조직학적 방법 – Histological Method

뇌에 손상을 가해 행동에의 효과를 관찰한 후에, 그 손상된 부분을 현미경으로 관찰하기 위해서는 그 부분을 얇게 자르고(slice) 염색(stain)해야 합니다. 그런데, 뇌에 입힌 손상은 때때로 목표 지점을 벗어나는 경우가 있어서, 동물 행동 실험을 한 후 손상을 입힌 정확한 지점을 알아야 합니다. 그러기 위해서 먼저 뇌를 고정시키고(fix) 얇게 자르고(slice), 염색하는(stain) 과정을 거쳐야 합니다. 이런 과정을 거쳐가며 뇌를 연구하는 방법을 조직학적 방법(histological method)이라고 합니다.

죽은 유기체를 통해 조직을 연구하려면 먼저 그 조직들을 분해하는 자가 분해 효소(autolytic enzyme)을 파괴해야 합니다. 그리고 다른 세균이나 곰팡이들이 분해하지 못하게 해야합니다. 이 두가지를 위해 연구하고자 하는 신경조직을 정착액(fixative)에 담급니다. 가장 흔하게 사용하는 정착액은 포르말린(formalin)으로, 포름알데히드(formaldehyde)의 수용액입니다. 포르말린은 자기분해를 막고, 부드럽고 손상되기 쉬운 뇌의 신경조직을 단단하게 하고, 다른 미생물들을 죽임으로써 연구하고자 하는 조직을 고정(fixation)시킵니다.

뇌를 고정시키기 전에, 즉 뇌조직을 포르말린에 담그기 전에, 관류(perfusion)라는 과정을 거칩니다. 관류(perfusion)과정에는 혈액을 조직에서 제거하고, 그를 대신할 다른 액체(보통 NaCl 희석액)를 주입하는 과정이 수반됩니다. 조직에 혈액이 없는 상태에서 결과가 더 잘 나오기 때문입니다.

일단 뇌가 고정된 후, 현미경으로 관찰할 수 있는 형태로 만들기 위해 마이크로톰(Microtome)이란 장치로 얇게 자릅니다.(Slicing) 광학 현미경을 통해 관찰하려면, 조직의 두께가 10~80μm 여야 하고, 전자현미경으로 관찰하려면 두께가 1μm보다 작아야 합니다. 잘린 조직은 슬라이드 글라스(slide glass) 오르게 되고, 여러 화학 물질을 사용해서 염색(Stain)과정을 거치게 됩니다. 염색 후에, 봉입제(mountaion medium)이라고 부르는 투명한 액체로 염색된 조직을 덮은 다음에 커버글라스(cover glass)로 덮습니다. 봉입제는 커버글라스가 움직이지 않게 해줍니다.

만약 염색되지 않은 조직을 광학현미경으로 관찰한다면, 커다란 세포덩어리나 섬유 다발들은 볼 수 있을지 몰라도 섬세한 부분까지 볼 수 없습니다. 그래서 세포 안팎의 특정 물질을 잡아내기 위해서 많은 염색물질들이 존재합니다. 세포체(cell body)를 염색하는데에 쓰이는 대표적인 화학물질이 메틸렌 블루(methylene blue)나 크레실 바이올렛(cresyl violet)입니다.

하지만 광학현미경을 사용하는 것보다 전자현미경을 사용했을 때 더 많이 확대해서 볼 수 있습니다. 시냅스 소포(synaptic vesicle)같은 작은 구조물을 관찰하기 위해서는 TEM(Transmission Electron Microscope;투과 전자 현미경)을 씁니다. 전자를 얇은 조직에 쏴서 형광 스크린에 그 조직의 그림자(전자에 의한 그림자)를 남기는 것입니다. 이를 통해서 몇십 나노미터 수준만큼 세밀한 구조를 관찰할 수 있습니다. SEM(Scanning Electron Microscope;주사형 전자 현미경)은 TEM과는 다른 종류의 전자현미경 입니다. TEM보다 확대 수준은 낮지만, 물체의 3차원 구조를 보여줍니다. 물체에 의해 반사된 전자의 정보를 토대로 컴퓨터가 3차원 구조를 계산하는 방식의 현미경입니다.

광학 현미경과 전자현미경 외에도 공초점 레이저 현미경(Confocal laser scanning microscope)라는 현미경도 있습니다. 공초점 현미경의 장점은 바로 비교적 두꺼운 조직을 사용해도 고해상도로 형광 물질(fluorescent)이 결합한 조직을 찾아낼 수 있다는 점입니다. 레이저로 형광 물질에 에너지를 가해 형광빛을 내게 하면, 그 형광빛이 현미경의 필터 등을 통과해서 감지기에 닿고, 컴퓨터가 그에 따른 3차원 구조를 계산하는 방식입니다.

광고