오거 건축학

오거건축학이란 나노기술 분야에서 활동하는 생물학자들이 살아있는 유기체의 세포를 잘라내 내부작용을 보고 평가할 수 있도록 하는 과학적인 이미징 기법이다. 아르곤 가스 식각법을 이용해 세포를 열고 3차원 시야를 만드는 스캐닝 전자현미경을 이용해 세포가 어떻게 기능하는지 추적할 수 있다. 이것은 예를 들어 암 연구 분야에서 세포가 약물에 어떻게 반응하는지를 평가하는 데 가장 중요하다.

2010년 남아프리카 자유주립대 생명공학부에서 일하는 로데윅 콕 교수와 그의 팀에 의해 처음 발견되었다. 이 기술은 반도체 등 금속과 무생물 물질의 표면 구조를 연구하기 위해 물리과학자들이 사용하는 기술인 나노 스캐닝 오거 현미경(Nano Scanning Ouger Microcycopy, NanoSAM)을 채택했다. 원래 빵을 부풀게 하는 가스를 어떻게 제조했는지 더 알아보기 위해 효모 세포를 관찰하기 위해 고안된 이 과학자들은 이 과정이 다른 살아있는 세포를 관찰하는 데도 사용될 수 있다는 것을 발견했다.^[1] 2012년에 이 기술은 성공적으로 인간의 세포 조직에 적용되었다.^[2]

역사

이 프로젝트는 1982년 Kock 그룹에 의해 자유주립대학에서 시작되었으며, 2007년부터 2012년 사이에 주요 입력과 돌파구가 발생했다. 초기 목표는 효모에서 독특한 지질을 발견할 수 있는 지질 생화학적 경로를 탐색하고 이러한 지질의 구조에 대한 새로운 분류법을 개발하는 것이었다. 이것은 효모 센서를 사용하여 화합물 내 항 미토콘드리아 활동을 나타내는 항 미토콘드리아 항이푼갈 측정(3A 시스템)의 개발로 확장되었다.^[1] 따라서 미토콘드리아를 선택적으로 끄기 위한 이 화합물들은 곰팡이 감염이나 암과 같은 다양한 질병과 싸우는 데 응용할 수 있을 것이다. 개별 세포를 열어 스캔하는 오거 건축학(Auger Architectomics)은 표적 치료제로 하나의 세포가 '전원 차단'될 수 있는지를 판단하여 그러한 약물의 효과를 평가하는 데 사용할 수 있다.

자유주립대학 과학자들은 반미토콘드리아 항이푼갈 검사 시스템의 개발에 기초하여, 이 시스템을 보다 상세하게 분석할 필요가 있다고 느꼈다. 그 결과, 그들은 물리학에서 금속의 성질을 스캔하는 데 사용되는 기술인 나노 스캐닝 오거 현미경법을 적용하여 세포에 적용하였다. 결과는 오거 원자 전자 물리학, 전자 현미경 검사, 아르곤 식각의 조합이었다.^[1]

이 기술을 생물학적 재료에 적용하는데 있어서 가장 큰 어려움은 아르곤 나노 에칭이 발생하는 동안 원자와 3D 구조가 안정적으로 유지되도록 하는 샘플 준비 절차를 고안하는 것이었다. 나노SAM 스캐닝 전자 현미경 시각화 중에는 일반 5 kV 빔 대신 25 kV의 전자 빔이 사용된다. 표본 왜곡 없이 나노SAM에 맞도록 표본 고정 및 탈수 방법을 개발하고 최적화해야 했다. 알코올 추출 절차에 따른 탈수 방법을 설치하고 최적화했으며, 다양한 고정제를 사용한 고정도 포함했다. 아르곤 에칭 전체에 걸쳐 샘플의 전자 전도도는 최적화된 금 스푸터링으로 보장되었다.

절차

첫째, 생물학적 샘플은 금으로 도금하여 외부 구조를 안정시키고 전자 전도성을 갖게 한다. 그런 다음 SEM 모드로 스캔하고 표면을 시각적으로 확대한다. 오거 원자 전자 물리학을 적용하고 샘플 표면의 선택된 영역을 전자와 함께 방사한다. 입사광은 원자의 내측 궤도 안에서 전자를 방출하여 빈 공간을 남긴다. 이것은 이완에 의해 외궤도에서 나온 전자에 의해 채워진다. 에너지가 방출되어 외측 궤도로부터 전자가 방출된다. 이 전자는 오거 전자라고 불린다. 방출되는 에너지의 양은 오거 전자 분광학(AES)에 의해 측정되며 원자와 그 강도를 확인하는 데 사용된다. 마찬가지로 표면적은 전자빔에 의해 선별될 수 있으며, 결국 지도화된 오거 전자는 미리 정해진 크기의 표면적을 덮는 다른 색상의 원자의 분포를 보여준다. 이전에 흠집이 난 표본의 표면은 아르곤으로 식각되어 다시 분석된 표본의 새 표면을 노출한다. 이와 같이, 전체 셀의 3차원 영상과 요소 구성 구조를 시각화한다.^[1]

디스커버리스

나노기술의 이러한 과정은 효모 안에서 기포가 발견되는 결과를 가져왔다.^[3] 이는 세포질 내 구조화된 물로 인해 어떤 종류의 세포 내부에서도 알몸의 기포가 예상되지 않기 때문에 패러다임의 변화로 간주된다.^[1] 이것은 효모 나드소니아의 플루코나졸 처리된 거품 같은 센서에서 노출되었다. 이것은 생물학적 물질에 대해 이러한 유형의 나노분석을 달성할 수 있는 유일한 기술이다.^{[citation needed]}

약에 사용하다

나노기술의 의학 발전은 종종 건강한 세포의 희생으로 많은 세포군을 죽이는 대신에 감염된 세포에 직접 약물과 치료제의 미세조직을 전달할 수 있게 한다. 나노 수준의 금은 특정 유형의 생물학적 물질에 결합할 수 있는 능력을 가지고 있는데, 이는 특정 유형의 세포가 표적이 될 수 있다는 것을 의미한다. 오거 건축학 기법은 세포를 분석하여 표적 약물 전달의 성공 여부나 그 밖의 다른 방법을 지도하는 데 사용될 수 있다. 자유주립대학 연구팀은 이 기술을 암 연구의 일부로 사용하기 위해 마요 클리닉과 협력하고 있다.^[4]

참조