혈중세포를 분석하는 장비, 유세포 분석기란?

[객원 에디터 3기 / 하민솔 기자] 미국 로스앤젤레스 캘리포니아 대학의 에릭 글로패크 교수 연구팀은 스트레스가 쌓일수록 면역체계 노화가 빨라진다는 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 유세포 분석기를 통해 50세 이상 5천 700여 명의 혈중 세포들을 분석했다. 그들은 스트레스 점수가 높을수록 백혈구가 노쇠한 것으로 나타났으며, 면역세포인 T세포의 수가 적다는 것을 밝혀냈다. 그렇다면 혈중 세포들을 분석하는 유세포 분석기는 무엇인가?

유세포 분석기 (flow cytometer)란 유액 상태의 혈중 세포가 일정 감지지역을 통과할 때, 세포의 크기, 세포 내부 조성 정도, 세포기능 인지 등 세포가 가지고 있는 여러 특징을 동시에 측정할 수 있는 장비이다. 유세포 분석기는 경우에 따라 특정 세포들만 선택해, 분리도 할 수 있다. 또한 유세포 분석기는 세포 집단의 세포들을 각각 측정해 분석하는 특징도 가지고 있다. 유세포 분석기를 사용할 때, 유액 상태의 세포를 감지하기 위해 일정 파장을 띄는 형광이 표지 된 항체 같은 형광 염색소의 표지가 꼭 필요하며, 형광을 감지하는 방법으로는 광원인 레이저 광원을 통한 형광의 발광 작용을 이용한다.

유세포 분석(flow cytometry, FCM)은 1969년 스탠포드 대학과 캘리포니아 대학의 로스앨러모스 과학연구소에서 개발되었다. 형광 활성화 세포 선택장치 (fluorescence activated cell sorter, FACS)와 단일클론항체(monoclonal antibodies)를 이용해 세포 아집단의 분류를 하려는 시도가 있었으며 때문에 단일클론항체를 이용한 기술이 여러 분야에서 응용하게 되었다. 형광 염색소 (fluorescent dye)와 단일클론 항체의 발전은 세포가 갖는 면역상태를 파악하고, 그 밖에 다른 면역질환의 관한 연구를 가능하게 했다. 그 결과 최근까지도 유세포 분석기를 이용한 유세포 분석이 많이 이루어지고 있다.

유세포 분석기는 세 개의 중요한 부분으로 나뉘는데, 첫째는 검체의 처리 (flow cell & fluidics), 둘째는 빛의 감지 (optics), 산란과 형광의 감지 그리고 셋째는 데이터를 처리하는 전자 (electronics) 과정이다. 첫 번째 과정인 검체의 처리 과정은 세포를 일정한 감지지역까지 보호하고 운반하는 역할을 한다. 두 번째 과정인 빛의 감지에서는 세포들이 감지지역을 지나갈 때, 빛의 강도를 조절하고 형광염 색소 자극을 위해 특정한 파장을 내보낸다. 유세포 분석기의 에너지원은 LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)이며 일정한 파장으로 일정한 주기로 지정된 파장에서 강한 강도로 레이저 광선을 만든다는 특징을 갖고 있다. 광원에서 온 빛은 세포에 의해 산란되며 전방 산란, 측방 산란에서 각각 세포들을 측정하고, 형광 염색에 의해 각 세포가 발하는 형광을 측정한다. 이를 분리하기 위해 여러 가지의 흡수 필터 (absorption filter)가 사용되며 이를 이용해 중첩돼있는 파장을 분리한다. 마지막 과정인 전자 과정 (electronics)에는 측정된 광학적 신호 (pulse)를 컴퓨터로 보내 분석한다.