KR101855366B1 - 간세포 내 지질을 3d 비표지 영상화 및 정량화하는 방법 및 장치 - Google Patents

간세포 내 지질을 3d 비표지 영상화 및 정량화하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

간세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법 및 장치가 개시된다. 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법은 세포 내 지질 성분(Lipid Droplet)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계, 측정된 3차원 굴절률 분포를 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상 정보, 질량 정보 및 농도 정보 중 적어도 하나 이상의 물리량을 추출하는 단계, 및 추출된 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

간세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR 3D LABEL-FREE IMAGING AND QUANTIFICATION OF LIPID DOPLETS IN LIVE HEPATOCYTES}
본 발명은 살아있는 특정 세포 내 지질(lipid)을 3차원 굴절률 토모그램(tomogram)으로 영상화하는 기술에 관한 것이다.
지질 성분(Lipid Droplet, LD)은 지질 저장 및 대사(metabolism)에서 중요한 역할을 하는 세포 내 소기관(subcellular organelles)으로서, 암, 비만, 당뇨 등의 다양한 질병에 관여한다. 즉, LD는 인지질 및 관련 단백질을 둘러싸고 있는 단층으로서, 대부분의 세포 유형에서 주로 지질을 저장하는 세포 내 소기관이다.
최근 들어, LD는 세포 내 지질 저장을 조절하기 위해 세포 내부에서 상당히 다이나믹한 3D 움직임을 보이며, 에너지 대사를 위한 지질 공급원을 제공하는 것으로 알려졌다.
그러나, 생합성, 성장, 움직임, 및 LD들의 상호 작용, LD와 다른 세포 소기관 간의 상호 작용을 기본으로 하는 상세 메커니즘을 거의 찾기 어려우며, 몇몇 기술 역시 LD에 대한 정량적인 정보를 제공하는데 제약이 존재하고, 3D 브라운 운동 (Brownian motion), 세포 내 수송 등의 3D 고속 운동의 빠른 측정을 위해 살아있는 세포 내에서 LD를 3D로 영상화하는데 어려움이 존재한다.
예를 들어, 형광 현미경(Fluorescence microscopy)은 다양한 형광 프로브(probe)로 LD 를 염색하여 LD들을 선택적으로 시각화하나, 프로브의 주입으로 인해 광독성(phototoxicity) 및 광퇴색(photobleaching)이 발생하여 LD들의 생리학적 상태가 교란될 수 있다. 그리고, 프로브 처리(probe treatment) 및 샘플 제조 시 이용되는 화학물질은 인접한 LD들을 서로 결합시킬 수 있다.
CARS(coherent anti-Stokes Raman scattering) 현미경은 긴 -CH2 지질 체인들의 분자 진동 신호로부터 형광 물질 주입 등의 별도의 표지 없이 LD들의 비표지 영상화(label-free imaging)를 위해 이용된다. 그리고, CARS 현미경은 세포 내 LD들의 트랙킹(tracking)을 제공한다.
그러나, CARS 현미경은 비선형 광학 프로세스를 위해 복잡하고 부피가 큰 광학 부품을 필요로 하며, 진동 오실레이터(vibrational oscillators)는 CARS 신호가 오실레이터 농도의 제곱에 비례하므로 낮은 SNR(signal-to-noise ratio)을 가진다.
그리고, 형광 현미경 및 CARS 현미경 모두 세포 내 LD들을 3D 영상화하기 위해서는 축 적층(axial stacking)을 요구한다.
따라서, LD들의 비표지 영상화를 위해 세포 내 LD 들의 3D 굴절률(refractive index, RI) 분포를 측정하여 정량화하는 기술이 요구된다.
한국등록특허 제10-2008-0059593호에는 배지층, 광원, 탐지기, 데이터 수집, 데이터 저장 등을 이용하여 살아있는 세포를 탐지하는 기술을 개시하고 있다.
[1] Kim, K. et al. (2016). "Optical diffraction tomography techniques for the study of cell pathophysiology." J. Biomed. Photonics Eng. 2(2): 020201. [2] Lee, K., et al. (2013). "Quantitative phase imaging techniques for the study of cell pathophysiology: from principles to applications." Sensors 13(4): 4170-4191. [3] Wolf, E. (1969). "Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data." Optics Communications 1(4): 153-156.
본 발명의 실시예들은 염색이나 표지(label) 등을 전혀 사용하지 않고, 살아 있는 간세포(hepatocyte), 지방 세포 등의 특정 세포와 미세 조류(algae) 등의 샘플(sample) 내부에 분포하는 지질 성분(lipid droplet)의 3차원 굴절률 (refractive index) 분포를 광학적으로 측정하고, 측정된 3차원 굴절률 분포를 이용하여 세포 내 지질 성분의 형상, 질량 및 농도 분석을 바탕으로 지질이 관여하는 질병의 치료에 따른 변화를 확인하기 위한 것이다.
세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법은, 세포 내 지질 성분(Lipid Droplet)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계, 측정된 3차원 굴절률 분포를 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상 정보, 질량 정보 및 농도 정보 중 적어도 하나 이상의 물리량을 추출하는 단계, 및 추출된 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계는, 광원에서 방사된 광을 상기 세포 내 지질 성분에 입사시키는 단계, 입사된 상기 광이 상기 세포 내 지질 성분에 의해 회절된 투과광을 간섭계를 이용하여 측정하는 단계, 측정된 상기 회절된 투과광에 기초하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계는, 상기 세포 내 지질 성분으로 입사되는 광의 각도를 기정의된 일정 각도로 회전하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 2차원 홀로그램을 투영 또는 회절 알고리즘을 기반으로 분석하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 투영 또는 회절 알고리즘을 기반으로 분석하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계는, 광학 회절 단층 촬영 기법 또는 광학 투영 단층 촬영 기법을 이용하여 상기 복수의 2차원 홀로그램을 분석함에 따라 상기 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 세포는, 상기 지질 성분이 포함된 간세포(hepatocyte), 지방 세포 및 미세 조류(algae) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계는, 상기 세포를 직접 회전시켜 복수의 2차원 홀로그램을 생성하는 단계, 및 상기 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 물리량을 추출하는 단계는, 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 배양액의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상을 획득하는 단계, 및 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 세포 내 세포질의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분 내 형상 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 물리량을 추출하는 단계는, 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 기정의된 세포 내 지질 성분의 굴절률 증가량(refractive index increment) 값을 비례 상수로 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 국소 영역의 농도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 물리량을 추출하는 단계는, 계산된 상기 농도를 포함하는 농도 정보와 세포 내 지질 성분의 부피(volume) 정보에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 질량 정보를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계는, 상기 세포 내 지질 성분의 물리량에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 상태가 정상 상태인지 비정상 상태인지 여부를 결정하는 단계, 및 결정된 상기 세포 내 지질 성분의 상태를 기정의된 일정 시간 간격으로 확인하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 운동성을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계는, 상기 세포 내 지질 성분의 농도 정보 및 지질 성분의 개수에 기초하여 지질 대사, 비만, 타입 II 당뇨병, 죽상 동맥 경화증 및 C형 간염을 포함하는 지질 관련 질환을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치는, 세포 내 지질 성분(Lipid Droplet)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 3D 굴절률 분포 측정부, 측정된 3차원 굴절률 분포를 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상 정보, 질량 정보 및 농도 정보 중 적어도 하나 이상의 물리량을 추출하는 물리량 추출부, 및 추출된 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 상태 결정부를 포함할 수 있다.
