Morphology of aged turquoise killifish bone imaged with ZEISS Xradia Versa X-ray microscope

X선 현미경 Turquoise Killifish 골격 노화 실험: 인간 뼈 질환의 새로운 모델

작성자:ZEISS Microscopy 2023년 11월 27일 3 분 읽기

User Story

X선 현미경 Turquoise Killifish 골격 노화 실험

고해상도 X선 현미경 이미징을 통해 Turquoise Killifish 척추를 인간의 척추 협착증과 같은 노화 관련 뼈 질환을 연구하는 모델로 사용할 수 있음이 입증되었습니다.

우리 몸의 중심에는 척추가 있습니다. 나이가 들어감에 따라 척추가 퇴화하면서 척추 협착증과 같은 질환이 발생할 수 있고, 이는 노년층의 만성 통증과 삶의 질 저하를 유발합니다.

김유미 박사는 한국 UNIST(울산과학기술원) 의생명공학부 연구원입니다. 그녀의 주요 연구 목표는 건강하게 수명을 연장하기 위한 방법론을 밝히는 것입니다. 그녀는 수명이 짧고 인간을 포함한 포유류 중 노화 표현형이 잘 보존되어 있어 노화연구 분야에서 각광받고 있는 Turquoise Killifish(청록색 킬리피쉬)를 연구 대상으로 삼고 있습니다.

최근 발표된 논문에서 김유미 박사팀은 Turquoise Killifish를 노화 관련 척추 협착증의 질병 모델로 사용할 수 있는지 여부를 조사하여 이 질병에 대한 약물 스크리닝 도구로 활용하고자 했습니다. 연구팀은 골격 발달과 노화와 관련된 변화를 연구하기 위해 고해상도 토모그래픽 이미징 X선 현미경인 ZEISS Xradia Versa를 사용했습니다.

작은 물고기 뼈의 선명한 이미지를 얻는 것은 우리 연구에서 매우 중요한 부분입니다. ZEISS Xradia Versa의 결과물은 과학적으로 유용할 뿐만 아니라 킬리피쉬 골격계의 섬세하고 복잡한 특성을 보여주는 아름다운 이미지로 시각적으로도 뛰어납니다.

김유미 박사 의생명공학부 연구원, UNIST, 대한민국

Example of an aging turquoise killifish skeleton that has been imaged to investigate spine curvature and vertebral collapse between the precaudal and caudal vertebrae in the Weberian vertebrae. Imaged with the ZEISS Xradia Versa 620 X-ray microscope.

X선 현미경을 통한 척추 비파괴 이미징

골격의 구조적 변형을 유발하는 노화와 산란

논문에서 김유미 박사와 동료들은 암컷 turquoise killifish의 노화와 번식 과정에서 발생하는 골격 변화를 확인하기 위해 연령과 번식에 따른 체형과 척추 구조를 정량화했습니다. 그 과정에서 연구팀은 골격 형태를 분석하기 위해 ZEISS Xradia Versa를 통해 X선 토모그래피(단층 촬영)을 실시했습니다. 또한 척추 구조를 조사하는 과정에서 피질 뼈와 조직을 자세히 검사하기 위해 단일 꼬리뼈에 대한 고해상도 토모그래피 분석도 진행했습니다.

Example vertebral image of an aged turquoise killifish used for bone morphometric analyses. Imaged using the ZEISS Xradia Versa 620 X-ray microscope.

골격 형태 분석

ZEISS Xradia Versa로 획득한 고해상도 X선 토모그래피 이미지를 사용하여 전체 killifish의 골량(BV), 골량 비율(BV/TV), 골밀도(BMD)를 포함한 골격의 형태학적 분석을 실시했습니다. 이를 통해 척추의 특정 부위에서 척추 만곡과 척추 붕괴 현상을 확인했습니다. 이후 노화와 산란에 의해 영향을 받는 특정 부위를 추가로 조사하기 위해 왼쪽 영상과 같이 노화 및 번식 어류의 첫 번째 꼬리뼈(FCV)를 측정했습니다.

Three-dimensional image of the FCV (first caudal vertebrae) in an aged turquoise killifish. Cortical bones are depicted in yellow, and the tissue region of the FCV is shown in pink. Imaged with ZEISS Xradia Versa 620 X-ray microscope.

척추 구조 조사

노화와 산란에 영향을 받는 척추의 특정 부위를 더 자세히 조사하기 위해 ZEISS Xradia Versa를 사용하여 첫 번째 꼬리뼈(FCV)의 해부학적 구조를 3D로 재구성했습니다. 오른쪽 영상을 통해 3D 재구성의 예시를 확인하실 수 있습니다. 피질골은 노란색으로, 조직은 분홍색으로 표시되어 있습니다. 김유미 박사와 연구팀은 이러한 이미지를 비교하여 산란을 한 암컷과 그렇지 않은 암컷의 해부학적 차이를 확인했으며, 번식으로 인해 추간 공간이 심각하게 줄어든 것을 확인했습니다.

Research team with pages from their publication in iScience — Top Right Inset: Research team, left to right, Jae-Il Park, Yumi Kim, Su-Hyeon Cho, and Kil-Nam Kim. Figures are from their article in *iScience*.

인간 뼈 질환 연구 모델로서의 Turquoise Killifish

해당 논문을 통해 김유미 박사와 연구팀은 turquoise killifish를 연령 및 번식에 따른 척추 협착증을 연구할 수 있는 잠재적 모델로 평가했습니다. X선 토모그래피(단층 촬영)은 어류의 연령 및 번식에 따른 골밀도, 골량, 피질 골 두께의 변화를 밝히는 데 중요한 역할을 했으며, 정량적 및 해부학적 첫 번째 꼬리뼈(FCV) 분석뿐만 아니라 추가적인 골격 형태학적 분석도 가능하게 했습니다. 추가 실험으로는 어류 체형에 대한 정량 분석, 레이저 주사 공초점(confocal) 현미경을 이용한 광물화 연구, 유전자 발현 연구 등이 있었습니다. 연구팀은 turquoise killifish가 자연적인 노화 과정에서 발생하는 인간의 뼈 질환, 특히 척추 협착증 연구에 강력한 모델이 될 수 있다고 제안합니다.

흥미로운 인사이트를 주는 해당 연구에 사용된 골격 형태학적 계산을 포함한 모든 세부 사항을 iScience에서 확인하세요.