Stephanie Shiers 박사는 댈러스에 위치한 텍사스대학교의 연구 과학자이며, 2019년 이곳에서 인지 및 신경과학 박사 학위를 마쳤습니다. Stephanie의 유전암호해독 연구는 Southwest Transplant Alliance에서 기증 받은 인간의 신경 조직을 사용하여 만성적인 통증에 대한 임상전 메커니즘과 치료법을 조사합니다.
Stephanie의 현미경 검사 이미지는 여러 연구 저널에서 채택되었고, 가장 최근에는 Science Translational Medicine(2022년 2월 16일 발간)의 표지에 실렸습니다. 우리는 표지를 장식할 만한 예술 작품을 만드는 데 무엇이 필요한지 알아보고자 Stephanie와 함께 이야기를 나누었습니다.
Science Translational Medicine(14권, 632호)에 실린 Stephanie Shiers 박사의 표지 그림(AAAS의 허가를 얻어 재인쇄)
질문: 과학자가 되도록 영감을 준 사람이나 계기가 있나요?
Stephanie: 무엇을 하고 싶은지 몰랐기 때문에 전공과 부전공을 3개씩이나 했어요. 원래는 의과대학에 들어갔죠. 그렇지만 응급구조사(EMT) 교육 과정을 들은 후에는 의학을 전공하고 싶지 않았어요. 그래서 신경과학과 역사를 추가로 전공했는데, 아마도 인문학을 좋아하거나, 법률가가 되고 싶거나, 신경과학을 공부해서 이학 박사가 될 거라고 생각했나 봐요. 하지만 학부를 졸업했을 때도 실험실에 들어갈 때까지는 무엇을 직업으로 할지 몰랐어요. 실험실이 정말 마음에 들더군요!
결국 UC Davis/NIH NeuroMab 연구소의 면역 조직 화학 부문에 지원했어요. 이 연구소에서는 임상전 연구에 사용할 단클론 항체를 생성했어요. 그 일의 모든 면이 마음에 들었죠. 염색, 항체 검증, 현미경 검사가 너무 좋았어요. 보람 있고 눈이 번쩍 뜨이는 일이었죠. 제 멘토인 Belvin Gong 박사님과 Karl Murray 박사님은 제가 이 직업을 선택하도록 응원하고 도움을 주셨어요. 이 연구소에 있는 동안 '과학은 마법에 가장 가까운 것'임을 알게 되었죠. 지금은 학부와 박사 과정 학생들에게 항상 해주고 있는 말이에요. 지금은 단백질과 mRNA를 만들고 있는데, 모두 형광을 방출하죠. 육안으로 보이지 않는 것을 보고 있는 거예요. 그러다 보면 이 세상에서 아무도 알지 못하는 것을 알게 된답니다. 제게는 그게 마법이예요.
질문: 현미경 검사에서 가장 자랑스럽고 기억할 만한 순간은 언제였나요?
Stephanie: 현미경 검사 작업에서 가장 자랑스러웠던 순간은 첫 논문이 제가 만든 표지 그림과 함께 출간되었을 때였어요. 첫 논문을 출간하게 되어 너무나 설레었죠. 그저 신경과학 예술이 좋아서 예쁜 사진을 찍었기 때문에 표지를 장식하게 될 줄도 몰랐어요. 논문에 쓸 모든 데이터는 40배 대물렌즈로 찍었어요. 예쁜 사진을 포착하고 더 높은 배율로 보기 위해 100배 대물렌즈로 이미지를 찍겠다고 결정했죠. 그때는 FV3000 공초점 레이저 스캐닝 현미경이 새로 설치된 Discovery Center를 개장한 참이었어요. 수상돌기와 축삭돌기의 시작 마디가 전부 보이더군요. 정말 멋졌어요. 이런 이미지들을 제 수석 연구원 Ted Price에게 보여주자 논문을 제출할 때 표지 예술 작품도 함께 응모하라고 격려해줬습니다.
연구 저널에 실린 Stephanie Shiers 박사의 표지 그림(The Journal of Neuroscience 38권, 33호(왼쪽: Society for Neuroscience의 허가를 얻어 재인쇄)와 Science Translational Medicine 13권, 595호(오른쪽: AAAS의 허가를 얻어 재인쇄).
가장 기억에 남는 순간은 실험실에서 염색을 하기 위해 고군분투하는 학생을 교육할 때였어요. 그 여학생은 현미경 검사 교육을 받은 적이 있었기 때문에 우리는 FV3000 공초점 현미경으로 함께 작업했죠. 그 학생의 얼굴에 떠오른 표정을 결코 잊을 수 없어요. 깜짝 놀라더군요. 그 모습을 보고 정말 기뻤어요. 제가 박사 과정을 시작할 때 처음 FV1200 시스템으로 이미지 처리를 하던 중에 느꼈던 감정이었죠. 과학의 경이와 놀라움을 경험하는 사람을 보게 되어 좋았어요. 사람들이 저의 신경과학 이미지들을 처음으로 볼 때 그런 것을 느꼈으면 했어요. 마법을 본 듯한 느낌 말이죠.