일측면에 따르면, 상기 3D 굴절률 분포 측정부는, 광을 상기 세포 내 지질 성분에 조명하는 광원, 상기 세포 내 지질 성분에 입사된 광이 상기 세포 내 지질 성분에 의해 회절되어 투과되고, 회절된 투과광을 측정하는 간섭계, 및 측정된 상기 회절된 투과광에 기초하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하고, 상기 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 측정부를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 3D 굴절률 분포 측정부는, 상기 세포 내 지질 성분으로 입사되는 광의 각도를 기정의된 일정 각도로 회전하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하고, 상기 복수의 2차원 홀로그램을 투영 또는 회절 알고리즘을 기반으로 분석하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 3D 굴절률 분포 측정부는, 광학 회절 단층 촬영 기법 또는 광학 투영 단층 촬영 기법을 이용하여 상기 복수의 2차원 홀로그램을 분석함에 따라 상기 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 세포는, 상기 지질 성분이 포함된 간세포(hepatocyte), 지방 세포 및 미세 조류(algae) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 상기 3D 굴절률 분포 측정부는, 상기 세포를 직접 회전시켜 복수의 2차원 홀로그램을 생성하고, 생성된 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 물리량 추출부는, 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 배양액의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상을 획득하고, 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 세포 내 세포질의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분 내 형상 정보를 획득할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 물리량 추출부는, 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 기정의된 세포 내 지질 성분의 굴절률 증가량(refractive index increment) 값을 비례 상수로 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 국소 영역의 농도를 계산할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 물리량 추출부는, 계산된 상기 농도를 포함하는 농도 정보와 세포내 지질 성분의 부피(volume) 정보에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 질량 정보를 생성할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 상태 결정부는, 상기 세포 내 지질 성분의 물리량에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 상태가 정상 상태인지 비정상 상태인지 여부를 결정하고, 결정된 상기 세포 내 지질 성분의 상태를 기정의된 일정 시간 간격으로 확인하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 운동성을 측정할 수 있다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 상태 결정부는, 상기 세포 내 지질 성분의 농도 정보 및 지질 성분의 개수에 기초하여 지질 대사, 비만, 타입 II 당뇨병, 죽상 동맥 경화증 및 C형 간염을 포함하는 지질 관련 질환을 결정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 간섭계 기반의 QPI(quantitative phase imaging)를 이용하여 세포 내 지질을 3D 영상화함으로써, 간세포, 지방 세포 등의 특정 세포와 미세 조류(algae) 등의 샘플(sample) 내 지질 성분(LD)을 측정할 수 있다.
또한, 세포 내 지질 성분(LD)을 3D 영상화하여 정량화된 정보에 기초하여 지질이 관여하는 질병의 치료에 따른 변화를 확인할 수 있다. 즉, 해당 치료가 해당 질병에 효과적이었는지 여부를 확인할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포 내 지질 성분들을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포 내 지질 성분들을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포 내 LD들의 3D 영상화를 위한 토모그라피의 개략도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 나일레드로 염색된 LD들의 디컨볼루션된 형광 이미지를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, OA 처리 및 OA 처리하지 않은 간세포 내 LD 형성과 관련하여 정량적 분석을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 있어서, 간세포 내 LD들 각각의 4D 동적 운동을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시예들은, 살아있는 세포 내 지질 성분(Lipid Droplet)을 3차원으로 영상화하고, 3차원 이미지에 기초하여 지질 성분과 관련된 정보들, 예컨대, 세포 내 지질 성분의 농도, 부피(volume), 건조 질량(dry mass), 형상(즉, 윤곽) 등을 정량화하는 기술이다. 특히, 본 실시예들은 외인성의 표지 물질(exogenous labelling agents)을 이용하지 않고, 즉, 비표지(label-free)로 상기 살아있는 세포 내 지질 성분을 3D 영상화하는 기술에 관한 것이다. 이때, 외인성의 표지 물질(exogenous labelling agents)을 이용하지 않고, 비표지로 상기 살아있는 세포 내 지질 성분을 3D로 영상화하기 위해 간섭계 기반의 QPI(quantitative phase imaging)가 이용될 수 있다. 즉, 본 실시예들은 QPI를 이용하여 살아있는 세포 내 지질 성분을 3D 영상화함으로써, 외인성의 표지 물질을 세포(예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등)에 주입하지 않고도 세포에 대한 형태학적 정보 및 생화학적 정보를 정략적으로 제공할 수 있다.
본 실시예들에서, 세포 내 지질 성분을 3D 영상화하는 것은, 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하여, 측정된 3차원 굴절률 분포를 기반으로 세포 내 지질 성분의 상태, 활동성, 지질관련 질환 등을 결정하기 위한 이미지를 생성하는 것을 나타낼 수 있다. 그리고, 본 실시예들에서, 세포 내 지질 성분의 3D 굴절률 분포를 광학적으로 측정하기 위해 간섭계가 이용되며, 예를 들어, 간섭계로는 갈바노 거울을 이용하는 마하 젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 토모그램 영상을 생성하는 일반적인 ODT(optical diffraction tomography) 등이 모두 이용될 수 있다.
본 실시예들에서, QPI(quantitative phase imaging)는 간섭계(interferometry)를 이용하여 생물학적 샘플(sample, 예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등)에 의해 광(beam)이 회절됨에 따라, 회절 및 투과된 광의 진폭 및 위상 지연을 형성하는 복소 광학장(complex optical field)을 측정하여 3차원 굴절률 본포를 측정하는 것을 나타낼 수 있다. 각 세포를 대상으로 측정된 2차원의 광 위상 지연은 각 세포의 건조 질량(dry mass)에 해당할 수 있다. 여기서, 건조 질량(dry mass)은 단백질 및 세포 내 소기관들을 포함하는 세포 내부의 수분 성분의 질량을 나타낼 수 있다. 그리고, 복소 광학장(complex optical field)은 다양한 입사각 별로 형성되어 측정될 수 있으며, 복소 광학장에 기초하여 각 세포의 세포 내 단백질 농도에 해당하는 생물학적 샘플(예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등)의 3차원 굴절률(RI) 분포가 측정될 수 있다.
본 명세서에서, LD는 지질 성분(lipid droplet)을 나타내는 것으로서, 3D 비표지 영상화 및 정량화 장치는 3D 영상화를 위한 이미지 프로세싱 기능을 가지는 카메라(camera)포함할 수 있으며, 지질 성분들이 세포 내 세포질의 굴절률(RI) 보다 상당히 높은 굴절률(RI)을 가지는 특성을 기반으로 세포 내 지질 성분(LD)의 형상 정보(예컨대, 윤곽 정보), 농도 정보, 질량 정보를 생성할 수 있다.
본 실시예들에서, '복셀(voxel)'은 3차원 공간에서 정규 격자 단위의 값을 나타내는 것으로서, 3D 공간의 한 점을 정의한 일단의 그래픽 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 3D에서 각 좌표는 위치, 컬러 및 밀도를 나타낼 수 있다.
