ZEISS Microscopy 논문공모전

ZEISS Axio Scan.Z1 Slide Scanner 를 사용하여, 만성 신경병성 통증을 유도한 실험동물의 중뇌 Periaqueductal gray 영역에 발현한 Homer1a 를 분석했습니다. Homer1a 는 평소에는 발현하지 않다가 신경세포의 활성이 높아지면 일시적으로 발현하는 물질로, western blot 기법으로는 세포 내 발현을 정확하게 측정하기에 곤란함이 있었습니다. ZEISS Axio Scan.Z1 Slide Scanner 를 사용함으로써, in situ hybridization 기법으로 마킹한 Homer1a를 Periaqueductal gray 의 subregion 별로 관찰할 수 있게 되어 연구에 큰 도움이 되었습니다.

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대장암 세포주 HCT116, SW480 (Fig.6b), Patient Derived Organoid (PDO) (Fig.7e)에 약물 5-FU와 전기장 치료 시 autophagy 유도 유무를 확인했습니다. 그리고 ZEISS LSM 880을 사용하여, 전기장 치료 및 약물치료를 받은 마우스 모델의 세포 사멸 정도를 TUNEL 어세이를 통해 확인했습니다. (Fig.4d) 대장암 세포주 HCT116, SW480에 전기장 치료 시 약물 병용 치료 시 EMT 마커인 E-cadherin, Vimentin이 각 치료에 의해 조절됨을 형광 이미징을 통해 확인할 수 있었습니다. 본 실험을 통해 대장암 세포주, 오가노이드, xenograft model에서 전기장 및 약물 치료 시 자가포식 유도 및 전이 억제 효과가 있으며 이를 병용치료 시 그 효과가 가장 큰 것을 확인할 수 있었습니다. 이로 인한 세포사멸 또한 동물모델 샘플에서 확인이 가능했습니다. 5-FU의 경우 약물 저항성으로 인한 치료 효과가 감소되는 문제가 있는데 전기장 치료에 의해 약물 저항성을 극복할 수 있다는 것을 보였습니다.

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ZEISS LSM 800을 이용하여 chromosome segregation 에 굉장히 중요한 역할을 하는 PLK1 단백질을 면역형광염색법을 사용하여 confocal 이미지를 마우스 난자에서 촬영하였습니다. 특히, 복제동물을 생산하는 기술인 체세포핵이식 기술을 통해 체세포핵이식을 진행하여 핵을제거하고 다른 체세포의 핵을 주입한 난자와 정상난자에서 PLK1 의 발현 모습의 phenotype 을 비교하였습니다. 왼편의 첫번째 사진은 사진은 논문에는 없지만 배란직후 M2 기에 멈춰있어 chromosome 이 일렬로 서있고 그것들을 방추사가 잡고있는 모습을 마우스 난자에서 담았습니다.

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ZEISS LSM 880을 이용하여 JUL1을 tubulin과 다른 MAP(microtubule-associated protein)와 함께 co-localization함으로써 JUL1을 하나의 MAP로 지정했습니다(Figure 2). 단일 세포 단위로 guard cell에 누적된 ROS(reactive oxygen family) 측정은 ZEN Software를 활용하여 형광 검출을 통해 실시했습니다(Figure 4e). 또한 높은 퀄리티의 이미지 덕분에 JUL1을 microtubule-depolymerizing factor로 특징지을 수 있었습니다.

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ZEISS LSM 880을 이용하여 Raw 264.7 cell에서 M1, M2 marker인 CD68, iNOS, Arginase 1, IL-6, IL-10의 발현도를 측정했습니다. 또한, Rat의 T10 척수 병변 부위에서 data를 얻었습니다. 본 연구에서 가로X세로 1cmX0.5cm, 두께 7uM의 척수 조직을 3가지 이상의 Costaining, 20X 렌즈를 사용하여 Airyscan 기능을 이용해 1 sample당 200여장의 이미지 촬영을 하였습니다. 많은 이미지 촬영에도 불구하고 Airyscan을 사용했기 때문에 소요시간이 매우 짧았습니다. 특히, 자동 모자이크 기능은 두껍고 넓은 척수를 찍는데 효과적이었고 당시 누구도 시도하지 않았던 고배율의 렌즈, 넓은 부위에서 촬영하였기 때문에 좋은 논문을 투고 할 수 있었습니다.

