Dr.Masayasu Taki는 신형 형광 염료와 근적외선(NIR) 형광을 기반으로 한 프로브 개발을 통해 이전에는 시각화할 수 없었던 생물학적 현상을 설명하기 위해 노력하고 있습니다.본 인터뷰에서Taki 박사는 프로브 개발에 집중하는 이유, FV3000 Red 시스템이 프로브 개발 과정에서 발생하는 문제를 해결하는 데 어떻게 도움이 되는지, 그리고 근적외선(NIR) 이미징의 미래에 대해 설명합니다.
부교수 Dr.Masayasu Taki 소개
Dr.Taki는 오사카 대학에서 공학 박사 학위를 받았으며 현재 나고야 대학의 변형 생체 분자 연구소(ITbM)의 부교수입니다.
Dr.Taki의 관심 연구 분야는 화학 생물학 분야, 특히 형광 현미경을 사용하여 특정 생체 분자와 생물학적 현상을 시각화하는 합성 화학 도구의 개발입니다.Dr. Taki는 근적외선(NIR) 형광 및 세포 내 이온 검출을 통한 장시간 타임랩스 이미징에 관한 여러 논문을 발표했습니다.
Q: 연구의 현재 주안점은 무엇입니까?
Dr.Taki: 저와 연구팀은 소기관 이미징을 위한 형광 염료 개발 및 이 염료를 기반으로 한 형광 프로브를 개발하고 있습니다.
형광 염료와 형광 프로브는 조금 다른 의미를 가집니다.형광 염료는 계속해서 빛을 발하는 반면, 형광 프로브는 반응하여 형광을 변화시킵니다.저희는 형광 염료를 개발했는데, 이 염료로부터 세포 내에서 발생하는 이벤트를 감지하는 프로브를 개발할 수 있었습니다.
| 현재 소기관을 구성하는 지질에 특히 관심을 두고 있습니다.최근 저희는 지방산 대사를 시각화할 수 있는 프로브의 개발과 그 이미징 애플리케이션에 대해 보고한 바 있습니다.형광 단백질은 막 단백질을 표시할 수 있지만 지질막 자체는 표시할 수 없어요.저는 유기 형광 염료의 장점을 여기에 활용할 수 있다고 생각하기 때문에 유기 형광 염료를 연구 중이었습니다.그러다 근적외선(NIR) 형광 염료 및 프로브를 개발하게 됐습니다.근적외선(NIR) 이미징은 형광 단백질로는 수행하기 어렵기 때문에 형광 분자가 유용합니다. |   |
Q: 형광 염료 개발과 프로브 개발에 주목하신 이유는 무엇입니까?
Dr.Taki: 형광 단백질은 형광 이미징의 강력한 도구입니다.그러나 말씀드렸듯이, 형광 단백질로는 지질과 글리칸의 역학을 직접 관찰할 수 없습니다.또 다른 문제점으로는 형광 단백질은 쉽게 빛이 약화되는 경향이 있기 때문에 오랜 시간 동안 관찰하기가 어렵죠.
저는 원래 미국 노스웨스턴대학교에서 연구하는 동안 이미징 연구를 시작했는데, 그곳의 연구원들은 Thomas V. O'Halloran 교수의 연구실에서 아연 형광 프로브 합성을연구하고 있었어요.세포 안에서 빛나는 분자를 관찰하는 것이 너무 아름답고 신기해서 교수님이 여름휴가를 가신 동안 제 연구 주제를 마음대로 바꾸었어요.
그 후로 쭉 형광 염료와 프로브 개발에 매진하고 있죠.한동안 바이오메탈에 대한 이미징 연구를 하다가 나고야 대학으로 옮기면서 '분자만 할 수 있는 일이 뭘까'라는 생각을 하게 되었고, 결국 지금과 같이 지질 역학 관찰과 NIR 이미징 연구에 이르게 되었죠.
Q: FV3000 Red 시스템은 실험을 수행하는 데 어떤 도움을 주나요?
Dr.Taki: 저희가 개발한 NIR 형광 염료 중 하나는 740nm에서 형광 피크를 갖는 PREX710입니다.일반적인 컨포칼 현미경에 사용되는 GaAsP PMT 감지기의 감도는 750nm 이후에 급격히 떨어지므로 보통의 형광 관찰에 적합한 밝기의 감지기는 NIR 형광 염료를 관찰하는 데는 효과적이지 않죠.그러나, FV3000 Red GaAs PMT 감지기를 사용하면 이전에는 관찰하기 어려웠던 NIR 형광 염료가 관찰 가능해지는데요, 놀라운 발견이었습니다.현재는 FV3000 Red 시스템을 사용하기 전 손을 놓았던 몇 가지 사항을 관찰할 수 있어서 실험을 재검토 중입니다.