이하에서는 간세포 내 지질 성분(LD)을 3D 영상화 및 정량화하는 동작을 예를 들어 설명하나, 이는 실시예에 해당되며, 간세포 이외에 지방 세포, 미세 조류 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 나타내는 복수개의 2차원 홀로그램들을 생성하고, 생성된 복수의 2차원 홀로그램을 이용하여 3D 이미지를 생성함으로써, 세포 내 지질 성분을 3D 영상화할 수 있으며, 영상화된 3D 이미지를 기반으로 지질관련 특정 정보들을 정량화할 수 있다. 즉, 이하에서 간세포를 예로 들어 설명하나, 간세포는 지방 세포, 미세 조류로 대체되어 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포 내 지질 성분들을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법을 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포 내 지질 성분들을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참고하면, 3D 비표지 영상화 및 정량화 장치(200)는 3D 굴절률 분포 측정부(210), 물리량 추출부(220), 및 상태 결정부(230)를 포함할 수 있다. 여기서, 3D 굴절률 분포 측정부(210)는 광원, 간섭계, 및 측정부를 포함할 수 있다. 그리고, 도 1에서, 각 단계들(110 내지 130 단계)는 3D 비표지 영상화 및 정량화 장치(200)의 각 구성요소들, 즉, 3D 굴절률 분포 측정부(210), 물리량 추출부(220), 및 상태 결정부(230)에 의해 수행될 수 있다.
110 단계에서, 3D 굴절률 분포 측정부(210)는 세포(201, 예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등) 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정할 수 있다.
이때, 111 단계에서, 3D 굴절률 분포 측정부(210)는 광원에서 방사된 광을 다양한 입사각으로 세포(201) 내 지질 성분에 조사하고, 간섭계를 이용하여 상기 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정할 수도 있고, 112 단계에서, 3D 굴절률 분포 측정부(210)는 세포(201)를 직접 회전시켜 상기 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정할 수도 있다.
일례로, 3D 굴절률 분포 측정부(210)는 레이저(laser) 등의 간섭성이 좋은 광원을 이용하여 세포 내 지질 성분(LD)으로 광을 조사하고, 다양한 입사각으로 세포 내 지질 성분(LD)으로 입사되는 광이 LD에 의해 회절된 후 LD를 투과한 광을 간섭계를 이용하여 측정함으로써, 세포 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, 광원에서 방사된 광이 다양한 입사각으로 세포 내 지질 성분으로 조사되도록, 광원에서 세포 내 지질 성분으로 조사되는 광의 각도를 기정의된 일정 각도가 되도록 변경하는 갈바노 거울을 포함하는 마하 젠더 간섭계가 이용될 수 있다. 이외에, 위의 비특허 문헌 [1] Kim, K. et al. (2016). "Optical diffraction tomography techniques for the study of cell pathophysiology." J. Biomed . Photonics Eng . 2(2): 020201 . 및 [2] Lee, K., et al. (2013). "Quantitative phase imaging techniques for the study of cell pathophysiology: from principles to applications." Sensors 13(4): 4170 -4191.에 제시된 광학 회절 단층 촬영 기법(optical diffraction tomography, ODT), 또는 광학 투영 단층 촬영 기법(optical projection tomography, tomographic phase microscopy, 3D digital holographic microscopy) 등을 이용하여 3차원 굴절률 분포를 측정할 수도 있다. 여기서, 간섭계에서 입사각을 일정 각도로 변경하거나, 세포(201)를 직접 회전시켜 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 상세한 동작은 도 3 및 도 4에서 후술하기로 한다.
120 단계에서, 물리량 추출부(220)는 3D 굴절률 분포 측정부(210)에서 측정된 세포 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 이용하여 세포 내 지질 성분(LD)의 형상 정보, 질량 정보, 농도 정보 등의 물리량을 추출할 수 있다. 즉, 상기 3차원 굴절률 분포를 이용하여 상기 물리량을 추출함으로써, 세포 내 지질 성분(LD)과 관련된 상기 정보들이 정량화될 수 있다. 여기서, 물리량을 추출하는 상세한 동작은 아래의 도 5를 참고하여 후술하기로 한다.
130 단계에서, 상태 결정부(230)는 농도, 질량, 부피 등의 물리량에 기초하여 세포 내 지질 성분의 이상 유무를 결정할 수 있다. 즉, 상태 결정부(230)는 상기 추출된 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분(LD)이 정상 상태인지 비정상 상태인지 여부를 결정할 수 있다. 그리고, 상태 결정부(230)는 결정된 세포 내 지질 성분(LD)의 상태를 기정의된 일정 시간 간격으로 확인하여 세포 내 지질 성분의 3차원 운동성(즉, LD들의 활동성)을 측정할 수 있다. 이외에, 상태 결정부(230)는 상기 물리량에 기초하여 측정된 세포(예컨대, 간세포)가 지질 대사, 비만, 타입 II 당뇨병, 죽상 동백 경화증, C형 간염 등의 지질 관련 질환에 해당하는지 여부를 결정할 수 있다.
예를 들어, 상태 결정부(230)는 세포 내 지질 성분(LD)의 농도 정보와 지질 성분(LD)의 개수에 기초하여 상기 지질 관련 질환 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 상태 결정부(230)는 세포 내 지질 성분의 개수에 기초하여 세포 내 지질 성분(LD)이 얼마나 포함되어 있는지 여부를 확인하여 해당 세포가 정상 상태인지 비정상 상태인지 확인할 수 있다. 이때, 지질관련 질환은 복수의 레벨로 구분되고, 레벨 별로 해당 지질 성분의 개수, 농도 등이 미리 정의될 수 있다. 그러면, 상태 결정부(230)는 상기 세포 내 지질 성분의 개수에 기초하여 해당 세포가 정상 레벨(예컨대, 레벨 0)에 해당하는지, 질환으로 구분되는 비정상 레벨들 중 병증이 낮은 레벨 1에 해당하는지, 중간 레벨(예컨대, 레벨 2)에 해당하는지, 또는 병증이 높은 심각 레벨(예컨대, 레벨 3)에 해당하는지 여부를 결정할 수 있다. 그리고, 상태 결정부(230)는 지질 성분의 농도에 기초하여 상기 결정된 각 레벨에 해당하는 지질관련 병명 중 해당 세포가 어느 병(예컨대, 비만, 당뇨병, C형 간염 등)에 해당하는지 여부를 결정할 수 있다.
이외에, 병명이 이미 진단된 이후, 상태 결정부(230)는 해당 질환과 관련하여 처방약을 일정 기간동안 복용함에 따라 변화되는 세포 내 LD의 변화에 기초하여 해당 질환의 상태 변화 등을 기록 및 저장할 수 있으며, 상태 변화에 기초하여 이미 처방된 처방약을 계속 처방할지 또는 처방약의 양을 조정할지, 또는 처방약을 변경할지 여부 등을 결정할 수도 있다. 이때, 상태 결정부(230)는 해당 질환과 관련하여 여러 사용자들에게 처방된 약, 처방약의 복용에 따른 상태 변화를 기록한 데이터를 미리 저장하고 있을 수 있으며, 저장된 데이터들을 기반으로 상기 처방약의 유지, 양 조절 또는 변경을 결정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 입사광을 회전하여 다양한 입사각으로 세포 내 지질 성분에 조사된 광을 이용하여 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
세포뿐만 아니라 모든 물체는 굴절률 분포를 가지며, 굴절률은 광(즉, 빛)이 해당 물질을 통과하면서 속도가 얼마나 감속하는지를 나타내는 물질 자체의 고유한 광학적 물리량을 의미할 수 있다. 3차원 굴절률 분포 측정부(210)는 위의 비특허 문헌 [ 3]Wolf , E. (1969). "Three-dimensional structure determination of semi-transparent objects from holographic data." Optics Communications 1(4): 153 -156.에 제시된 세포의 3차원 굴절률을 측정하기 위해 광학 회절 단층 촬영 기법(optical diffraction tomography) 또는 광학 투영 단층 촬영 기법(optical projection tomography, tomographic phase microscopy, 3D digital holographic microscopy), 마하 젠더 간섭계 등 다양한 기법을 이용하여 세포 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 측정할 수 있다.
