생체 기관이나 조직 내 개별 세포의 위치 정보를 유지한 상태에서 오믹스 데이터를 확보하여 3차원적인 공간 정보를 파악하는 기술

장기나 기관 내의 서로 다른 개별 세포의 위치를 파악하여 특정 위치에서 유도되는 세포 종류 및 상태의 특성과 세포 간의 상호작용을 이해할 수 있고 질환을 유발하는 세포의 3차원 위치 파악을 통해 정밀한 진단 및 치료 표적 발굴이 가능

향후 5년 : 인체 및 다양한 모델시스템의 조직 내 개별 세포의 위치 정보 데이터베이스 확보

향후 10년 : 조직 내 3차원 세포위치 재구성으로 찾아낸 다양한 질환 특이 세포를 기반으로 정밀 진단 및 치료 기술 개발

1) 단분자 형광 이미징 추적 기술 - 광학 현미경의 회절 한계를 뛰어 넘어 분자수준의 해상도로 살아있는 세포 내 다양한 분자들의 실시간 추적이 가능한 초해상도 현미경 기반 기술 2) 어레이 기반 단일세포 바코딩 기술 - 조직을 oligonucleotide array가 심어진 유리 슬라이드에 배치하여 각 위치를 특정할 수 있는 공간바코드를 부착한 후 형광 표지된 염기나 금속 결합된 항체를 통해 세포 내 유전자와 단백질을 분석하는 기술 3) 이미징 정보와 시퀀싱 정보를 결합한 3차원 세포 위치 정보 재구성 기술 - 단일세포 오믹스 정보와 위치 정보를 컴퓨터 상에서 결합하여 3차원으로 시각화하는 빅데이터 기술

향상된 3차원 단일세포 이미징 기술 개발 및 단일세포 내 단백체, 전사체, 후성유전체 등의 생분자 동시 검출이 가능한 신기술 개발이미징 데이터와 다중 생분자 검출을 기반으로 세포 위치 분석 및 재구성이 가능한 소프트웨어의 동반 개발 필요

조직 내 위치 정보를 유지한 채 세포 정보를 확보하기 위해 세포 이미징과 단백체, 전사체 분석을 결합하는 기술 개발 확산 고에너지, 고해상도 자외선 레이저를 이용하여 금속 동위원소 결합된 항체로 염색한 조직 영역 일부를 체계적으로 절제하여 얻어진 조직 입자를 태워 플라즈마 비행-시간형 질량분석기(plasma time-of-flight mass spectrometer, CyTOF)가 개발되어 500-1000nM 해상도에서 52개 항체에 대한 측정 가능 조직 내 세포 분석을 위해 항체를 이용한 단백체 분석 방법에 질량 분석이 가능한 금속 결합 DNA를 표지로 RNA를 분석하여 단백체와 mRNA를 동시에 분석하는 기술 개발 공간정보가 표지된 단일세포 전사체 분석은 정량적 분석 및 염기 서열 분석까지 가능해져 단백체 분석보다 훨씬 많은 수의 세포를 구별해 낼 수 있게 개발 최근 조직 및 장기 내의 세포 종류와 위치 정보를 동시에 분석한 후 이를 in-silico로 3차원 재구성하는 기술이 개발되어 마우스 뇌, 인간태아 심장 등의 3차원 세포지도 제작 <3차원 태아심장 세포지도(2019, Cell)>

출연(연), 대학 등에서 뇌지도 작성과 같은 연관분야의 연구를 수행하면서 관심이 증대하고 있으나, 공간 오믹스를 기반으로 단일세포 위치 정보를 분석하는 연구에 대한 수준은 세계적인 수준에 비해 낮음

공간 오믹스 기반 단일세포 위치 추적 기술 관련 세계시장은 연평균 8.5% 성장률로 2026년 약 2.62억 달러의 규모에 이를 것으로 전망 질병 진단 및 치료 기술 개발을 위한 주요 기술로 활용 가능 암 진단과 아울러 다양한 질환 진단 분야 활용 가능성으로 인해 글로벌 유전체 바이오텍뿐 아니라 신생 스타트업 등에서 신규 기술을 기반으로 한 파이프라인을 확장하고 있는 추세 - 예; 분자진단 전문의 NanoString Tech사에서는 2019년 GeoMx Digital Spatial Profiler를 신규로 발족하여 시장 점유를 위한 투자 확대

생명체에 대한 이해를 장기나 조직에서 세포 수준까지 확장하여 지금까지 규명이 불가능했던 근본적인 생명현상의 신비를 이해하는 데에 기여이를 기반으로 바이오 분야 과학과 기술의 상호혁신을 통해 다양한 글로벌 난제를 해결할 수 있을 것으로 기대

첨단 공간 오믹스 기술의 효과적인 현장 적용을 위해 시의적절한 최신 장비 구축과 개별 연구 수요에 맞추어 데이터 생산과 분석에 긴밀히 협력할 수 있는 전문인력 필요공간 정보와 단일세포 종류 정보의 결합을 통해 3차원 조직 및 장기 내 세포 재구성을 재현할 수 있는 소프트웨어 개발 및 분석 서비스 필요

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