질문: 연구 저널의 표지를 장식했을 때 기분이 어땠나요?
Stephanie: 박사 과정에 들어가면서 겁에 질려 있던 터라 기뻤습니다. 주위에는 온통 전문가 뿐이니 제가 잘 하고 있는지도 몰랐어요. 스트레스가 많은 시기였지만 성공적인 데이터를 확보하면서 힘든 작업을 저널 표지와 논문으로 성공적으로 표현하게 되어 보람찬 동시에 인정받는 느낌이었어요. 힘든 일과 스트레스로 결국에는 모두 보답을 받았죠. 그 때는 그게 전부였어요. 아직도 그렇지만요. 엄청난 첫 경험이었고, 표지 그림 액자를 들고 있는 제 모습이 담긴 7년 전의 영상을 아직도 간직하고 있어요.
표지를 장식한 그림의 액자를 들고 있는 Stephanie Shiers 박사
질문: 박사님처럼 표지를 장식할 만한 이미지를 만들려는 사람에게 유용할 요령과 기법에는 어떤 것이 있나요?
첫 번째 팁: 우선 적절한 도구를 사용하면 계속 도움이 된다.
Stephanie: NeuroMab에서 작업하면서 명시야 이미징과 신경 구조에 대해 많이 배웠어요. 박사 과정을 시작할 때, 면역형광검사와 더불어 Evident의 FV1200/FV3000 공초점 현미경과 VS200 연구 슬라이드 스캐너 같은 고급 이미징 시스템으로 작업하는 방식을 채택했어요. FV3000 시스템은 지금까지 사용해 본 도구 중 최고예요! 가능한 최고의 이미지 품질과 신호 대 잡음비를 얻는 데 있어 전에 사용했던 제품과 완전히 다른 수준이죠.
AMIGO1(녹색), IBA1(청록색), GFAP(자홍색), DAPI(파란색)으로 염색한 쥐 뇌 시상 단면의 전체 슬라이드 이미지. Stephanie Shiers 박사가 VS120 슬라이드 스캐너로 캡처함.
두 번째 팁: 가능한 한 많은 교육을 받고 그 지식을 활용하라.
Stephanie: 예전에도 현미경 검사를 여러 번 수행했지만, 주로 명시야 이미징과 면역과산화효소 염색 방식이었어요. 그렇기 때문에 고급 현미경이 필요하지 않았죠. 그러다가 신경 구조, 세포 특이성, 세포 내 단백질 국소화 같은 작업에 대해 많이 배웠어요.
박사 과정에 들어간 후에야 이전의 지식을 적용하여 면역형광검사 염색을 했어요. 면역형광검사 염색에서 가장 중요한 것을 꼽자면 적절한 음성 대조군을 사용하는 것입니다. 배경과 실제 신호 사이의 차이를 이해하는 것이 무척 중요하기 때문이죠. 현미경을 올바르게 사용하는 법을 아는 것도 매우 중요해요. Evident의 전문가 분들은 저에게 VS120 슬라이드 스캐너와 FV1200/FV3000 공초점 현미경과 같은 고급 시스템을 사용하는 방법을 가르쳐줬어요.
GFAP(녹색), DAPI(파란색), AMIGO1(빨간색)로 염색된 쥐 변연하 피질의 공초점 이미지. Stephanie Shiers 박사가 FV3000 공초점 현미경으로 100배 확대하여 캡처함.
세 번째 팁: 데이터 수집 중 이미징을 사전 계획하라.
Stephanie: 저는 데이터 수집을 위한 이미징을 수행할 때, 항상 데이터 수치를 사전 계획하려고 노력해요. 박사 과정 시절에는 데이터를 수집하고 몇 주 동안 분석한 다음 또 다른 데이터를 모두 수집한 후에야 수치를 만들고 고해상도 이미지를 촬영해야 한다는 것을 떠올리곤 했어요. 그때 슬라이드를 가져와서 이미징을 해도 당연히 똑같지는 않죠. 그러다 보면 실험을 반복해야 하는지, 이렇게 품질이 떨어지는 이미지를 데이터 수치에 사용해야 하는지 의문이 들게 됩니다. 이제는 데이터 수집을 위한 이미징을 할 때, 연구 논문에 무슨 이미지를 사용할지와 같은 생각을 마음속으로 항상 정리해요. 제가 보고 있는 것과 똑같은 형상을 찾게 되면 즉시 고해상도 이미지를 찍죠.