도 3을 참고하면, 광원(310)에서 방사된 광이 세포(320) 내 지질 성분(LD)에 입사될 수 있다. 예를 들어, 광원(310)은 코히어런트 광(coherent light)를 방사하는 레이저를 포함할 수 있으며, 레이저 이외에 코히어런트 광을 방사하는 다양한 장치가 광원으로 이용될 수 있다. 이때, 광원(310)으로부터 세포(320) 내 지질 성분(LD)으로 입사되는 광의 각도는 기정의된 일정 각도로 회전(스캔)될 수 있으며, 회전을 통해 다양한 입사각으로 입사된 광이 세포(320) 내 지질 성분에 의해 회절된 후, 세포(320)를 투과한 투과광을 간섭계(330)에서 측정하여 여러 개의 2차원 홀로그램을 생성할 수 있다. 예컨대, 간섭계(330)는 다양한 입사각 각각 별로 회절 투과광을 측정하여 여러 개의 2차원 홀로그램을 생성할 수 있다. 즉, 입사되는 광의 각도를 10번 회전하여 10의 입사각으로 세포 내 지질 성분에 광이 입사된 경우, 해당하는 10개의 2차원 홀로그램이 생성될 수 있다. 그러면, 간섭계(330)는 생성된 여러 개의 2차원 홀로그램을 투영 또는 회절 알고리즘(330)을 통해 분석하여, 세포(320)의 3차원 굴절률 분포(350)를 측정할 수 있다.
일례로, 표지 물질(labeling agents)을 주입하지 않고 비표지로 영상화하기 위해 간섭계 기반의 광학 투영 단층 촬영 기법(quantitative phase imaging, QPI)을 이용하는 경우, 외인성의 표지 물질(즉, 형광 물질)을 주입하지 않고도 살아있는 세포 내 지질 성분(LD)을 3D 영상화하기 위해서는 세포(예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등) 준비 과정이 필요할 수 있다. 예를 들어, 사람 간암 세포주, Huh-7이 표준 프로토콜에 따라 준비될 수 있다. Huh-7 간세포들은 열 비활성화 소태아혈청(heat-inactivated fetal bovine serum) 10%, D-글루코오스(D-glucose) 4,500mg/L, L-글루타민(L-glutamine), 피루브산 나트륨(sodium pyruvate) 110mg/L, 탄산 수소 나트륨(sodium bicarbonate), 페니실린(penicillin) 100U/ml, 스테렙토 마이신(streptomycin) 100 ㎍/mL이 보충된 DMEM(Dulbecco's Phosphate Buffered Saline)에서 보관될 수 있다. 그리고, 상기 간세포들은 실험 전에 24×40 mm 커버 유리에서 4 내지 8시간 동안 배양될 수 있다. 그리고, 배양된 간세포들은 3D 영상화를 위해 간섭 현미경을 통해 측정하기 이전에 DPBS(Dulbecco's Phosphate Buffered Saline) 등의 용액으로 세척될 수 있다. 이때, 예열된 DPBS 400 ㎕가 간세포에 첨가되어, 간세포가 세척된 이후, 또 다른 커버 유리가 상기 간세포를 덮어서 간세포의 건조를 방지할 수 있다. 예컨대, 커버 유리 1이 바닥에 있고, 커버 유리 1에 간세포가 놓여진 후 배양 및 DPBS에 의해 세척되면, 커버 유리 1의 오목한 일면의 테두리, 즉, 에지(edge)와 커버 유리 2의 오목한 일면의 테두리(edge)가 서로 맞닿도록 하여 상기 간세포가 건조되지 않도록 해당 간세포를 덮을 수 있다. 즉, 커버 유리 2의 평평한 타면과 커버 유리 1의 평평한 타면은 서로 반대 방향을 향할 수 있다. 예컨대, 커버 유리 1의 타면이 바닥을 향하면 커버 유리 2의 타면이 하늘을 향할 수도 있고, 서로 반대일 수도 있다.
이처럼, 측정을 위한 간세포의 준비가 완료되면, 디콘볼루션된 형광 이미지를 생성하기 위해 화학적 처리가 수행될 수 있다. 이때, 화학적 처리로 OA(Oleic Acid) 처리가 이용될 수 있다.
예를 들어, 간세포 내 LD들은 15분동안 나일 레드(Nile Red) 0.5 ㎍/ml로 염색될 수 있다. OA 처리를 위해, 간세포들은 필터링된 지방산 프리(free) BSA-OA(Bovine Serum Albumin-Oleic Acid)의 0.1%를 포함하는 배양 배지(medium)에서 배양될 수 있다. 여기서, 지방산 프리(free) BSA-OA는 지방산 무혈청 알부민(acid-free bovine serum albumin)과 올레산(Oleic Acid)이 결합되어 복합성분을 가지는 OA를 나타낼 수 있다. 예를 들어, DPBS 내 BSA 1ml와 100 mg/ml 에탄올 내 OA ㎕가 혼합되어 BSA-OA가 형성될 수 있다. 이때, BSA-OA 혼합물은 30분동안 실온상태에서 유지되며, 배양배지에 첨가되기 이전에 0.2 ㎛ 필터로 필터링될 수 있다. 이처럼, 실험을 위해 간세포가 배양되어 준비되면, 배양된 간세포를 촬영하여 간세포의 이상 유무 상태를 파악하고, 지질관련 질환을 결정하기 위해 3D 영상화가 수행될 수 있다.
예를 들어, 광원에서 세포(예컨대, 간세포) 내 지질 성분으로 조사된 광은 세포 내 지질 성분에 의해 회절된 후, 세포 내 지질 성분을 투과하고, 회절 및 투과된 광이 참고 광에 간섭으로 작용하여 공간적으로 변조된 홀로그램이 생성될 수 있다. 이때, 홀로그램 생성을 위해 푸리에 변환 기법이 이용될 수 있다. 예컨대, 특정 입사각으로 세포 내 지질 성분에 의해 회절 투과된 광을 이용하여 형성되는 2D 복소 광학장(complex optical field)의 푸리에 스팩트럼(fourier spectrum)은 3D 푸리에 공간에서 에발트 구(Ewald Sphere), 즉, 반구의 표면에 맵핑될 수 있다. 이에 따라, 세포 내 지질 성분에 조사된 상기 광의 중심 위치는 해당 광의 입사각에 의해 변경될 수 있다. 이때, 세포 내 지질 성분으로 입사되는 광의 각도가 다양한 입사각을 갖고 조명되면, 각 입사각에 해당하는 복소 광학장(예컨대, 입사각이 300개인 경우, 300개의 복소 광학장이 형성됨), 즉, 복수의 복소 광학장이 형성되므로 3D 푸리에 공간은 상기 맵핑된 2D 푸리에 스팩트럼(fourier spectrum)으로 채워질 수 있다. 그리고, 상기 맵핑된 2D 푸리에 스팩트럼이 채워진 3D 푸리에 공간에 대해 3D 역 푸리에 변환(3D inverse Fourier transform)을 수행함으로써, 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포가 측정될 수 있다. 이처럼, 간세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포가 측정되면, 물리량 추출부(220)는 측정된 간세포의 3차원 굴절률 분포에 기초하여 간세포의 생화학적 정보 및 구조적 정보를 정량적으로 추출할 수 있다. 예컨대, 지질 성분의 농도, 질량, 부피, 형상 정보(즉, 윤곽 정보) 등이 정량적으로 추출될 수 있다.
