숫자와 이미지로 함께 살펴보는 입자 분석 — FlowCam의 원리와 연구 활용

입자의 크기와 개수를 측정하는 일은 다양한 연구에서 중요한 과정입니다. 수중 미세조류와 플랑크톤을 관찰하거나, 바이오의약품의 미세입자를 분석하거나, 배양한 스페로이드의 크기를 비교할 때도 이러한 정보가 활용됩니다.

하지만 크기와 개수만으로 시료의 특성을 충분히 설명하기 어려운 경우가 있습니다. 평균 크기가 비슷하더라도 입자의 형태와 구성은 다를 수 있으며, 입자 수가 증가했다면 어떤 형태의 입자가 늘어났는지도 확인할 필요가 있습니다.

닥터바이오는 이번 글에서 요코가와(Yokogawa) FlowCam의 유동 이미징 현미경 기술과 주요 활용 분야를 소개합니다. 측정 수치와 실제 입자 이미지를 함께 살펴보는 것이 연구 결과의 해석에 어떤 도움을 줄 수 있는지 알아보겠습니다.

1. FlowCam이란? 숫자와 이미지를 함께 얻는 입자 분석

FlowCam은 유동 이미징 현미경(Flow Imaging Microscopy, FIM) 기술을 사용하는 분석 장비입니다.

액체 시료가 광학 플로우셀을 통과하는 동안 카메라가 입자를 촬영하고, 소프트웨어가 이미지에서 개별 입자를 인식해 크기와 형태 등의 정보를 분석합니다. 이를 통해 입자 개수와 농도, 크기 분포를 확인하면서 측정된 입자의 이미지도 함께 살펴볼 수 있습니다.

길이와 폭, 종횡비, 원형도 등 여러 형태 지표를 기준으로 입자 이미지를 정렬하거나 필터링할 수 있어, 관심 있는 입자군을 검토하는 데 도움이 됩니다.

예를 들어 평균 크기가 비슷한 두 시료가 있다고 가정해 보겠습니다. 한 시료에는 크기가 고른 둥근 입자가 많고, 다른 시료에는 작은 입자와 길쭉한 입자, 불규칙한 응집체가 섞여 있을 수 있습니다. 평균값만으로는 비슷하게 보이지만, 분포와 이미지를 함께 확인하면 서로 다른 특성을 파악할 수 있습니다.

FlowCam은 ‘얼마나 크고, 얼마나 많은가’라는 질문에 더해 ‘어떤 모습의 입자가 존재하는가’를 함께 살펴볼 수 있도록 돕습니다.

2. 미세조류·플랑크톤 연구: 군집의 변화를 더 구체적으로 관찰하기

미세조류와 플랑크톤 연구에서는 개체 수뿐 아니라 크기와 형태, 군집 구성을 함께 살펴보는 것이 중요합니다. 작은 단세포 생물이 많은 시료와 큰 군체가 많은 시료는 비슷한 계수 결과를 보이더라도 다르게 해석해야 할 수 있습니다.

FlowCam은 수중 입자의 이미지와 크기·형태 정보를 함께 제공해, 시료에 포함된 생물과 입자의 특성을 검토하는 데 활용할 수 있습니다.

주요 활용 방향은 다음과 같습니다.

• 채집 시점과 지점에 따른 미세조류·플랑크톤의 크기 및 형태 비교

• 관심 분류군이나 특정 형태를 가진 입자군의 변화 관찰

• 수온·영양염 등 환경 정보와 연계한 군집 변화 검토

• 축적된 입자 이미지를 활용한 분류 결과 재검토 및 교육

이 분야에서는 관측 빈도도 중요한 요소입니다. 관측 간격이 길면 그 사이에 나타났다가 사라지는 일시적인 군집 변화를 충분히 파악하기 어려울 수 있습니다.

시료 분석에 필요한 부담을 줄일 수 있다면, 더 많은 시점과 지점의 시료를 살펴볼 여지가 생깁니다. 물론 실제 관측 빈도는 채집 인력, 현장 접근성, 이동 시간과 비용 등에도 영향을 받으므로 전체 조사 과정과 함께 검토해야 합니다.

