Olympus의 글로벌 생명과학 광학 현미경 올해의 이미지 상(IOTY)은 매년 최고의 생명과학 이미지를 선정합니다. 수상 이미지는 과학 및 예술 분야의 전문가들로 구성된 국제 심사위원단에 의해 신중하게 선정됩니다.
Olympus는 지난 몇 개월 동안 IOTY 2020 대회에서 수상한 이미지를 축하하며 그 뒷이야기를 알려왔습니다. 지금까지는 미주, 아시아 태평양 및 EMEA의 세 지역 우승자에 대한 이야기를 다뤘습니다. 오늘은 마지막으로 글로벌 우승자의 이야기를 다루겠습니다.
심사위원들은 완전한 쥐 배아의 컨포칼 이미지를 촬영한 독일의 Werner Zuschratter를 글로벌 우승자로 선정했습니다. 이 화려하고 놀라운 이미지에서는 두 개의 채널이 조직의 서로 다른 자가 형광 색상을 보여주지만, 세 번째 채널은 알리자린 레드로 착색된 골격을 보여줍니다. 우리는 Werner와 이야기를 나누면서 수상 이미지에 대해 더 알아보고 과학 기술에 대한 그의 시각을 물어보았습니다.
질문: 전공한 과학 분야에 대해 말씀해 주실 수 있나요?
답변: TU 다름슈타트 공과대학교에서 신경 생물학에 집중한 생물학을 공부했습니다. 1992년에는 독일의 마그데부르크에 위치한 지금의 라이프니츠 신경 생물학 연구소(LIN)로 가서 전자 현미경과 레이저 스캐닝 현미경을 위한 특수 실험실을 관리했습니다. LIN은 가소성의 구조기능적 관계를 모든 수준에서(즉, 분자와 세포 수준부터 MRI를 사용한 소형 동물 이미징과 인간 이미징까지) 탐구하기 위해 이미징 기법을 절실히 필요로 하는 학습기억 연구 기관입니다.
우리는 다양한 양상을 연결하기 위해 조합 신경 영상(CNI) 핵심 시설이라는 중요 핵심 시설을 몇 년 전에 설립했습니다. 이 시설을 인간 이미징을 담당하는 동료와 함께 관리합니다. CNI는 매년 약 150명의 사용자에게 인프라와 교육을 제공합니다. CNI의 과학자들도 자신만의 연구 프로젝트를 수행하죠.
제 연구는 고해상도 이미징 및 동적 처리의 관찰 외에도 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NADH)와 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD)에 대한 시간 분해 형광 수명 이미징 현미경 검사(FLIM)를 사용한 대사 과정의 기능 분석에 집중했습니다. 이를 위해 LINCam이라는 초고감도 양자 검출기를 개발했습니다.
질문: 수상 이미지가 보여주는 모습은 무엇인가요?
답변: 컨포칼 현미경을 사용하여 개별 스택 이미지(초점면이 각각 168개 있는 7 × 13 스택)로 촬영한 다음 전체 사진으로 결합된 쥐 태아를 보여주는 사진입니다. 원본 데이터 세트의 전체 메모리 용량은 22.9GB입니다.
각 이미지는 서로 다른 스펙트럼 범위(파란색, 녹색 및 빨간색)에서 연속 촬영되었으며, 3개 채널 중 2개는 자가 형광을 나타내고 세 번째 채널은 알리자린 레드로 착색된 골격을 나타냅니다. 샘플은 원래 배아 발달에 대한 의약품 효과를 탐구하기 위한 이전 연구 프로젝트에서 준비했던 것입니다.
샘플을 재사용한 이유는 전신 이미징을 위한 투명화 방법의 품질을 시험하고(컨포칼 또는 라이트 시트 현미경 사용), 조직 화학 착색과 함께 무표지 이미징 실험에서 자가 형광 정보를 추출하고, 스펙트럼 및 시간 분해 고급 현미경 기법(예: FLIM)으로 서로 다른 자가 형광 종을 구별하기 위함입니다.
IOTY 2020 글로벌 수상자 Werner Zuschratter는 고정 및 투명화를 거친 완전한 쥐 배아의 3채널 대형 컨포칼 이미지를 촬영했습니다.
다음은 이미징 단계에 대한 기술적 세부 사항입니다.
이미징 절차:
- 각각 20µm 단계 크기인 168개 초점면과 7 × 13 스택의 타일 스캔
- 배율: 5 × 0.15 NA 대물렌즈
- 그레이 값: 12비트
- 이미지 크기: 스택당 2329µm × 2329µm × 3360µm
- 픽셀 해상도: 타일당 512 × 512, 선 평균값: 3
- 메모리 용량: 스택당 252MB, 전체 스택 22.9GB
- 여기(Excitation): 채널 1: 405nm, 채널 2: 483nm, 채널 3: 568nm
- 검출(Detection): 채널 1: 430~470nm, 채널 2: 496~541nm, 채널 3: 641~690nm
포스트 프로세싱:
포스트 프로세싱(예: Z 투영, 스택 병합 및 색상/대비 조정)을 위해 ImageJ/Fiji 및 Adobe Photoshop 소프트웨어를 사용했습니다.