이상과 같이, 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포는 광학 회절 단층 촬영 기법(ODT) 또는 광학 투영 단층 촬영 기법(OPT) 기반의 투영 또는 회절 알고리즘을 이용하여 측정될 수도 있고, 갈바노 거울을 이용한 마하 젠더 간섭계를 통해 측정될 수도 있다.
일례로, 갈바노 거울(GM) 기반의 마하 젠더 간섭계를 이용하는 경우, 광원(310)에서 방사된 광은 빔 스플리터에서 참조 광과 세포(320)에 조사하기 위한 타겟 광으로 분할될 수 있다. 그러면, 갈바노 거울은 상기 빔 스플리터에서 분할된 타겟 광을 다양한 각도로 반사시킬 수 있다. 즉, 갈바노 거울은 상기 타겟 광이 세포(320)에 다양한 입사각으로 입사되도록, 상기 타겟 광을 다양한 각도로 반사시킬 수 있다. 그러면, 다양한 입사각으로 세포(320)로 입사된 광은 세포 내 지질 성분(LD)에 의해 회절되고, 회절된 후 세포(320)를 투과한 투과광이 참조 광에 간섭으로 작용하여 복소 광학장(complex optical field)이 형성될 수 있다. 예컨대, 카메라에 상기 참조 광과 상기 세포(320)에 의해 회절된 투과광의 상이 맺힐 수 있으며, 카메라에 상이 맺힌 상기 참조광에 상기 회절된 투과광이 간섭으로 작용함에 따라 2차원 홀로그램이 생성될 수 있다. 그러면, 카메라는 생성된 2차원 홀로그램을 촬영 및 기록함으로써 세포(320)의 3차원 굴절률(RI) 분포를 측정할 수 있다. 이때, 카메라는 상기 간섭이 발생한 이미지를 기정의된 일정 시간 간격으로 연속 촬영하여 상기 여러 개의 2차원 홀로그램 영상을 생성할 수 있다. 이처럼, 도 3에 도시하지는 않았으나, 마하 젠더 간섭계가 이용되는 경우, 간섭계(330)는 빔 스플리터, 갈바노 거울, 카메라(예컨대, CCD 촬상 장치) 등을 포함할 수 있다.
한편, 세포(320)를 측정하는 방식은 체외(in vitro) 슬라이드 유리(slide glass) 상에서 세포들이 낮은 농도로 놓여진 형태, 체외(in vitro) 슬라이드 유리(slide glass) 상에서 세포들이 높은 농도로 단일 또는 수 겹의 층을 이루고 있는 형태, 생체 조직 슬라이드를 5 마이크로 미터에서 50 마이크로 미터 사이의 두께로 자른 조직 슬라이드 형태, 및 체외(in vitro)에서 고속대량 스크리닝(high-throughput screening)을 위해 미소 유체관(microfluidic channel)을 지나는 형태로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포를 직접 회전시켜 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 동작을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 4는 도 3과 같이 입사광을 다양한 각도로 회전하는 방식을 이용하는 대신 세포(420)를 직접 회전시켜 세포 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 것을 도시한 도면이다. 도 4와 같이, 세포를 직접 회전시키는 경우, 세포를 미세 피펫 (micropipette) 등에 주입한 뒤 미세 피펫을 기계 장치(예컨대, 회전 장치 등)로 회전시킬 수도 있고, 세포를 광학 집게 (optical tweezers)로 포획한 뒤 광학 집게의 초점광의 위치를 조절하여 세포를 회전시킬 수도 있다. 이외에, 세포를 직접 회전시키는 다양한 방법들을 이용하여 회전시킬 수 있다.
도 4에 따르면, 광원(410)은 세포(420) 내 지질 성분(LD)으로 코히어런트 광을 조사할 수 있다. 그러면, 세포(420)로 조사된 광은 세포 내 지질 성분(LD)에 의해 회절된 후, 투과될 수 있으며, 간섭계(430)는 회절된 투과광을 측정하여 복수개의 2차원 홀로그램을 생성하고, 생성된 2차원 홀로그램에 기초하여 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포(450)를 측정할 수 있다. 즉, 세포가 직접 회전됨에 따라, 결국 세포로 입사되는 광의 각도가 변경되어, 다양한 각도에 해당하는 2차원 홀로그램이 생성되고, 생성된 2차원 홀로그램에 기초하여 3차원 굴절률 분포(450)가 측정될 수 있다. 여기서, 회절된 투과광을 측정하여 3차원 굴절률 분포(450)를 측정하는 일련의 과정은 도 3에서 설명한 투영 또는 회절 알고리즘, 마하 젠더 간섭계 등을 이용하여 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 3D 굴절률 분포에 기초하여 세포 내 지질 성분(LD)의 형상 정보, 농도 정보 및 질량 정보를 생성하는 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
즉, 도 5의 각 단계들(510 내지 540)은 도 1의 물리량을 추출하는 단계(즉, 120 단계)에 포함되는 것으로서, 물리량 추출부(220)에 의해 수행될 수 있다.
510 단계에서, 물리량 추출부(220)는 세포 내 지질 성분의굴절률 값과 배양액 및 세포 내 세포질의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여세포 내 지질 성분만의 형상을 획득할 수 있다. 굴절률은 물질 고유의 광학적 특징으로서, 생명 시편의 경우 물질 농도에 정비례할 수 있다. 예컨대, 단백질의 경우 단백질의 농도, 지질의 경우 지질 성분의 농도에 정비례할 수 있다. 이에 따라, 지질 성분과 배양액, 세포질 부분의 굴절률 값이 다르다는 것, 즉, 상기 서로 다른 특성은 각 부분을 구성하는 물질의 농도가 다름을 의미할 수 있다.
520 단계에서, 물리량 추출부(220)는 세포 내 지질 성분(LD)의 굴절률 값과 세포 내 세포질의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 세포 내 지질 성분 내 형상 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 물리량 추출부(220)는 세포 내 지질 성분(LD)의 굴절률 값이 세포 내 세포질의 굴절률 값보다 기정의된 기준값 이상으로 상당히 높은 굴절률(RI) 값을 가지는 특성 (예: n > 1.375)을 기반으로 세포 내 지질 성분 내 형상 정보를 생성할 수 있다.