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LSM 780N을 이용하여 마우스 신경발달단계에서 PLCG1 유전자 결손으로 인한 축삭성장 및 방향에 미치는 영향을 분석했습니다. anti-neurfilament light chain, anti-netrin-1, anti-DCC 항체를 사용하여 마우스 embryo 12.5dpc를 wholemount immunostaining 했습니다(그림 1). 또한 성체 마우스에서의 PLCG1 유전자 결손이 도파민성 뉴런 시스템 과 corpus callosum 발달에 가져온 결과를 분석했습니다. anti-neurfilament light chain, anti-tyrosine hydroxylase 항체를 사용하여 성체 마우스 12주령 brain slice를 Immunostaining 하여 분석했습니다(그림 4).

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ZEISS LSM 7MP를 이용하여 In vivo dual color imaging을 통해 소뇌 주 신경세포인 purkinje cell과 주요 input인 climbing fiber를 동시 기록하여 Purkinje cell activitiy에 미치는 climbing fiber의 역할을 규명했습니다.

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소아 치아 우식 환아로부터 발치한 치아 표면에 형성된 바이오필름의 구조적 특징을 살펴본 결과, 원형건축물(rotund)과 같은 구조의 바이오필름이 빈번히 발견되었습니다. 이 바이오필름 구조를 ZEISS LSM 800을 이용하여 광학적 해부를 통해 살펴본 결과, 내부에 충치원인균인 S. mutans가 높은 밀도로 존재한 상태에서 다른 공생균이 corona형태로 띠를 두른 듯한 구조를 하고 있음을 확인할 수 있었습니다.(그림 1) 
사람 치아모델에서 바이오필름의 공간적구조와 충치의 인과관계 분석을 위해, 바이오필름과 바이오필름이 형성된 치아표면을 일치시키는 방법을 사용했습니다. 자체 제작한 틀을 이용하여 형광실체현미경인 ZEISS Axio Zoom.V16과 컨포칼 현미경 ZEISS LSM 800의 이미지를 일치시켜 원형건축물의 코로나 형태의 구조를 한 바이오필름이 enamel(치아 법량질)의 demineralization(탈회)를 유발하는 것을 밝힐 수 있었습니다.(그림 2)

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회유어종인 대황어 T. brandtii의 난발생과 초기생활사를 ZEISS Stemi SV 11 Apo로 관찰, 기록했습니다.

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신물질을 이용한 암줄기세포를 대량으로 배양할 수 있는 배양 기판을 제작하여 암줄기세포 스페로이드를 형성 시켰습니다. 이렇게 형성된 암줄기세포 스페로이드를 기존의 3차원 세포배양기판(ULA)에서 형성된 스페로이드와 비교하기 위해 2 종류의 스페로이드를 핵과 ECM계열의 Laminin을 염색했습니다. 이를 ZEISS LSM 780 (고해상도 컨포칼)을 이용하여 스페로이드 내부까지 관찰한 결과 암줄기세포 스페로이드 내부에서 Laminin 이 대량으로 발현되어 있음을 확인할 수 있었습니다. (그림 1E) 암줄기세포 변환을 확인할 수 있는 단백질인 ‘beta catenin’의 세포 내 위치를 확인하는 연구 또한 진행하였습니다. (그림 5D) 그 외에도 기존 컨포칼 현미경으로 관찰하기 어려웠던 고해상도 스페로이드 형광 이미지를 관찰할 수 있었습니다.

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ZEISS LSM 880과 Z-stack 기능을 이용하여 척수손상 동물모델의 조직을 immunofluorescence staining 진행하여 M2 polarized macrophage의 발현량의 그룹 간 차이를 비교했습니다.

ZEISS LSM 700을 이용하여 도라지를 투여한 알츠하이머병 동물모델의 뇌를 항원항체법으로 염색해서 병리학적 변화를 확인했습니다.

