[KSMCB 2026]아이빔테크놀로지 김필한 대표 "살아있는 개체서 약효 직접 검증, 사후 분석 한계 해결"

생체현미경으로 살아 있는 동물의 약물 투여 전후 변화 실시간 확인 폐 미세순환 회복부터 췌장 종양 성장·KRAS 변이 세포까지 추적 같은 개체 수주간 반복 관찰…움직임 보정·AI 잡음 제거로 영상 정밀도 높여

아이빔테크놀로지의 생체현미경(IVM) 자동 움직임 보정 기술을 적용하기 전후의 심장 영상.©약업신문=허지수 기자

아이빔테크놀로지 김필한 대표 겸 KAIST 의과학대학원 교수.©약업신문=허지수 기자

아이빔테크놀로지가 생체현미경으로 살아 있는 동물의 질환 진행과 약물 반응을 세포 수준에서 실시간 추적하는 연구 성과를 제시했다. 폐 미세순환 변화부터 동일 개체의 종양 성장·조직 변화까지 반복 영상화해, 사후 조직 분석만으로 포착하기 어려운 생체 내 변화를 비임상 약물 전달·효능 평가에 활용하는 접근이다.

한국분자·세포생물학회(KSMCB)는 5일부터 8일까지 대전컨벤션센터(DCC)에서 ‘2026년도 한국분자·세포생물학회 정기학술대회(ICKSMCB 2026)’를 개최한다. 7일 열린 첨단 이미징 기술과 응용 심포지엄에서는 생명과학 연구와 신약개발에 적용되는 최신 영상 기술이 소개됐다.

아이빔테크놀로지 김필한 대표(KAIST 의과학대학원 교수)는 이날 ‘생체 내에서 질환이 진행되는 순간을 보다: 생체현미경의 힘(Seeing Diseases as It Happens In Vivo: The Power of IntraVital Microscopy)’을 주제로 발표했다.

아이빔테크놀로지는 생체현미경 장비와 비임상 이미징 전문 CRO 서비스를 제공하고 있다. 질환 모델 구축부터 영상 촬영·분석까지 지원하며, 살아 있는 동물에서 약물의 전달 과정과 투여 후 반응을 추적해 신약 후보물질 평가에 활용한다.

김 대표는 “생체현미경은 살아 있는 동물에서 세포 수준의 영상과 동영상을 얻을 수 있는 기술”이라며 “다양한 장기에서 세포의 움직임을 관찰하고, 이를 신약개발에도 활용할 수 있다”고 말했다.

약물 투여 전후 비교…“적혈구 순환 회복되는 모습 확인”

생체현미경(Intravital Microscopy, IVM)의 강점은 살아 있는 개체에서 세포와 혈류의 변화를 시간의 흐름에 따라 직접 볼 수 있다는 점이다. 형광 표지 등을 이용해 세포와 혈관을 구분하면 개별 세포의 이동뿐 아니라 주변 조직과의 상호작용까지 추적할 수 있다.

김 대표는 급성 폐손상 동물모델을 사례로 제시했다. 영상에서는 혈관 내부를 이동하는 호중구와 혈류가 동시에 관찰됐다. 일부 호중구는 군집을 형성해 폐 모세혈관의 미세순환을 방해하는 모습도 확인됐다.

김 대표는 “시간에 따라 혈류가 어떻게 바뀌는지, 혈관 안의 호중구들이 서로 어떻게 상호작용하며 혈류에 영향을 주는지 직접 볼 수 있다”고 설명했다.

이 같은 실시간 영상은 약물의 효과를 생체에서 직접 평가하는 데도 활용됐다. 연구진은 압식시맙 투여 전후의 폐 미세순환을 비교했다. 투여 전 적혈구 순환이 관찰되지 않던 영역에서 투여 후 혈류가 다시 나타나는 모습이 확인됐으며, 동맥혈 산소분압 변화도 함께 측정해 영상에서 나타난 미세순환 회복과 생리학적 변화를 연결했다.

즉, 약물 투여 이후 특정 세포의 움직임이나 혈류가 실제 생체에서 어떻게 달라지는지를 같은 시간축에서 확인할 수 있다는 것이다.

움직임 보정·AI 잡음 제거…박동하는 심장도 영상화

생체현미경의 또 다른 과제는 살아 있는 장기의 움직임이다. 폐는 호흡에 따라 움직이고 심장은 지속적으로 박동하기 때문에 세포 수준의 영상을 얻으려면 조직 움직임을 최소화하고 영상 흔들림을 보정해야 한다.