530 단계에서, 물리량 추출부(220)는 세포 내 지질 성분(LD)의 굴절률 값과 기정의된 세포 내 지질 성분의 굴절률 증가량(Refractive Index increment, RI 증가량) 값을 비례 상수로 이용하여 세포 내 지질 성분의 국소 영역의 농도를 계산할 수 있다. 즉, 도 6의 640에서 1.375 이상인 세포 내 지질 성분의 농도를 계산할 수 있다. 예컨대, 물리량 추출부(220)는 세포 내 지질 성분의 3D 굴절률 분포를 측정하기 생성된 2차원 홀로그램에서 선택된 일부인 특정 영역에서의 농도를 계산할 수 있으며, 계산된 농도를 농도 정보로서 생성할 수 있다.
일례로, 세포 내 세포질과 세포 내 지질 성분(LD)의 생물학적 특성을 개별적으로 측정하기 위해 세포 영역(cell regions)과 지질 성분들(LD)은 기정의된 임계값에 의해 분할될 수 있다. 예컨대, 물리량 추출부(220)는 측정된 3차원 굴절률 분포에서 물리량 추출을 위해 선택된 임의의 특정 영역의 굴절률 값이 임계값 n > 1.34이면 세포 내부의 해당 영역(상기 임의의 특정 영역)은 세포 영역(cell regions), 즉, 세포질에 해당하는 것으로 결정하고, 상기 임계값 n > 1.375이면 세포 내부의 해당 영역은 지질 성분들(LD)에 해당하는 것으로 결정함으로써, 상기 특정 영역에 해당하는 세포를 구성하는 물질이 세포질인지 지질 성분들(LD)인지를 구분할 수 있다. 그리고, 물리량 추출부(220)는 상기 특정 영역(즉, 물리량을 추출하기 위해 임의로 선택된 영역)에 포함된 모든 복셀들(voxels)을 적분(integrating)하여 세포 내 지질 성분의 부피와 세포질의 부피를 계산할 수 있다.
세포 내 지질 성분(LD)과 세포질의 부피는 상기 해당 영역, 예컨대, 측정된 3차원 굴절률 분포를 나타내는 이미지에서 정보를 정량적으로 검출하기 위해 선택된 영역의 모든 복셀들(voxels)을 적분(integrating)함으로써 계산될 수 있다. 이때, 세포 내 지질 성분(LD)의 굴절률 값은 아래의 수학식 1에 따라 세포 내부의 단백질 농도에 선형적으로 비례할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016108906218-pat00001
수학식 1에서,
Figure 112016108906218-pat00002
는 세포(예컨대, 간세포) 내 지질 성분을 대상으로 측정된 3D 굴절률 분포, nm은 상기 세포 주변에 존재하는 배양액(medium)의 굴절률 값으로서, 예컨대, 532nm인 경우, nm=1.337일 수 있다. 그리고, α는 굴절률 증가량(RI increment) 값으로서, 지질의 경우, α= 0.135 mL/g 이고, 단백질의 경우, α = 0.190 mL/g 일 수 있다. C(x,y,z)는 세포영역(cell region)의 단백질 농도이거나 또는 세포 내 지질 성분(LD)의 지질 농도를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 세포질의 단백질 농도와 세포 내 지질 성분(LD)의 지질 농도는 측정된 3차원 굴절률 분포의 콘트라스트(contrast)에 기초하여 계산될 수 있다.
540 단계에서, 물리량 추출부(220)는 계산된 농도와 세포 내 지질 성분(LD)의 부피(volume) 정보에 기초하여 세포 내 지질 성분의 질량을 계산할 수 있으며, 계산된 질량을 질량 정보로 생성할 수 있다.
예를 들어, 물리량 추출부(220)는 상기 계산된 세포 내 지질 성분의 농도를 아래의 수학식 2와 같이 적분함으로써 세포 내 지질 성분과 세포들의 건조 질량 m을 계산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016108906218-pat00003
수학식 2에서,
Figure 112016108906218-pat00004
는 x축, y축, z축에서의 픽셀 해상도를 나타낼 수 있다. 그리고, nm은 배양액(medium)의 굴절률 값, C( x,y,z )는 세포영역(cell region)의 단백질 농도이거나 또는 세포 내 지질 성분의 지질 농도,
Figure 112016108906218-pat00005
는 해당 세포(예컨대, 간세포) 내 지질 성분을 대상으로 측정된 3차원 굴절률 분포, α는 세포 내 지질 성분의 굴절률 증가량(RI increment) 값을 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 세포 내 지질 성분(LD)의 3D 영상화를 위한 단층 촬영 기법의 개략도를 도시한 도면이다.
도 6에서, 601은 세포(예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등)에 의해 회절된 후 투과된 광이 참조 광에 간섭으로 작용함에 따라 공간적으로 변조된 홀로그램(즉, 2차원 홀로그램)을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 간세포로서 Huh-7이 이용된 경우, 601은 Huh-7과 관련하여 생성된 여러 개의 2차원 홀로그램을 나타낼 수 있다. 610은 여러 개의 2차원 홀로그램들 중 어느 하나의 특정 홀로그램에서 물리량 추출을 위해 선택된 특정 영역(즉, 국소 영역)을 나타낼 수 있다. 그리고, 611은 상기 특정 영역에 해당하는 홀로그램(610)의 확대도이며, 확대도(611)는 공간적으로 변조된 회절 무늬(fringes)를 포함할 수 있다. 상기 특정 영역에 해당하는 홀로그램(610)은 세포(예컨대, 간세포, 지방 세포, 미세 조류 등)에 의해 회절된 후 투과된 광의 진폭(620) 및 위상 지연(630)을 포함하는 복소 광학장(complex optical field)을 푸리에 변환(Fourier Transform) 기반의 광학장 복원 알고리즘(field retrieval algorithm)을 이용하여 복원(retrieve)함으로써 생성될 수 있다. 즉, 상기 홀로그램(610)은 세포 내 지질 성분에 의해 회절 및 투과된 광과 참조 광으로 인해 형성된 복소 광학장을 대상으로, 광학장 복원 알고리즘을 이용함으로써 생성될 수 있다.
여기서, 다양한 입사각에 해당하는 복소 광학장은 푸리에 회절 이론과 세포의 3D 굴절률 분포를 측정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 측정된 3D 굴절률 분포와 관련된 단면 슬라이스(640)를 참고하면, 세포 내의 지질 성분들(LD)은 세포 주변의 세포질에 비해 상당히 높은 굴절률 값(즉, RI 값)을 가질 수 있다. 이때, 세포 내 지질 성분들(LD)은 기정의된 임계값 이상의 굴절률 값을 가질 수 있으며, 예컨대, 임계값은 1.37 내지 1.39 사이의 값으로 기정의될 수 있다. 다시, 단면 슬라이스(640)를 참고하면, 단면 슬라이스(640)는 x-z평면, x-y 평면 및 y-z 평면 각각에서 세포의 3차원 굴절률 분포(즉, 3D RI 분포)를 나타내는 단면 슬라이스(cross-sectional slices)를 의미할 수 있다.
그리고, 도 6의 650은 측정된 3차원 굴절률 분포와 관련된 아이소서페이스 이미지(isosurfaces image)로서, 세포 내 지질 성분들(LD)의 3차원 공간 분포를 나타낼 수 있다. 즉, 650은 3D로 렌더링된 아이소서페이스 이미지를 나타낼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 세포 내 지질 성분(LD)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하여 지질 성분의 상태 및 활동성을 결정하기 위한 3D 영상화를 수행함에 있어서, 일정 시간 간격으로 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하여 세포 내 지질 성분의 상태를 확인함으로써, 세포 내 지질 성분들(LD)의 3차원 운동성(즉, 3D 동적 운동(dynamics))을 측정할 수 있다.