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아쿠아포린의 타입별 국소화 기능은 아직 명확하게 밝혀진 바 없지만 여성생식 기관에서 많은 발현을 하고 있습니다. 본 연구에서는 ZEISS LSM 800을 이용하여 면역형광법으로 마우스의 질과 자궁, 난관과 난소에서 AQP1, AQP3, AQP5, AQP6 및 AQP9 발현과 국소화를 관찰했습니다.

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ZEISS LSM 700을 이용하여 알츠하이머병 동물모델에서 특정 뇌 부위(내측 중격, 해마)간의 연결성의 변화를 조직학적으로 확인했습니다.

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ZEISS LSM 700을 이용하여 제브라피쉬의 특정 유전자 발현 (cx43, plcδ3a, wnt4b)을 관찰하고자 in situ hybridization 실험기법을 통하여 타겟 유전자의 발현 위치를 확인했습니다. 제브라피쉬 spinal cord에 존재하는 motile cilia의 발달과 분화를 연구하기 위해 motile cilia에서만 관찰 할 수 있는 Tg(bactin2:Arl13b-GFP)를 실시간으로 관찰했습니다.

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ZEISS LSM 800을 이용하여 치아우식증의 원인 균주인 Streptococcus mutans의 야생형과 분리한 불소내성균주의 바이오필름 형성 능력 및 구조적 변화를 비교 관찰했습니다. 또한, 여러 가지 표현형과 함께 기초대사에 관여하는 유전자군의 발현 변화가 측정되어 ZEISS SUPRA 25 (FE-SEM)를 활용하여 균의 형태적 변화를  더욱 정밀히 관찰할 수 있었습니다.

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ZEISS LSM 900 (two-photon 현미경)을 이용하여 마우스 폐에서 채취한 melanoma와 leukocyte (neutrophil)를 라이브 이미징 관찰했습니다.

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ZEISS LSM 880을 이용하여 소장의 점막면역 유도조직 Peyer’s patch에서 Listeria 감염시 C5a가 증가하는 것을 관찰했습니다. 또한 Peyer’s patch에서 C5aR, LysoDC을 관찰했고 C5aR, LysoDC에서 Ca influx, ROS 및 antigen uptake 등을 관찰했습니다. 그리고 Listeria가 감염된 마우스의 소장에서 listeria specific CD8 T cell이 증가하는 것을 확인할 수 있었습니다.

ZEISS LSM 700을 이용하여 GFP를 발현하는 recombinant AAV (rAAV)를 C57BL/6 야생형 마우스의 척수 강내에 주사한 다음 척수에서의 GFP expression pattern을 분석했습니다. 또한 간세포성장인자 (HGF)를 발현하는 rAAV-HGF를 C57BL/6 야생형 마우스의 척수 강내에 주사한 다음 HGF의 수용체인 Met의 인산화 정도를 분석했습니다. 이외에도 SOD1-G93A 형질전환 마우스의 대뇌에서 유래한 일차세포배양 (primary culture)에서 재조합 HGF 단백질의 처리에 의한 신경세포의 axon 길이를 분석할 수 있었습니다.

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ZEISS LSM 510 META, LSM 700과 800을 이용하여 두 단백질의 co-localization을 확인하기 위해 HeLa cells를 면역염색했습니다. 또한 두 단백질 간의 in vivo 상호작용을 시각화하기 위해 BiFC(Bimolecular fluorescence complementation)을 분석했습니다.

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일반적으로 찰옥수수 또는 찹쌀 전분이 전분 나노입자인 SCGA(Short chain glucan aggregates)를 제조하는데 용이하여 주로 사용이 되는데, 그 외에 다양한 전분으로부터도 전분나노입자를 제조 할 수 있는지를 본 연구에서 조사했습니다. ZEISS Merlin FE-SEM을 이용하여 나노입자가 형성되었는지를 관찰할 수 있었고 나노입자 확인이 선행되어야 후속 실험들을 진행할 수 있었기에 연구에서 가장 중요한 부분을 차지했다고 할 수 있습니다.

