광학 코히런스 단층촬영을 이용한 층상 편평상피 핵의 산란 특성 규명

초록

µOCT(마이크로‑OCT)로 1.28 µm의 축축 해상도를 구현하여 인체 및 동물 조직의 층상 편평상피(keratinized·non‑keratinized)에서 핵은 대부분 저산란(어두운)으로 나타났으며, 이전 연구에서 보고된 고산란 신호는 핵‑세포질 경계에서 발생한 반사에 기인함을 확인하였다. 핵의 평탄화와 세포질 당원(glycogen) 축적이 고산란 경계 신호와 연관됨을 제시한다.

상세 분석

본 연구는 800 nm 파장대의 초광대역 광원을 이용한 마이크로‑OCT(µOCT) 시스템을 구축하고, 축축 해상도 1.28 µm(공기 기준 1.70 µm)·횡단 해상도 1.8 µm를 달성하였다. 이러한 고해상도는 기존 OCT·OCM(축축 해상도 약 4 µm)에서 놓치기 쉬운 핵의 내부 구조를 시각화할 수 있게 한다. 실험은 인간 배양 케라티노사이트, 흰돼지·알비노 쥐의 표피·식도·자궁경부 조직, 돼지·인간 구강점막 등 다양한 샘플을 대상으로 진행했으며, 모든 시료는 동일한 광학 설정(입사 파워 1.8–5.5 mW) 하에 촬영하였다.

핵‑세포질 대비는 두 가지 형태로 관찰되었다. 첫째, 핵 코어는 주변 세포질에 비해 반사 강도가 약 0.13 × 10⁻⁶ (표준편차 0.07 × 10⁻⁶)으로 현저히 낮아 ‘어두운’ 영역으로 나타났으며, 이는 기존 RCM·OCT에서 보고된 ‘dark nuclei’와 일치한다. 둘째, 비케라티노화된 상피(식도·구강점막)에서는 핵‑세포질 경계에 얇은 고산란(밝은) 띠가 양쪽에 존재하고, 그 사이에 저산란 핵 코어가 위치하는 ‘밝은 점‑어두운 점’ 구조가 관찰되었다. 이러한 고산란 띠는 핵이 평탄화되고 세포질에 당원(당글리코겐) 축적이 일어날 때 강해지는 것으로, PAS‑D 염색에서 양성 반응을 보인 세포와 일치한다.

통계적으로는 모든 조직군에서 핵 코어의 평균 반사 강도가 세포질보다 유의하게 낮았으며(p < 0.001), 조직별 차이는 주로 표피 종류에 따라 나타났다. 쥐와 돼지의 각질화 표피는 비각질화 조직에 비해 핵 반사 강도가 다소 높았지만, 전반적인 저산란 경향은 유지되었다. 또한 축축 해상도를 인위적으로 3.7 µm로 낮추면 핵 코어가 사라지고 고산란 경계만 남아 이전 연구와 동일한 ‘bright nuclei’ 현상이 재현됨을 시뮬레이션으로 확인하였다.

이러한 결과는 (1) 핵 내부는 광학적으로 균일하고 저산란이며, (2) 고산란 신호는 핵‑세포질 경계에서 발생하는 굴절률 불연속에 기인함을 명확히 한다. 따라서 기존 문헌에서 보고된 ‘high‑scattering nuclei’는 실제 핵 코어가 아니라 경계 반사이며, 해상도 제한으로 인해 핵 코어가 누락된 것이 주요 원인이다. 이 해석은 OCT·OCM 기반의 실시간 조직학적 진단에서 핵‑세포질 대비를 올바르게 해석하고, 핵의 형태·크기·반사 특성을 정량화함으로써 세포 이형성(핵비대, 핵분열 등) 검출에 활용할 수 있는 기반을 제공한다.