남조류 모니터링에 특화된 FlowCam Cyano는 형광 신호와 입자 이미지를 함께 활용해 남조류와 기타 조류 등의 구분을 지원합니다. 이러한 형광 기반 기능은 모델과 구성에 따라 다르므로, 분석 대상과 목적에 맞는 장비 선택이 필요합니다.

또한 군체를 형성하는 조류를 분석할 때는 검출된 입자 또는 군체의 개수와 개별 세포 수를 구분해야 합니다. 이미지 기반 분류 결과 역시 시료 특성에 맞는 기준과 전문가의 검토를 함께 적용하는 것이 중요합니다.

3. 바이오의약품 연구: ‘어떤 입자가 증가했는가’ 확인하기

바이오의약품 연구에서는 보관 조건이나 취급 과정에 따라 나타나는 미세입자 변화를 살펴볼 필요가 있습니다.

특정 조건에서 입자 수가 증가했다면, 입자 농도와 크기 분포는 변화의 정도를 보여줍니다. 여기에 이미지를 함께 확인하면 증가한 입자의 형태와 광학적 특징을 검토할 수 있습니다.

예를 들어 불규칙한 응집체 형태인지, 비교적 둥근 액적 형태인지, 섬유처럼 길쭉한 형태인지에 따라 후속 분석에서 확인할 질문도 달라질 수 있습니다.

FlowCam의 바이오의약품 관련 자료에서는 단백질 응집체, 실리콘 오일 액적, 기타 이물 등의 이미지 기반 특성 분석을 소개하고 있습니다. 이러한 접근은 다음과 같은 연구에 참고할 수 있습니다.

• 보관 및 취급 조건에 따른 입자 농도와 크기 분포 비교

• 제형이나 공정 조건 변화에 따른 입자 형태 검토

• 응집체 또는 이물로 의심되는 입자의 이미지 확인

• 후속 분석 대상과 확인 항목 선정

다만 입자의 형태를 관찰하는 것과 화학적 성분을 확정하는 것은 서로 다른 단계입니다. 이미지는 입자의 정체를 추정하는 단서를 제공할 수 있지만, 성분 확인이 필요한 경우에는 다른 분석법을 함께 활용해야 합니다.

FlowCam은 변화가 나타난 대상을 시각적으로 보여주고, 그 원인을 검토하기 위한 추가 정보를 제공하는 도구로 활용할 수 있습니다.

4. 3차원 세포배양 연구: 평균 크기와 형태 분포 함께 보기

스페로이드와 같은 3차원 세포 구조체를 평가할 때는 평균 크기와 함께 전체적인 크기 분포와 형태를 살펴보는 것이 유용합니다.

평균 직경이 비슷하더라도 한 시료에는 크기가 균일한 구조체가 많고, 다른 시료에는 작은 구조체와 큰 응집체가 함께 존재할 수 있습니다. 둥근 형태가 유지되는지, 불규칙한 형태가 얼마나 포함되어 있는지도 비교할 수 있습니다.

요코가와의 FlowCam 소개 자료에는 서로 다른 배양 용기에서 형성된 iPSC 유래 스페로이드의 이미지와 크기 분포를 비교하는 사례가 포함되어 있습니다.

이와 같은 분석은 다음과 같은 질문을 검토하는 데 도움이 됩니다.

• 배양 조건에 따라 스페로이드의 크기 분포가 달라지는가?

• 구조체의 크기와 형태가 얼마나 균일한가?

• 일부 큰 응집체나 불규칙한 형태의 구조체가 포함되어 있는가?

• 배양 배치 간 형태적 일관성이 유지되는가?

이러한 결과는 배양 조건 비교와 공정 평가에 참고할 수 있습니다. 다만 형태가 균일하다는 결과가 세포의 생존율, 기능 또는 분화 상태까지 동일하다는 의미는 아닙니다. 연구 목적에 따라 기능 평가와 분자생물학적 분석 등을 함께 해석해야 합니다.

또한 모든 스페로이드나 오가노이드를 동일한 조건에서 분석할 수 있는 것은 아닙니다. 구조체의 크기와 물성, 시료 준비 방식, 플로우셀 통과 가능성 및 분석 과정에서의 구조 유지 여부를 먼저 검토해야 합니다.