질문: 이 이미지를 제출하기로 선택한 이유는 무엇인가요?
답변: 이러한 크기의 광범위하게 투명한 샘플을 현미경을 통해 완전한 3D로 촬영하고 특정 자가형광으로 조직을 구별하는 것은 어려운 일입니다(스펙트럼 분리 또는 수명 때문에).
이러한 이유로, 처음에 개발 연구를 위해 준비한 오래된 샘플을 재사용했고, 컨포칼 및 시간 분해 라이트 시트 현미경을 사용하여 이미지를 촬영했습니다. 스캔 결과 유난히 미학적인 느낌을 주면서도 반향을 일으키는 인상적인 사진이 만들어졌습니다. 그래서 사진 중 하나를 대회에 제출해도 되겠다고 생각했습니다.
질문: 자신에게 과학 기술은 어떤 의미가 있나요?
답변: 이러한 크기의 광범위하게 투명한 샘플을 현미경을 통해 완전한 3D로 촬영하고 특정 자가 형광으로 조직을 구별하는 것은 어려운 일입니다(스펙트럼 분리 또는 수명 때문에).
이런 의미에서 현미경 검사는 창의성과 영감을 자극하고 새로운 것을 보는 눈을 기를 기회를 풍부하게 제공합니다. 예를 들어, 3년 전에는 과학과 예술에 대해 대중과 대화의 물꼬를 트기 위해 미술관에서 사용자들의 사진으로 미술 전시회를 개최했습니다. 또한 우리 연구소의 방문자를 위해 영구 전시회를 유지하고 있습니다.
질문: 현미경 사용법은 언제 어디서 처음 배우셨나요?
답변: 다름슈타트 공과대학교에서 공부하던 중에 현미경 사진에 관심을 가지게 되었습니다. 당시 실습 과정에는 며칠 동안 현미경 앞에 앉아 접안렌즈로 보이는 것을 그리는 경우가 일반적이었는데, 이 방법은 더 이상 데이터 수집에 적합하지 않다고 생각합니다. 다행스럽게도 훗날 제 상사가 될 인물이 아날로그 카메라와 자동 노출계가 장착된 연구 현미경을 사용하게 해주었습니다.
학위를 준비하며 박사 논문을 쓰는 동안에는 전자 현미경 검사의 세계를 접했습니다. 1990년대에 컨포칼 현미경이 출현하고, 형광 염색의 개선과 함께 분자 생물학 라벨링 기법이 도입되자, 저는 라이브 셀 이미징을 통한 동적 처리를 강조하는 광학 현미경으로 돌아왔습니다.
기능적 라이브 셀 이미징은 광독성을 최소화하는 데 빛이 많이 필요하지 않으므로, 우리 시설은 단일 광자 계수법이라는 원리에 기반한 초고감도 이미징 처리의 연구에 집중했습니다. 이러한 노력을 거쳐 비로소 FLIM을 위한 새 카메라인 LINCam이 개발되었습니다.
질문: 작업 시 사용하는 현미경은 무엇이며, Olympus 현미경을 사용하면 어떤 점이 좋은가요?
답변: 우리 부서에는 전자 현미경 외에도 형광 현미경이 많습니다. 여기에는 매우 다양한 제조업체에서 제작한 여러 개의 컨포칼, 라이트 시트, STED 및 FLIM 현미경이 포함됩니다.
Olympus 현미경에 대해서는 모듈형 구조와 높은 투명도와 뛰어난 품질의 광학 장치를 높이 평가합니다. 그에 따라 FLIM 현미경 중 하나로 TIRF가 포함된 Olympus IX81 도립현미경을 사용합니다. 또한 라이트 시트 현미경 중 하나는 Olympus MVX10 줌 현미경에 기반한 것입니다. 최근 독일 함부르크의 Olympus 유럽 본사를 방문해서 SpinSR10 회전 디스크 컨포칼 현미경에서 LINCam을 테스트했고, 3D FLIM 애플리케이션에 대한 이 조합의 탁월한 성능과 가능성을 확인했습니다.
질문: 감사의 말을 전하고 싶은 분이 있나요?
답변: 우선 글로벌 IOTY 상이라는 커다란 찬사를 보내주신 심사위원들께 감사드립니다. 탁월한 협업을 보여준 CNI 핵심 시설의 우리 팀에게도 감사를 표합니다.
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IOTY 수상 이미지의 숨겨진 이야기는 현미경으로 발견한 아름다움을 계속 찾게 합니다. 자신만의 현미경 이미지가 공유하고 싶다면 IOTY 2021 경연 대회에 최고의 작품(최대 3개 이미지)을 제출하세요!
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