FV3000 Red 근적외선(NIR) 솔루션의 이점 중 하나는 NIR 영역에서 관찰 채널의 수를 증가시킬 수 있는 능력입니다.저희가 개발 중인 근적외선 형광 염료는 실리콘 로다민(SiR)과 함께 사용할 수 있습니다.실리콘 로다민은 내광성이 우수하고 빛 조사로 인한 세포 손상이 적어 소기관의 접촉을 장기간 관찰할 수 있는 화합물입니다.FV3000 Red 시스템은 TruFocus™ Z-drift 보정 시스템이 핵심인데, 특히 관찰이 몇 시간 이상 지속될 경우 그렇습니다.FV3000 Red 시스템의 레이저, 감지 감도 및 Z-drift 보정 조합이 매우 유용합니다.
미소관과 소포제의 다중 색상 이미징
Q: 근적외선(NIR) 이미징의 향후 비전은 어떨 것이라고 생각하십니까?
Dr.Taki: 현재 근적외선(NIR) 이미징을 수행하는 연구자들은 대부분 생물 심층 관찰을 위해 해당 이미징을 수행할 것이라 생각합니다.물론, 심층 이미징의 유용성을 시연하는 것도 중요하지만, 저의 경우는 세포 이미징에 초점을 맞춘 연구를 진행하고 싶어요.세포 이미징에서 발견되는 몇 가지 난제로는 광독성, 형광 퇴색 및 자가 형광 등의 현상이 있는데, PREX710과 같은 NIR 형광 색소는 이러한 난제를 극복할 수 있습니다.FV3000 Red 시스템의 785nm 레이저와 호환되는 형광 염료를 개발하면 근적외선 다중 색상 관찰이 가능해질 것입니다.
그러나 근적외선 형광 염료의 형광 양자 수율은 그리 높지 않은 데다, 발광의 휘도가 낮다는 것이 주된 문제점입니다.휘도가 낮다는 것은 여기 레이저 출력이 더 강해야 한다는 것을 의미하며, 출력이 강하면 활성 산소 종(ROS)의 양이 증가하고 세포가 손상됩니다.이것은 근적외선 사용의 효과가 절반으로 줄어듦을 의미하죠.
저는 빛이 나지 않는 이유를 확인하고, 이 문제를 극복함과 동시에 분자를 개발하여 전 세계 연구자들이 사용하고 싶어 하는 것을 만들고 싶습니다.또한 NIR 호환 지질역학 관찰 프로브가 아직 없기 때문에 해당 프로프 개발 분야에서 세계를 선도하고 싶습니다.우수한 형광 염료와 프로브를 개발하여 세포 수준의 NIR 이미징 사례가 축적된다면 더 많은 연구자들이 활용하게 될 것이기 때문에 화학 분야에서 생명과학 연구의 발전에 기여하고 싶습니다.
컨포칼 현미경을 위한 근적외선(NIR) 솔루션
FV3000 Red 시스템은 NIR 영역에 대한 FV3000 현미경의 파장 검출 기능을 확대했습니다.레이저, 광학 장치, 대물렌즈 및 검출기 등 NIR 검출용 각 이미징 모듈을 업그레이드하여 FV3000 RED 시스템은 보다 감도 높고 정확한 다중 색상 NIR 이미징을 위한 특별한 솔루션을 제공합니다.
참고 문헌
- A negative-solvatochromic fluorescent probe for visualizing intracellular distributions of fatty acid metabolites
K.Kajiwara, H.Osaki, S.Greßies, K.Kuwata, J-H.Kim, T.Gensch, Y.Sato, F.Glorius, S.Yamaguchi, M.Taki Nat.Commun.,13, 2533(2022). - Late-stage Functionalisation of Alkyne-modified Phospha-Xanthene Dyes: Lysosomal Imaging Using an OFF-ON-OFF Type of pH Probe
H.Ogasawara, Y.Tanaka, M.Taki, S.Yamaguchi
Chem.Sci.,12, 7902~7907(2021). - A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging
M.Grzybowski, M.Taki, K.Senda, Y.Sato, T.Ariyoshi, Y.Okada, R.Kawakami, T.Imamura, S.Yamaguchi Angew.Chem.Int.Ed.,57, 10137~10141(2018). - A Highly Photostable Near-Infrared Labeling Agent Based on a Phospha-rhodamine for Long-Term and Deep Imaging
M.Grzybowski, M.Taki, K.Senda, Y.Sato, T.Ariyoshi, Y.Okada, R.Kawakami, T.Imamura, S.Yamaguchi Angew.Chem.Int.Ed.,57, 10137~10141(2018).
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