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UVP

사례 연구 3:
형광 현미경을 이용하는 비외과적 방식의 In Vivo Imaging

UVP에서 개발한 In Vivo Fluorescence Imaging은 암 연구, 심장 질환, 유전자 질환 치료에 중대한 영향력을 미칩니다

UVP

UVP는 사전 임상 시장에서 Genomic, Proteomic과 In Vivo 어플리케이션 용도에 필요한 형광성 및 발광성 기반의 이미징 시스템을 개발하고 제조하는 선두 업체입니다. UVP의 In Vivo small animal 이미징 시스템 중 iBox 시리즈의 가장 최신 버전인 iBox® Explorer™ 이미징 현미경은 AntiCancer가 보유한 전매특허 small-animal imaging technology를 세계 수준의 혁신적 UVP 이미징 시스템과 결합한 기기입니다. UVP와 Edmund Optics®는 협력 작업을 통해 연구원들이 다중 스펙트럼의 형광으로 표시된 세포들을 시각화하고 캡쳐할 수 있도록 해주는 향상된 수준의 시스템 사양을 개발하였습니다. 이와 같은 시스템에 필요한 광학 부품들은 모두 Edmund Optics®로부터 공급되었습니다.

작은 동물들에 대한 In Vivo 형광 이미징은 신약 개발, 약물 대상의 유효성 검증과 생물 분류 개발, 타깃 결합, 임상 효능, 그리고 약물 대상에 대한 유독성 판단 등에 매우 중요한 영향을 끼칩니다. In Vivo 연구에는 형광으로 표식된 세포를 활용하는 암 연구, 심장 질환, 유전자 치료 및 종양 검출 등이 있습니다. 수술을 하지 않고도 실시간으로 영상 처리를 할 수 있기 때문에 종양학, 심혈관 및 대사 질환 연구에 대한 기본적 임상 실험의 진행 속도를 높여줍니다. 따라서, 주된 고객층에는 사전임상 의생물 분자 진단 이미징 연구실, 암 연구 센터, 진단상 병리학 연구실 및 종양 신약 개발 연구 센터가 포함됩니다.

In Vivo 이미징은 연구원들이 분자 수준의 생물학적 진행 과정을 볼 수 있게 해줍니다. In Vivo 분석에 대한 UVP의 새로운 iBox® Explorer™ Fluorescence Imaging Microscope는 각각의 세포뿐만 아니라 전체 기관까지 시각화하여 볼 수 있도록 해주기 때문에 전이성 암에 대한 연구에도 적합하며, 높은 해상도 및 낮은 감도로 동물 세포의 깊은 곳에서도 형광 표시를 감지할 수 있도록 해줍니다. 이러한 성능을 내기 위해서는 넓은 영역에서 높은 파워를 가진 광원(UV에서 NIR까지)이 필요하며, 빠른 노출 시간과 최적화된 필터 세트를 가진 높은 감도의 CCD 카메라가 요구됩니다. 큰 직경의 광학 부품을 큰 aperture를 가진 최적화된 광원과 사용하면, 긴 working distance에서 동물 전체에 대한 세포 수준의 해상도를 가진 넓은 시야를 얻을 수 있습니다.  

Achromatic lenses from EO were used to correct for chromatic aberration, improving system resolution
그림 1: 시스템의 해상도가 개선되도록 EO의 achromatic lens를 이용해 색 수차(chromatic aberration)를 보정

제품 개발을 향한 도전

  • UVP의 제품 개발팀은 iBOX® microscope의 낮은 가격과 기성 광학 부품을 적용할 수 있는 점은 유지하면서 성능 향상에 주력합니다.
  • EO의 솔루션 엔지니어들은 필요한 제품 목록과 함께 관련 Zemax 모델을 검토 후 UVP의 기존 디자인이 가지고 있던 제약 및 정량화된 iBOX® system 발전에 도움이 될 수 있는 디자인을 제공합니다. 또한, EO의 부품들을 기반으로 한 Zemax 모델을 제작하고, UVP가 이를 검토할 수 있게 파일을 넘겨 줍니다.
  • EO는 최종 프로토타입을 UVP에 보내고, 어떻게 기본 배율 및 시스템의 배율을 계산할 수 있는지에 관한 후속 지원 및 지침을 제공합니다.
Cellular trafficking of cancer cells within the vasculature of a mouse, which was imaged using UVP’s iBox<sup>®</sup> Explorer™ In Vivo imager. The imager uses off-the- shelf achromatic lenses and other single lenses and filters to form multi-element objectives and tube lenses that can be mixed and matched to provide seven different magnifications. Filter combinations were optimized to ensure good signal-to-noise ratio for each color channel. GFP tagged nucleus of the Human HT-1080 fibrosarcoma cell can be seen migrating downstream from the injection site, passing the bifurcation of a distal vein (down and to the right of center).
그림 2: UVP의 iBox® Explorer™ In Vivo imager를 사용하여 실험용 쥐의 맥관 구조 내에 발생한 암 세포들의 세포 경로를 촬영한 이미지입니다. 이러한 영상 장치는 기성 무색 렌즈와 기타 단일 렌즈 및 필터를 이용해 여러 개의 부품으로 구성된 대물 렌즈와 튜브 렌즈를 형성하고 이를 혼합 배치하여, 7개의 각기 다른 배율을 갖게 됩니다. 필터의 결합은 각각의 컬러 채널에 대한 우수한 신호 대 잡음 비를 갖도록 최적화되었습니다. GFP를 띄는 Human HT-1080 섬유육종의 세포핵이 주사 주입 부위 아래로 이동하면서 말초 정맥의 분기점을 지나가는 것을 위 이미지를 통해 관찰할 수 있습니다 (우측 중앙부와 아래쪽).
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