최근 비만 관련 질병의 증가와 자가 줄기세포 치료를 위한 지방 유래 줄기세포에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있다. FTIR (Fourier Transform InfraRed) 분광기는 생명 의학 진단에서 새로운 기술이다. 현재의 분자생물학 기술에서는 현미경 관찰을 위해 염료나 시약을 사용하는 것과 달리, FTIR 분광기는 컴퓨터 기술과 결합하여 레이블이 없는 생체 분자 분석을 제공하고 중요한 적외선 스펙트럼 영역의 바이오 마커를 인식할 수 있다.
본 연구는 마우스 지방세포의 발달 특성을 조사하고 FTIR 분광기를 사용하여 마우스 백색 및 갈색 지방세포를 선택적으로 식별하기 위해 수행되었다. 지방세포의 발달 특성화를 위해 백색지방세포와 갈색지방세포의 세포와 세포 배양된 조건배지를 각각 수집하여 분석하였다. 갈색지방세포의 배양된 조건배지에서 백색지방세포의 배양된 조건배지보다 amide I/amide II 비율이 더 높게 관찰되었으며, 이는 분비 단백질 프로파일의 차이를 나타난다. 대조적으로, amide I/amide II 비율은 갈색 지방 세포보다 백색 지방 세포에서 더 높았고, 분화된 지방 세포는 분화 전 지방 세포보다 지질 함량이 더 높았다. 지방 아실 사슬의 길이는 백색 지방 세포에서 가장 길었다. 이러한 차이는 FTIR 분광법이 지방 세포의 발달 단계 및/또는 유형을 특성화 하는 데 사용될 수 있음을 시사한다. 지방세포의 유형별 선택적 분류 가능성을 확인하기 위해 FTIR 분광기를 사용하여 백색/갈색 지방세포 분화 전/후의 세포에서 FTIR 분광 스펙트럼을 획득한 후 주성분 분석법으로 분석하였다. 모든 데이터는 주성분 분석 기법을 통해 적외선 분광 스펙트럼 분석에서 지방세포 간의 구별이 가능함을 나타냈다.
또한 휴먼 지방세포로의 확장성을 확인을 위해 분자생물학 기법 대신 FTIR 분광법으로 부분 최소 제곱 회귀(PLSR), 적외선 스펙트럼 바이오마커, 그리고 부분 최소 제곱 판별 분석(PLS-DA)을 사용하여 휴먼 백색 지방세포의 갈변(베이지 지방세포)을 식별하는 것을 목표로 연구했다. 베이지 지방 세포는 열을 발생시킬 수 있는 지방 세포의 한 종류로 칼로리 소비와 체중 감량에 도움을 줄 수 있다. PLSR 은 노르에피네프린과 로시글리타존으로 유도된 휴먼 베이지 지방 세포를 구별했다. PLSR 은 선택된 영역인 3997-3656 및 1618-938 cm-1 에서 교차 검증의 R² 88.95, 교차 검증의 루트 평균 제곱 오차(RSECV) 2.13, RPD 3.01 을 달성했다. 적외선 스펙트럼 바이오 마커 [1635 cm-1 (β-시트 amide I), 879-882, 860-3 cm-1 (A 형 나선), 629-38 cm-1 (OH 평면 외 굽힘)]는 휴먼 베이지 지방세포와 휴먼 백색 지방세포 사이의 스펙트럼 차이, 주성분 분석-선형 판별 분석(PCA-LDA), 군집 벡터, U-검정, 파수당 피셔 점수를 통해 휴먼 베이지 지방세포에서 확인되었다. PLS-DA 는 지방세포 타입 구별이 가능했고 지방세포에서 지방 형성 유전자의 발현과 유사한 경향은 나타냈다.
본 연구는 PLSR 의 예측 모델을 활용하여 특정 스펙트럼 피크의 변화를 탐지하여 베이지 지방세포를 식별하는 데 사용되었다. 연구 결과, PLSR 은 지방세포 갈색화를 유도할 수 있는 약물 후보물질을 식별하는 데에 유용하며, 예측 값이 70 이상인 경우 긍정적인 영향을 나타낸다. 또한, 이 연구에서 발견된 스펙트럼 바이오 마커는 유전자와 연관성을 갖을 수 있으며, 특히 지방세포 갈색화와 관련된 열원성 마커(UCP1 등)와 관련이 있을 것으로 예상된다. 이 연구는 스펙트럼 변수를 활용한 지질체 분석의 가능성을 보여줄 뿐만 아니라, PLS-DA 로 예측된 유전자는 qRT-PCR 분석 결과와 유사한 경향을 나타내었으며, FTIR 스펙트럼이 전사 활동의 지문 정보를 포함하고 있다는 가능성을 시사한다.
따라서, 이 연구에서는 FTIR 분광기와 함께 PLSR, 적외선 스펙트럼 바이오 마커, 그리고 PLS-DA 를 사용하여 제한된 환경에서 특정 생물학적 활동을 식별하는 효과적인 도구로 제안한다. 이 연구는 FTIR 분광기과 컴퓨터 기술을 활용하여 체중 감량에 도움이 되는 약물을 식별하는 데 사용될 수 있으며, 비용 효율적이며 시약을 필요로 하지 않는 특징으로 연구자들에게 가치 있는 도구로 활용될 수 있다.