일례로, 기정의된 기준시간(예컨대, 93초)동안 일정 시간 간격으로(예컨대, 3초마다) 세포 내 지질 성분(LD)을 측정하기 위해 형성된 복수의 2차원 홀로그램 영상들을 측정할 수 있다. 예컨대, 갈바노 거울은 0.3초/사이클의 스캐닝 속도로 다양한 입사각을 갖는 30개의 레이저 광(예컨대, 빔 스플리터에 의해 분할되어 세포(예컨대, 간세포) 내 지질 성분에 조사하고자 하는 타겟 광)을 원형으로 스캔할 수 있다. 그러면, 다양한 입사각에 해당하는 30개의 복소 광학장(complex optical field)이 획득될 수 있다. 즉, 각 입사각으로 입사된 광이 세포 내 지질 성분에 의해 회절됨에 따라 각 입사각 별로 서로 다른 복소 광학장이 형성될 수 있다. 그러면, 상기 30개의 복소 광학장을 이용하여 복수의 2차원 홀로그램 영상들이 생성될 수 있다.
세포 내 지질 성분들(LD)의 다양한 확산 움직임을 파악하기 위해, 각 지질 성분(LD)의 3D 궤적에서 경과 시간 관계(elapsed time relation) 대비 MSD(mean squared distribution)가 측정될 수 있다. 여기서, 상기 경과 시간 관계는 아래의 수학식 3과 같이 멱 법칙 방정식(power-law equation)으로 표현될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016108906218-pat00006
수학식 3에서, D는 확산 계수를 나타내고, a는 변칙 확산에 따른 멱 법칙(power-law) 지수를 나타낼 수 있다.
세포 내 지질 성분(LD)의 3차원 운동성(즉, 3D 동적 운동)을 나타내는 움직임은 제한 확산
Figure 112016108906218-pat00007
과 동적 수송
Figure 112016108906218-pat00008
으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 51개의 지질 성분들(LD)의 3D 궤적의 확산 계수 D = 0.0014± 0.0016mm2/s 이고, 멱법칙 지수 a = 0.99 ± 0.49인 경우, 측정되는 멱법칙 지수의 범위(range)는 제한 확산부터 동적 수송까지 지질 성분들(LD)이 다양한 변칙 확산에 따라 움직이는 것을 나타낼 수 있다. 열 확산이 세포 내 골격과 ECM(extracellular matrix)에 의해 제한될 때, 세포 내 소기관에서 제한 확산에 따른 움직임이 나타날 수 있다. 이때, 동적 수송에 따른 움직임은 세포 골격을 따라 움직이는 분자 모터 단백질에 의한 수송에 의해 발생될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 3D 비표지 영상화 및 정량화 장치(200)는 세포 내 지질 성분(LD)과 주변 세포 성분의 생리적 조건을 방해하지 않는 비섭동 방식(non-perturbative)으로 동작할 수 있으며, 광학 위상 지연과 생체 샘플인 세포 내 3차원 굴절률 분포가 형태학적 구조 및 화학적 조성에 민감한 광학 특성을 가지기 때문에, 외인성 형광 물질(exogenous fluorescent agents)을 주입하지 않고도 세포 내 지질 성분들(LD)의 물리학적, 화학적 파라미터(예컨대, 세포 내 지질 성분의 형상 정보, 질량 정보, 농도 정보 등)를 정량적으로 측정할 수 있다. 그리고, 정량적으로 측정된 상기 지질 성분들의 물리학적, 화학적 파라미터를 이용하여 지질 대사, 비만, 타입II 당뇨병, C형 간염, 죽상 동맥 경화증 등을 포함하는 LD관련 질환의 상태, 질환 관련 병명 등이 결정될 수 있다. 예컨대, 세포 내 지질 성분(LD)이 얼마나 포함되어 있으며, 해당 질환의 레벨이 어떠한지 등을 나타내는 상태가 결정될 수 있으며, 결정된 상태에 해당하는 병명, 그리고 해당 질환과 관련하여 처방약을 일정 기간동안 복용함에 따라 변화되는 세포 내 지질 성분(LD)의 변화에 기초하여 해당 질환의 상태 변화 등을 확인하여 제공할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 세포 내 지질 성분(Lipid Droplet)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계;
    측정된 3차원 굴절률 분포를 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상 정보, 질량 정보 및 농도 정보 중 적어도 하나 이상의 물리량을 추출하는 단계; 및
    추출된 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 물리량을 추출하는 단계는,
    상기 3차원 굴절률 분포를 측정하고자 하는 세포에 해당하는 복수의 2차원 홀로그램을 대상으로 선택된 특정 영역의 3차원 굴절률 분포와 미리 정의된 제1 기준값에 기초하여 상기 특정 영역이 지질 성분에 해당하는 영역인지 여부를 결정하는 단계;
    상기 결정에 기초하여 상기 세포를 세포 영역(cell regions)과 지질 성분에 해당하는 영역으로 구분하는 단계; 및
    구분된 상기 지질 성분에 해당하는 영역을 대상으로 상기 물리량을 추출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 기준값은 지질 성분을 나타내는 3차원 굴절률 분포로서 1.375를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계는,
    광원에서 방사된 광을 상기 세포 내 지질 성분에 입사시키는 단계;
    입사된 상기 광이 상기 세포 내 지질 성분에 의해 회절된 투과광을 간섭계를 이용하여 측정하는 단계;
    측정된 상기 회절된 투과광에 기초하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계는,
    상기 세포 내 지질 성분으로 입사되는 광의 각도를 기정의된 일정 각도로 회전하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 2차원 홀로그램을 투영 또는 회절 알고리즘을 기반으로 분석하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투영 또는 회절 알고리즘을 기반으로 분석하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계는,
    광학 회절 단층 촬영 기법(ODT) 또는 광학 투영 단층 촬영 기법(OPT)을 이용하여 상기 복수의 2차원 홀로그램을 분석함에 따라 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세포는, 상기 지질 성분이 포함된 간세포(hepatocyte), 지방 세포 및 미세 조류(algae) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 단계는,
    상기 세포를 직접 회전시켜 복수의 2차원 홀로그램을 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지질 성분에 해당하는 영역을 대상으로 상기 물리량을 추출하는 단계는,
    상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 배양액의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상을 획득하는 단계; 및
    상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 세포 내 세포질의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분 내 형상 정보를 획득하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 지질 성분에 해당하는 영역을 대상으로 상기 물리량을 추출하는 단계는,
    상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 기정의된 세포 내 지질 성분의 굴절률 증가량(refractive index increment) 값을 비례 상수로 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 농도를 계산하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 지질 성분에 해당하는 영역을 대상으로 상기 물리량을 추출하는 단계는,
    계산된 상기 농도를 포함하는 농도 정보와 세포 내 지질 성분의 부피(volume) 정보에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 질량 정보를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계는,
    상기 세포 내 지질 성분의 물리량에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 상태가 정상 상태인지 비정상 상태인지 여부를 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 세포 내 지질 성분의 상태를 기정의된 일정 시간 간격으로 확인하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 운동성을 측정하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 단계는,
    상기 세포 내 지질 성분의 농도 정보 및 지질 성분의 개수에 기초하여 지질 대사, 비만, 타입 II 당뇨병, 죽상 동맥 경화증 및 C형 간염을 포함하는 지질 관련 질환을 결정하는 단계
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 방법.