아이빔테크놀로지는 흡인 보조 방식의 관찰창으로 폐와 심장 조직을 안정화한 뒤 고속 영상 획득과 자동 움직임 보정 기술을 적용했다. 조직 자체의 생리적 움직임은 유지하면서 현미경 관찰에 필요한 영역을 안정화하는 방식이다.

김 대표는 박동 중인 심장의 생체영상을 보여주며 “심장이 계속 뛰는 상태에서도 개별 세포를 볼 수 있다”고 강조했다.

영상 획득 이후에는 호흡과 박동에 따른 움직임이 가장 적은 기준 프레임을 중심으로 프레임별 위치 변화를 보정한다. 이를 통해 조직 움직임으로 발생하는 영상 흔들림을 줄이고 세포와 혈관 구조를 보다 선명하게 구분할 수 있다.

김 대표는 “고속 영상 획득과 소프트웨어를 기반으로 조직의 움직임을 보정하는 방식”이라며 “심장처럼 움직이는 조직에서도 고해상도 영상을 얻을 수 있다”고 설명했다.

여기에 인공지능(AI) 기반 잡음 제거 기술도 결합했다. 고속 촬영 과정에서 발생하는 영상 잡음을 줄여 낮은 신호에서도 세포와 혈관 구조를 구분할 수 있도록 하는 기술이다.

김 대표는 “이 알고리즘은 별도의 사전학습 데이터가 필요하지 않다는 것이 장점”이라며 “간단한 클릭만으로 촬영한 실시간 영상의 잡음을 자동으로 제거할 수 있다”고 말했다.

동일 개체 반복 관찰…췌장 종양·변이 세포 추적

실시간 관찰이 순간적인 생체 변화를 보여준다면, 반복 영상화는 질환이 진행되는 과정을 시간축으로 연결한다. 아이빔테크놀로지는 장기에 관찰창을 설치해 동일 개체를 수주 이상 반복 촬영하는 종적 영상화(longitudinal imaging) 기술도 개발했다.

김 대표는 “생체현미경의 장점은 한 마우스를 수주에서 수개월에 걸쳐 반복 관찰할 수 있다는 것”이라며 “암 발생처럼 서서히 진행되는 현상을 연구하는 데 유용하다”고 설명했다.

췌장 종양 모델에서는 Panc02-GFP 종양세포와 혈관을 서로 다른 형광 신호로 구분해 같은 부위를 반복 관찰했다. 이를 통해 종양이 시간에 따라 성장하는 과정뿐 아니라 주변 혈관 가지의 형태가 함께 변하는 모습도 추적했다.

연구 범위는 종양이 형성된 이후를 넘어 초기 세포 변화까지 확장됐다. 연구진은 KRAS G12D 변이 세포를 추적하는 ‘Red2KRAS’ 모델을 이용해 췌장 조직의 변화를 관찰했다. 변이 세포와 야생형 세포를 서로 다른 형광으로 구분하고 타목시펜 투여 후 14·16·18·20일의 변화를 비교했다. 해당 결과는 아직 논문으로 발표되지 않은 동물 연구다.

김 대표는 “대부분의 세포는 시간이 지나도 변화하지 않지만, 일부 세포에서는 형태 변화가 나타난다”며 “개별 세포가 확장하고 가운데 관 모양의 구조를 만드는 과정을 볼 수 있다”고 말했다.

관찰된 변화는 선방세포가 췌관세포와 유사한 상태로 전환되는 선방-췌관 화생(acinar-to-ductal metaplasia, ADM)에 해당한다. 발표에서는 KRAS G12D 변이 세포의 형태 변화와 함께 주변에 콜라겐 섬유가 축적되는 과정도 제시됐다. 이를 통해 종양발생 초기 세포 변화뿐 아니라 주변 미세환경이 함께 재편되는 과정을 생체에서 추적할 수 있다는 가능성을 보여줬다.

김 대표는 “생체현미경이 일부 연구자의 특수 장비에 머무르지 않고, 다양한 질환 모델과 신약개발 현장에서 보다 쉽게 활용되는 연구 도구로 자리 잡도록 기술과 서비스를 계속 확장해 나가겠다”고 전했다.

'2026 KSMCB 국제 정기학술대회'현장.©약업신문=허지수 기자