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일회용 보건마스크의 입자 노출 조건 및 보관에 따라 마스크에 로딩된 입자의 차이점을 살펴보기 위해, 실제 입자(NaCl) 로딩 시험을 진행한 후 ZEISS Xradia 510 Versa를 이용하여 3D 내부구조분석 실시했습니다. 소재 및 입자의 intensity 차이로 두 가지 물질을 분리했고, 각각이 차지하는 면적 분율을 계산하여 비교 분석했습니다. 시험 조건에 따라 로딩된 입자의 형상이 달라지고 마스크 성능과의 연관성이 있는 것을 확인할 수 있었습니다.

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ZEISS Xradia 510 Versa를 이용하여 X-ray computed tomography (Xμ-CT)를 바탕으로 분석대상인 마스크 레이어에 대한 non-destructive 3D visualization을 구현했습니다. 해당 3D structure를 활용해 처리 조건에 따른 필터 내 입자 로딩 거동의 차이를 예측하고, 필터의 기공도, 두께, 섬유 직경 분포도를 파악할 수 있었습니다. 또한, ZEISS SUPRA 55 VP를 이용하여 Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) 이미지를 분석했습니다. 마스크 레이어별 2D 물리적 구조 이미지를 촬영함으로써 필터의 기공의 크기, fiber diameter, solidity 등을 파악할 수 있었고, 재사용 처리에 따른 박테리아 제거 효율을 시각적으로 분석하는 것이 가능했습니다.

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ZEISS EVO MA 25와 Smartzoom 5를 이용한 철정(철제못)에 수착된 두께 2mm 가량의 목질흔적 분석을 통해 6세기에 축조된 신라고분 중 금령총 무덤 주인공의 목곽재 수종을 밝혔습니다. 고대 발굴 동안 목재와 같은 유기질류는 대부분 썩어서 토양화되어 없어져 버리는데 철제품 표면의 일부 유기질류는 철화되어 수착 잔존하기도 합니다. 수착된 약간의 목질은 분석을 위한 시편 제작 동안 소실될 우려로 인해 목재 수종 식별 시도에 어려움이 있습니다. 하지만, ZEISS EVO MA 25(주사전자현미경)은 별도의 시료제작 작업 없이 저배율에서 고배율까지 다양한 배율 범위로 목재 조직을 관찰할 수 있어 수종 식별이 가능합니다. 자칫 놓칠 수 있는 미세한 목질편으로부터 고대 역사적 정보를 밝혀낼 수 있었습니다.

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세계 최초로 합성한 산화아연-풀러렌(C70) 양자점 소재를 발광소자(LEDs)에 적용하기 위해서는 소재의 물성 분석이 필수적으로 수반됩니다. ZEISS Hybrid FE-SEM(SEM+SKPM+rRaman)은 non-stop으로 다기능의 측정, 분석이 가능하기 때문에, 전기적, 광학적, 구조적 특성분석을 동시에 진행하기에 알맞아 활용하게 되었습니다. Hybrid FE-SEM 현미경은 SEM, Raman, AFM, CL로 구성되어 있는데, 이번 연구에서는 SEM, Raman, AFM이 주로 활용되었습니다. SEM으로 위치를 정확하게 확인하고 Raman과 AFM 측정을 시행하기 때문에 어떤 부분에서 어떤 특성이 나오는지 정확하게 파악할 수 있었으며, AFM 측정 중에서도 일함수 측정을 위해 SKPM을 사용함으로써 SEM 이미지, 토폴로지, 일함수분포를 같은 위치에서 측정할 수 있었습니다.

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Core-shell 구조를 갖는 Silver nanowire (AgNW)@SiO2 filler를 명확하게 관찰하기 위해 가속전압을 10kV로 높여 Skin depth를 극대화시켰습니다. ZEISS Sigma 300을 이용하여 SiO2(비정질)와 AgNW(결정질)의 결정구조 차이를 비교하고 Core-shell 구조를 분석했습니다. (Figure 1b) 또한, Elemental 및 Line mapping을 진행하였고, Core물질과 shell 물질을 정확하게 증명할 수 있었습니다. (Figure S1)

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뉴질랜드 오타고대학교에서 ZEISS Sigma VP에 부착한 EBSD를 이용하여 자연얼음의 결정방향성(crystal preferred orientation)을 측정하고, 결과를 이용해 어떤 변형작용이 얼음의 결정방향성을 만들었는지 토의했습니다.

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