  11. 세포 내 지질 성분(Lipid Droplet)의 3차원 굴절률 분포를 광학적으로 측정하는 3D 굴절률 분포 측정부;
    측정된 3차원 굴절률 분포를 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상 정보, 질량 정보 및 농도 정보 중 적어도 하나 이상의 물리량을 추출하는 물리량 추출부; 및
    추출된 상기 세포 내 지질 성분의 물리량을 분석하여 세포 내 지질 성분의 상태를 결정하는 상태 결정부
    를 포함하고,
    상기 물리량 추출부는,
    상기 3차원 굴절률 분포를 측정하고자 하는 세포에 해당하는 복수의 2차원 홀로그램을 대상으로 선택된 특정 영역의 3차원 굴절률 분포와 미리 정의된 제1 기준값에 기초하여 상기 특정 영역이 지질 성분에 해당하는 영역인지 여부를 결정하고, 상기 결정에 기초하여 상기 세포를 세포 영역(cell regions)과 지질 성분에 해당하는 영역으로 구분하고, 구분된 상기 지질 성분에 해당하는 영역을 대상으로 상기 물리량을 추출하고,
    상기 제1 기준값은 지질 성분을 나타내는 3차원 굴절률 분포로서 1.375를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 3D 굴절률 분포 측정부는,
    광을 상기 세포 내 지질 성분에 조명하는 광원;
    상기 세포 내 지질 성분에 입사된 광이 상기 세포 내 지질 성분에 의해 회절되어 투과되고, 회절된 투과광을 측정하는 간섭계; 및
    측정된 상기 회절된 투과광에 기초하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하고, 상기 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 측정부
    를 포함하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 3D 굴절률 분포 측정부는,
    상기 세포 내 지질 성분으로 입사되는 광의 각도를 기정의된 일정 각도로 회전하여 복수의 2차원 홀로그램을 생성하고, 상기 복수의 2차원 홀로그램을 투영 또는 회절 알고리즘을 기반으로 분석하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 3D 굴절률 분포 측정부는,
    광학 회절 단층 촬영 기법(ODT) 또는 광학 투영 단층 촬영 기법(OPT)을 이용하여 상기 복수의 2차원 홀로그램을 분석함에 따라 상기 3차원 굴절률 분포를 측정하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 세포는, 상기 지질 성분이 포함된 간세포(hepatocyte), 지방 세포 및 미세 조류(algae) 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 3D 굴절률 분포 측정부는,
    상기 세포를 직접 회전시켜 복수의 2차원 홀로그램을 생성하고, 생성된 복수의 2차원 홀로그램에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 굴절률 분포를 측정하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 물리량 추출부는,
    상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 배양액의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 형상을 획득하고, 상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 세포 내 세포질의 굴절률 값이 서로 다른 특성을 이용하여 상기 세포 내 지질 성분 내 형상 정보를 획득하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 물리량 추출부는,
    상기 세포 내 지질 성분의 굴절률 값과 기정의된 세포 내 지질 성분의 굴절률 증가량(refractive index increment) 값을 비례 상수로 이용하여 상기 세포 내 지질 성분의 농도를 계산하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 물리량 추출부는,
    계산된 상기 농도를 포함하는 농도 정보와 세포내 지질 성분의 부피(volume) 정보에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 질량 정보를 생성하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 상태 결정부는,
    상기 세포 내 지질 성분의 물리량에 기초하여 상기 세포 내 지질 성분의 상태가 정상 상태인지 비정상 상태인지 여부를 결정하고, 결정된 상기 세포 내 지질 성분의 상태를 기정의된 일정 시간 간격으로 확인하여 상기 세포 내 지질 성분의 3차원 운동성을 측정하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 상태 결정부는,
    상기 세포 내 지질 성분의 농도 정보 및 지질 성분의 개수에 기초하여 지질 대사, 비만, 타입 II 당뇨병, 죽상 동맥 경화증 및 C형 간염을 포함하는 지질 관련 질환을 결정하는 것
    을 특징으로 하는 세포 내 지질을 3D 비표지 영상화 및 정량화하는 장치.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220071512A (ko) * 2020-11-24 2022-05-31 한국기초과학지원연구원 굴절률을 이용한 요산염 결정의 검출방법 및 이의 용도
WO2023095378A1 (ja) * 2021-11-29 2023-06-01 浜松ホトニクス株式会社 評価方法、評価装置および情報処理プログラム
WO2023095442A1 (ja) * 2021-11-29 2023-06-01 浜松ホトニクス株式会社 観察装置および観察方法
WO2023106738A1 (ko) * 2021-12-06 2023-06-15 재단법인 아산사회복지재단 호산구성 질병의 진단 방법 및 시스템
JP7348997B1 (ja) 2022-07-27 2023-09-21 浜松ホトニクス株式会社 毛細胆管領域の特定又は評価の方法、装置及びプログラム
WO2024058518A1 (ko) * 2022-09-16 2024-03-21 재단법인 아산사회복지재단 자가포식 조절제를 스크리닝하는 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150177133A1 (en) * 2007-07-10 2015-06-25 Massachusetts Institute Of Technology Tomographic phase microscopy
KR101563810B1 (ko) 2014-06-25 2015-10-28 한국과학기술원 공통 광 경로 3차원 회절 광 현미경 및 그의 시편 변형성 측정 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150177133A1 (en) * 2007-07-10 2015-06-25 Massachusetts Institute Of Technology Tomographic phase microscopy
KR101563810B1 (ko) 2014-06-25 2015-10-28 한국과학기술원 공통 광 경로 3차원 회절 광 현미경 및 그의 시편 변형성 측정 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
'Quantitative Phase Imaging Techniques...', KyeoReh Lee 외, Sensors 2013, 13권, pp. 4170-4191(2013.03.28.)
'Tomographic diffracitve microscopy of living cells...', Wei-Chen Hsu 외, OPTICS LETTERS, Vol. 39, No. 7, pp. 2210-2213(2014.04.01.)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220071512A (ko) * 2020-11-24 2022-05-31 한국기초과학지원연구원 굴절률을 이용한 요산염 결정의 검출방법 및 이의 용도
KR102466497B1 (ko) 2020-11-24 2022-11-11 한국기초과학지원연구원 굴절률을 이용한 요산염 결정의 검출방법 및 이의 용도
WO2023095378A1 (ja) * 2021-11-29 2023-06-01 浜松ホトニクス株式会社 評価方法、評価装置および情報処理プログラム
WO2023095442A1 (ja) * 2021-11-29 2023-06-01 浜松ホトニクス株式会社 観察装置および観察方法
WO2023106738A1 (ko) * 2021-12-06 2023-06-15 재단법인 아산사회복지재단 호산구성 질병의 진단 방법 및 시스템
JP7348997B1 (ja) 2022-07-27 2023-09-21 浜松ホトニクス株式会社 毛細胆管領域の特定又は評価の方法、装置及びプログラム
WO2024024147A1 (ja) * 2022-07-27 2024-02-01 浜松ホトニクス株式会社 毛細胆管領域の特定又は評価の方法、装置及びプログラム
WO2024058518A1 (ko) * 2022-09-16 2024-03-21 재단법인 아산사회복지재단 자가포식 조절제를 스크리닝하는 방법

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