세포의 수를 세고 싶을 때 사용하는 기초 분자생물학 기법 - 세포 계수법: Cell counting

세포 계수

세포 계수(cell counting)는 생명과학 분야에서 세포의 개수를 정량화하는 것을 말합니다. 이것은 세포계산법(cytometry)의 한 종류로 임상과 연구에 모두 적용됩니다. 예를 들어 혈구 세포의 수를 세는 것은 왜 환자의 상태가 안 좋은지 알려줍니다. 일반적으로 액체 배지에서의 세포 계수는 단위 부피 당 세포의 개수로 표현되고, 이것은 농도로 나타낼 수 있습니다.

​사용 예시

생물학과 의학에서 세포 계수는 다양하게 활용됩니다.

* 적혈구 및 백혈구 등 다양한 혈액 세포의 농도는 사람의 건강 상태에 대한 중요한 정보를 제공해 줍니다.
* 세포 치료에서는 환자에게 투약될 세포의 양을 조절합니다.
* 혈액 또는 체액 안의 세균, 바이러스 등 병원균의 농도는 감염병의 진전 상태와 감염병과 싸우고 있는 면역 체계에 대한 정보를 제공해 줍니다.
* 분자 생물학에서 실험에 사용될 시약과 화학 약품의 양을 결정하기 위해 세포의 농도를 알아야 할 필요가 있습니다.
* 미생물의 생장률을 측정하기 위해 세포 계수가 필요합니다.
* 독소에 노출된 세포에서 세포의 생존력(죽은 세포와 살아있는 세포의 비율)을 측정하는데 사용됩니다.

수동 세포 계수

* 계수판(counting chamber)

계수판 By Todd - originally posted to Flickr as 0356, CC BY-SA 2.0

계수판 또는 혈구계수판(hemocytometer)은 세포 계수를 위해 고안된 현미경 슬라이드입니다. 혈구계수판의 가운데에는 격자가 새겨진 두 개의 챔버가 있습니다. 세포 배양액을 챔버 가운데 떨어뜨리고 유리 커버로 덮습니다. 그리고 이 시료를 현미경으로 관찰합니다. 연구자는 격자를 통해 주어진 크기의 특정 위치에서 세포의 개수를 셀 수 있습니다. 체임버 간의 거리가 이미 정의되어 있기 때문에 배양액의 부피를 계산할 수 있고 따라서 세포의 농도도 계산할 수 있습니다. 세포의 활성을 확인할 수 있는 염색 시약을 넣으면 세포 생존력도 확인할 수 있습니다. 계수판의 장점은 싸고 간단하다는 것입니다. 그러므로 세포 배양이 제대로 되었나 빠르게 확인하고 싶을 때 주로 사용됩니다.

​* 플레이팅(plating)과 CFU 계수

아가로스 배지에서 자라는 Staphylococcus aureus 콜로니 By Quentin Geissmann - Own work, CC BY-SA 3.0

배지에서 세포의 수를 정량화하고 싶을 때는 단순히 세포를 생장 배지와 함께 페트리 디쉬에 배양합니다. 만약 디쉬에서 세포들이 잘 분포되어 있다면 일반적으로 각 세포가 단일 콜로니(Colony) 또는 Colony Forming Unit (CFU)을 형성했다고 가정합니다. 그 후 콜로니의 개수를 세거나, 디쉬에 부은 배양액의 부피를 바탕으로 세포의 농도를 계산합니다.

자동 세포 계수

* 세포 저항을 이용한 콜터 계수기 (Coulter counter) 및 CASY 계수기

콜터 계수기는 세포의 개수와 부피를 측정할 수 있는 장치입니다. 이것은 세포의 큰 전기 저항성을 바탕으로 합니다. 콜터 계수기 안의 세포는 전기가 통하는 용액에 들어 있고, 작은 틈으로 하나씩 빨려 들어갑니다. 작은 틈 옆에는 전기가 통하는 2개의 전극이 있습니다. 틈 안에 세포가 없으면 전기가 통하고, 세포가 들어가면 전류의 저항이 증가됩니다. 콜터 계수기는 이러한 상황을 계수하고 전류와 저항도 측정합니다. 이것으로 특정 부피 안의 세포의 개수를 직접 측정할 수 있습니다. 다른 방법으로는 CASY 계수기가 있습니다. 이 둘은 흐름세포측정기(flow cytometer)보다 훨씬 저렴하여 세포 분열 주기 분석에 주로 사용됩니다. 위의 수동 세포 계수법과 비교하여 이 방법의 장점은 많은 수의 세포를 짧은 시간 안에 정확하게 셀 수 있다는 것입니다. 이는 통계적 유의성을 계산할 때도 매우 좋습니다.

​* 흐름세포측정기(Flow cytometry)

흐름세포측정기는 세포 계수 방법의 가장 비싸고 잘 고안된 장치입니다. 이 장치 안에서 세포는 레이저빔 앞을 지나는 작은 관을 흘러서 통과합니다. 레이저빔이 세포 하나하나를 때리면, 광 검출기가 세포에서 반사된 빛을 감지합니다. 흐름세포측정기는 세포의 모양, 내부 및 외부 구조, 특정 단백질 및 생화학 물질의 양 또한 분석할 수 있습니다. 그러므로 흐름세포측정기는 단순히 세포의 개수를 세기 위해 구입하지는 않습니다.

​* 이미지 분석

최근 통계 분류 알고리즘을 장착한 고효율의 현미경으로 세포의 수를 자동으로 계수 해주는 분석이 수행되고 있습니다. 이 목적을 위해 이미지 분류 기술이 사용됩니다.

​간접 세포 계수

* 분광측정법(Spectrophotometry)

분광측정계 By Skorpion87 - Own work, Public Domain

세포 현탁액은 탁합니다. 세포는 빛을 흡수하고 분산시킵니다. 세포의 농도가 높을수록 탁도도 증가합니다. 분광측정계는 빛의 광도를 정확하게 측정할 수 있습니다. 세포 배양액을 투명한 큐벳(cuvette)에 위치시키고 비교 매체와 상대적으로 흡광도를 측정합니다. 광 밀도(optical density, OD)는 특정 세포 종류의 주어진 범위 내에서 세포 현탁액의 총 생물량과 비례합니다. 배양액의 탁도를 측정하는 분광측정법는 탁도측정법(turbidometry)라고 합니다. 이 방법은 세균의 생장을 측정하기 위해 주로 사용됩니다. 분광측정법의 단점은 절대적은 세포의 개수를 셀 수 없고, 죽거나 살아있는 세포를 구별하지 못하는 것입니다.

​* 임피던스 미생물학(Impedance microbiology)

임피던스 미생물학은 주로 세균 또는 효모 등 미생물의 농도를 빠르게 측정하기 위해 생장 배지의 전기적 매개변수를 모니터링하는 방법입니다. 이것은 세균의 대사가 극성이 없는 화합물을 높은 극성의 화합물로 변환시킬 때 생장 배지의 전기적 특성 변화를 바탕으로 합니다. 미생물의 농도는 초깃값에서 전기적 매개변수의 분기가 모니터링된 시간으로 예측됩니다. 세균의 농도를 측정하기 위한 다양한 임피던스 미생물학 장치가 사용되고 있습니다.