다. 파장 488 nm에서 작동하는 1600 개의 초점 배열을 생성하는 다중 초점 메타렌즈를 제작하였다. 이를 바탕으로 다중초점 메타렌즈 기반 영상주사현미경(MMISM) 시스템을 구축하여, 마이크로비드 샘플 및 전뇌 오가노이드 단면 이미징 실험을 수행하였다. 실험 결과, MMISM은 회절 한계를 넘어선 세부 구조를 성공적으로 구분하였으며, 기존 광시야 영상에 비해 뉴런의 미세 구조가 더욱 뚜렷하게 관찰되었다. 이러한 결과는 제안한 설계 전략이 다기능 광학소자 제작 및 기존 광학 부품의 대체 기술로 폭넓게 응용될 수 있음을 보여준다.
  • 2025년 11월 18일 (화) 오후 03시
  • 조용재 (성균관대학교)
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