초고해상도 형광 현미경은 기존 광학 현미경의 해상도 한계를 극복하는 혁신적인 기술로, 2014년 노벨 화학상 수상으로 그 중요성이 입증되었습니다. 본 연구실은 단일분자 측정 기반의 STORM(STochastic Optical Reconstruction Microscopy) 기술을 중심으로, 나노미터 수준의 공간 해상도와 세포 생활주기만큼 긴 시간 동안의 동적 이미징을 실현하고자 연구를 진행하고 있습니다. 이를 통해 세포 내 분자의 구조와 동력학을 정밀하게 관찰할 수 있는 새로운 방법론을 개발하고 있습니다. 특히, 다양한 분자들을 동시에 구분할 수 있도록 컬러 채널을 수천 개까지 확장하는 기술을 연구하고 있으며, 이는 세포 내 복잡한 분자 네트워크를 고해상도로 분석하는 데 큰 기여를 하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 생명과학 및 의생명과학 분야에서 세포 내 신호전달, 단백질 상호작용, 유전자 발현 등 다양한 현상을 심층적으로 이해하는 데 필수적인 도구로 자리매김하고 있습니다. 본 연구실의 STORM 기반 연구는 빅데이터 수준의 생물학적 정보를 수집하고, 이를 통해 다중 스케일의 공간, 시간, 분자 정보를 통합적으로 분석할 수 있는 플랫폼을 구축하는 데 중점을 두고 있습니다. 이러한 연구는 정밀의료, 신약 개발, 질병 진단 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 미래 생명과학 연구의 패러다임을 변화시킬 것으로 기대됩니다.

형광 현미경은 넓은 스펙트럼 선폭으로 인해 분광 해상도에 한계가 존재하지만, 본 연구실에서는 라만 산란과 같은 분자 진동 기반의 초고해상도 현미경법을 개발하여 이러한 한계를 극복하고자 합니다. 라만 스펙트럼은 형광에 비해 매우 좁은 선폭을 가지므로, 세포 내 다양한 분자들을 동시에 구분하는 멀티플렉스 이미징이 가능합니다. 이를 통해 세포 내 분자들의 공간적 분포와 상호작용을 정밀하게 분석할 수 있습니다. 연구실에서는 새로운 분광 대비 기술과 조합 표지 화학을 개발하여, 기존 이미징 기술로는 불가능했던 분자 수준의 해상도와 동시 분석 능력을 확보하고 있습니다. 이러한 기술은 세포 및 조직 내에서 수많은 분자들의 위치와 상호작용을 한 번에 파악할 수 있는 종합적인 분자 지도를 제공하며, 이는 오믹스(omics) 기술의 새로운 지평을 여는 데 중요한 역할을 합니다. 초고해상도 라만 현미경을 활용한 연구는 생명현상의 근본적인 이해뿐만 아니라, 암 진단, 약물 작용 메커니즘 규명, 맞춤형 치료 등 다양한 바이오메디컬 분야에 응용될 수 있습니다. 본 연구실의 혁신적인 접근은 분자 수준에서의 생명현상 규명과 정밀의료 실현에 핵심적인 기여를 하고 있습니다.

생체조직은 다양한 분자들의 공간적 분포와 상호작용을 통해 복잡한 생명활동을 조절합니다. 기존의 시퀀싱 기반 오믹스 기술은 공간 해상도가 부족하고, 이미징 기반 기술은 동시 분석 가능한 분자 수에 한계가 있어, 공간 정보와 분자 정보를 결합한 분석 기술의 필요성이 대두되고 있습니다. 본 연구실은 공간 전사체학(spatial transcriptomics)과 공간 단백질체학(spatial proteomics) 등 첨단 시스템 생물학 분야에서 새로운 이미징 오믹스 기술을 개발하고 있습니다. 연구실에서는 조합 표지 화학과 진동 여기 형광 분광법 등 혁신적인 화학 및 물리학적 도구를 활용하여, 세포 내 분자들의 포괄적이고 정밀한 지도를 작성할 수 있는 방법론을 연구합니다. 이를 통해 세포와 조직 내에서 일어나는 다양한 생명현상을 공간적으로 해석하고, 분자 네트워크의 동적 변화를 실시간으로 관찰할 수 있습니다. 이러한 공간 단일세포 시스템 생물학 연구는 정밀의료, 질병 진단, 신약 개발 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 미래 생명과학 연구의 핵심 기반 기술로 자리잡고 있습니다. 본 연구실의 연구는 생명현상의 복잡성을 해명하고, 맞춤형 치료 및 예측의학 실현에 중요한 기여를 하고 있습니다.