초록 ▼

본 연구에서는 정상세포와 질환세포(암세포)의 형태적 특이성을 세포막 미세구조에 대한 프랙탈(fractal) 차원 분석을 통해 규명하고자 하였다. 특히 나노 공정평가에 주로 이용되고 있는 원자력주사현미경(AFM)을 개량하여 비침습적으로 살아있는 세포를 대상으로 빠른 속도로 세포 표면의 극미세구조를 영상화하는 기술을 개발하였다. 이를 이미지 분석 소프트웨어 기술과 접목하여 세포막 기하학적 구조의 특성을 밝혀냈다.
1. 정상세포와 질환세포의 형태적 및 물리적 특성 규명 및 실험조건 수립
a. 유방암 모델세포주 선정 및 세포

본 연구에서는 정상세포와 질환세포(암세포)의 형태적 특이성을 세포막 미세구조에 대한 프랙탈(fractal) 차원 분석을 통해 규명하고자 하였다. 특히 나노 공정평가에 주로 이용되고 있는 원자력주사현미경(AFM)을 개량하여 비침습적으로 살아있는 세포를 대상으로 빠른 속도로 세포 표면의 극미세구조를 영상화하는 기술을 개발하였다. 이를 이미지 분석 소프트웨어 기술과 접목하여 세포막 기하학적 구조의 특성을 밝혀냈다.
1. 정상세포와 질환세포의 형태적 및 물리적 특성 규명 및 실험조건 수립
a. 유방암 모델세포주 선정 및 세포 배양조건 확립
b. SEM과 AFM을 이용한 세포표면 영상 해상도 검증
c. 수용액 상에서 정상세포와 암세포의 세포표면 미세구조 영상화 조건 확립
d. Box-counting method를 이용한 세포표면 경계의 프랙탈 차원 산출
2. 세포 측정을 위한 AFM 기술 개발
a. 살아있는 세포의 표면 측정을 위한 액상 배양액 조건 확립
b. 세포 표면 미세구조 측정을 위한 고해상도 AFM 측정조건 수립
c. 질환세포와 정상세포간의 기하학적 특성 비교분석
3. 유방암 세포주의 기하학적 특성 정량화 및 비교분석
a. 이미지 처리와 차원 분석용 소프트웨어 개발 및 활용
b. 유방암 세포주에서의 프랙탈 차원 비교분석, 세포주간 유의미한 차이를 정량화
c. 암세포의 전이성 정도에 따른 프랙탈 차원 변화 확인

Abstract ▼

the goal of this study is to identify geometrical differences in the boundary structure of cells using atomic force microscopy (AFM). A variety of cancer tissues have been demonstrated to possess their own structural identities defined as fractal dimension (FD) when they are growing in vivo. Fractal

the goal of this study is to identify geometrical differences in the boundary structure of cells using atomic force microscopy (AFM). A variety of cancer tissues have been demonstrated to possess their own structural identities defined as fractal dimension (FD) when they are growing in vivo. Fractal structure is well characterized by recursive self-similarity over scales suggesting that fractal geometry of cancer could be applicable to cells as well as tissues. However, fractal geometry of cancer in a single cell has not been elucidated. Here we investigated the fractal structure of several different cell lines established from normal and cancer tissues using AFM. High resolution images obtained from AFM allowed us to determine FD of the boundary of a single cell. Using FD analysis, we examined geometrical differences between normal (MCF10A) and cancer cell lines (MCF7, weakly invasive; MDA-MB231, highly invasive) originated from human breast epithelium. Box-counting analysis of cell boundary extracted from the AFM images revealed that FD of MCF10A (FD=1.231) was much higher than MCF7 (FD=1.081) and MDA-MB231 (FD=1.040). Between the cancer cell lines, FD of the weakly invasive cells showed slightly but significantly higher than that of the highly invasive cells. These results provide the possibility that FD of cell surface boundary may reflect abnormality and/or invasiveness of individual cell.
Key words: cancer cell, fractal dimension, atomic force microscopy (AFM), cell boundary, MCF7, MCF10A

목차 Contents

• 제1장. 연구개발과제의 개요...10
• 1절. 연구개발의 목적과 필요성...10
• 2절. 연구개발의 범위 및 목표...11
• 제2장. 국내외 기술개발 현황...13
• 1절. 프랙탈 이론을 이용한 세포의 기하학적 특성 분석...13
• 2절. AFM(원자력 주사 현미경)을 이용한 세포 영상화...14
• 제3장. 연구개발수행 내용 및 결과...16
• 제4장. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...29
• 제5장. 연구개발결과의 활용계획...32
• 제6장. 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...33
• 제7장. 참고문헌...34