5. 이미지가 남는 분석: 결과를 다시 확인하고 공유하기

FlowCam의 활용 가치는 분석 시점에 얻는 수치에만 있지 않습니다. 측정된 입자의 이미지가 남기 때문에 결과를 다시 검토하고, 다른 연구자와 판단 근거를 공유하는 데 활용할 수 있습니다.

예상과 다른 결과가 나왔다면 해당 입자의 이미지를 다시 살펴볼 수 있습니다. 특정 크기나 형태의 입자만 모아 확인하거나, 분류 기준을 조정해 데이터를 재검토할 수도 있습니다.

플랑크톤 연구에서는 이미지 기록이 분류 검토와 교육 자료로 활용될 수 있습니다. 바이오의약품 분석에서는 조건에 따라 어떤 형태의 입자가 증가했는지 비교하는 근거가 될 수 있습니다. 스페로이드 분석에서는 크기 분포의 차이가 실제 형태에서 어떻게 나타나는지 확인할 수 있습니다.

이러한 기록을 유용하게 활용하려면 이미지와 함께 시료 정보, 측정 조건, 분석 및 분류 기준도 관리해야 합니다.

측정값과 그 근거가 되는 이미지를 함께 확인하는 과정은 결과를 설명하고 연구자 간 해석을 논의하는 데 도움이 됩니다.

6. 연구 적용 전 확인할 사항

FlowCam의 적용 가능성을 검토할 때는 먼저 ‘우리 시료에서 어떤 정보를 얻으려는가’를 구체적으로 정리하는 것이 좋습니다.

① 분석 목적

입자 수의 변화, 크기 분포, 응집 양상, 특정 생물군의 변화 등 무엇을 비교하려는지에 따라 측정 조건과 분석 기준이 달라집니다.

② 시료와 장비 구성의 적합성

입자의 크기와 농도, 시료의 점도, 응집 상태 등을 고려해 렌즈와 플로우셀, 측정 조건을 검토해야 합니다. 모델별 지원 기능과 구성도 함께 확인해야 합니다.

③ 계수 단위와 결과의 의미

검출된 입자를 하나의 세포로 해석할 수 있는지, 군체나 응집체를 어떤 단위로 셀 것인지 명확히 해야 합니다. 생체부피 등 이미지 기반 계산값도 적용한 치수와 계산 모델을 고려해 해석해야 합니다.

④ 분류 결과의 검토 방법

이미지 분류 기능을 활용하더라도 시료에 적합한 기준을 설정하고, 분류 결과를 검토하는 과정이 필요합니다.

⑤ 기존 분석법과의 연계

정밀한 생물 분류, 입자의 성분 확인, 세포의 기능 평가 등 연구 목적에 따라 필요한 분석을 함께 구성해야 합니다. 기존 현미경 관찰이나 다른 분석법과 결과를 비교하면 이미지 기반 분석의 활용 범위를 더 구체적으로 설정할 수 있습니다.

7. 닥터바이오와 함께 검토하는 FlowCam 연구 활용

‘어떤 입자가 증가했는가’, ‘평균은 비슷하지만 분포는 달라졌는가’, ‘특정 형태가 어떤 조건에서 나타나는가’는 다양한 연구 분야에서 공통적으로 등장하는 질문입니다.

FlowCam은 이러한 질문을 살펴볼 수 있도록 입자의 측정 수치와 이미지를 함께 제공합니다. 실제 활용 가치는 분석 대상의 특성과 연구 목적에 맞는 구성 및 조건을 적용할 때 더욱 분명해집니다.

닥터바이오는 연구자 여러분이 관찰하려는 대상과 확인하고자 하는 차이를 바탕으로, FlowCam의 활용 방향을 함께 검토하겠습니다.

요코가와 FlowCam을 닥터바이오에서 만나보세요.

미세조류·플랑크톤, 바이오의약품 미세입자, 스페로이드 등 관련 시료의 분석을 검토하고 계시다면 닥터바이오로 문의해 주세요. 제품 자료와 활용 사례를 안내드리고, 시료 특성과 분석 목적에 맞는 장비 구성 상담을 도와드리겠습니다.