저널 표지용으로 고해상도 이미지도 찍고, 필요한 경우 Z스택 이미지도 찍어요. 멋진 고해상도 이미지를 언제나 하나 이상 찍곤 하죠.
네 번째 팁: 새로운 것을 실험하고 시도하라.
Stephanie: 염색의 종류는 정말 다양하죠(명시야 병리학 염색, 표지자, 유전자 태그, 칼슘 염료). 이러한 염색이 강력한 현미경과 만나면 정말로 추상적이고 눈을 사로잡는 이미지를 쉽게 만들 수 있어요. 제가 가장 좋아하는 예시 중 하나는 Evident의 Eric Bridenbaugh와 함께 작업한 것인데, Eric은 전에 FV3000 공초점 현미경으로 6 채널 면역형광을 캡처할 수 있다고 했죠. 우리는 둘 다 굉장히 신나서 즉흥적으로 시도하기로 했어요. 6 채널 이미징은 기술적 및 이미징 문제로 인해 미지의 영역이나 다름 없어요. 일반적으로 과학자들은 종 적합성 문제 때문에 면역형광검사 염색을 수행할 때 3~4개 항체만 쓸 수 있고, 이미징은 형광 염료의 배출 프로필 중첩으로 인해 3~4개 채널로 제한되죠. 기본적으로 빛의 각 파장을 분석하여 각 염색을 개별적으로 시각화할 수는 없어요. 하지만 저는 NeuroMab에서 배운 기법인 동형 특이 항체를 사용했죠. 이 기법을 통해 6 채널 염색 샘플을 만들 수 있었어요. Eric은 FV3000 현미경의 TruSpectral™ 검출기를 구성하여 각 염색을 포착하도록 도와줬어요. 효과는 한번에 나타났죠! 우리는 각 구조가 너무나도 선명하게 보이는 이 아름다운 6 채널 염색 이미지를 만들었어요. 정말 놀라워요. 이미지의 무지개 빛이 정말 근사하잖아요!
GFAP(노란색), CAMKII(빨간색), AMIGO-1(청록색), 파브알부민(자주색), AnkG(녹색), Nuclear yellow(파란색)로 염색한 쥐 전두엽 피질의 공초점 이미지. Stephanie Shiers 박사가 FV3000 공초점 현미경으로 100배 확대하여 캡처함.
다섯 번째 팁: 이 일을 즐기고 양식화하는 것을 잊지 말라.
Stephanie: 신경과학 이미지의 예술적인 면을 너무 좋아하기 때문에 재미로 예쁜 사진 찍기를 시작했어요. 물론 예쁜 사진을 찍는 목적은 데이터 수집이지만, 예쁜 사진을 찍는 그 자체가 목적일 때가 있어요. 그게 제 이미지의 비결이에요. 그 결과 실험실 서버의 폴더 하나가 최고의 이미지로 가득찼죠. 그래서 즐거워요. 일부 이미지는 포토샵으로 처리한 실험작이거나 색상, 명도, 대비를 조절했어요. 같은 사진을 여러 번 렌더링한 것도 폴더에 많이 들어 있습니다. 새로운 이미징 도구와 염색을 사용하여 실험하는 것도 좋아해요. 제가 첫 걸음을 내딛을 때, 댈러스 소재 텍사스대학교에서는 FV3000 공초점 현미경을 막 설치하고 Discovery Center를 열었던 참이었어요. 저는 맨 처음으로 그 현미경을 사용하고 100배 확대를 해보고 싶었어요. 다른 현미경에는 그 기능이 없었거든요.
NeuN(자홍색), AnkG(녹색), DAPI(파란색)으로 염색한 쥐 피질의 공초점 이미지. Stephanie Shiers 박사가 FV3000 공초점 현미경으로 캡처함.
질문: 자신의 현미경 검사 이미지를 출간하려는 사람에게 어떤 조언을 하시겠어요?
Stephanie: 가능한 한 많은 이미지를 제출하세요. 자신의 사진이 표지 이미지에 어울리지 않는다고 생각하기 때문에 표지 그림을 제출하지 않는 분이 많더군요. 자신의 논문이 승인된 데에 너무 흥분한 나머지 표지 그림도 제출할 수 있다는 것을 모르는 분도 있죠. 많은 저널에서는 표지 그림 제출을 환영하고 있어요.
그리고 저널 표지용 이미지가 데이터 수집에 사용하는 것과 똑같은 이미지일 필요는 없다는 것을 모르는 분들이 많습니다. 거의 그림과 같을 정도로 표지가 추상적인 저널이 많아요. 예술가에게 의뢰할 정도랍니다.
NF200, CGRP mRNA, P2x3r mRNA, Ifnar2 mRNA에 염색한 쥐 후근 신경절 공초점 이미지의 양식화된 여러 가지 렌더링. Stephanie Shiers 박사가 FV3000 공초점 현미경으로 캡처함.
