비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 한승우
• 주관연구기관 : 한미르
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 나노세라믹;나노분말;세라믹솔루션;방화체;화재안전; 2. Nano-Ceramic;Nano-powder;Ceramic solution;Fire prevention;Fire safety;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구는 은편모조류의 핵 유전체 정보를 이용한 비교유전체 연구 및 phycobilisome 관련 유전자 발굴을 통한 홍조기원 세포내공생 진화 연구를 수행하는데 그 목적이 있다. 최종목표에 도달하기 위해 1) 다양한 색소를 갖는 은편모조류의 무균 배양체 확보, 2) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석, 3) 발현 유전체 분석, 및 4) Phycobilisome 등 색소 관련 유전자를 발굴한다. 분석된 자료를 종합하여, 핵 유전체 해독, 세포내공생 기원 유전자와 외부기원 유전자 이동 등 진화적 근거를 도출하여 은편모조류의 홍조기원 세포내공생 가설을 증명한다. ○ 전체 내용 은편모조류는 단세포성 편모조류로 해양과 담수에 서식한다. 대부분의 은편모조류는 광합성을 하며, 매우 다양한 색소를 갖는다. 색소체는 붉은색, 녹색, 갈색을 띄며, 각 분류군에 따른 뚜렷한 차이를 보인다. 진핵생물에서 다양한 색의 색소체를 갖는 분류군은 은편모조류가 유일하다. 은편모조류는 endosymbiont 기원의 색소체와 핵양체 (nucleomoph) 유전체와 host 기원의 미토콘드리아, 핵 유전체에 유전정보를 가지고 있다. 은편모조류는 홍조류로부터 색소체를 획득하여 2차 세포 내공생 과정으로 기원하였다고 알려져 있다. 특히, 색소체의 4중막 구조와 핵양체의 존재는 2차 내공생 과정으로 색소체를 획득하였다는 확실한 세포 형태학적 증거를 보여주고 있으며, 이들의 색소체 유전정보는 홍조류로부터 기원하였다는 증거를 보여준다. 은편모조류는 진화적으로 광합성 능력을 획득한 이후에 다양한 색소를 갖는 분류군으로 분화하였다. 본 연구는 “은편모조류의 핵 유전체 정보를 비교 분석하여 홍조기원 세포내공생에 의한 진화 과정을 증명하고 다양한 색소 관련 유전자 발굴”하기 위해 기획되었다. 은편모조류의 핵 유전체와 공여자인 홍조류의 유전체 비교분석 연구는 홍조기원 세포내공생설을 유전적으로 증명할 수 있을 것이다. 아울러, 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 핵 유전체 비교분석 연구는 색소체 획득 이후 은편모조류의 종분화와 진화적 패턴을 해석 할 수 있을 것이다. 또한 기존에 잘 알려지지 않은 새롭고 다양한 색소관련 유전자 발굴 가능성을 제시하고 있다. 최근 빠르게 발전하는 유전체 분석 기술과 생물학적 정보들의 활용 및 도입은 본 연구를 수행하기에 최적의 시기로 사료되며, 기 확보된 연구 자료의 활용과 선행연구 결과는 본 연구의 최종목표 도달 가능성을 보여주고 있다. 가설 1: 은편모조류 핵 유전체에 홍조기원 유전자가 EGT 과정을 통해 이동하여 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 은편모조류 핵 유전체와 단세포 홍조류 유전체 비교 분석 기대효과: 은편모조류의 기원과 색소체 획득 진화 과정-홍조기원 세포 내공생 증명 가설 2: 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 색소관련 유전자는 핵 유전체에 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 다양한 색의 은편모조류 핵 유전체 비교 분석: 빨간색/녹색/갈색/무색 은편모조류 방법 2: 다양한 빛 조건 (red/yellow/green)에서 은편모조류의 색소 관련 발현 유전자 비교 분석 방법 3: 색소 관련 유전자, 빌린 유전자, phycobilisome 관련 유전자 탐색 기대효과: 색소체 획득 이후의 은편모조류의 각 다양한 색소조성 분류군으로 진화적 패턴 해석과 색소 관련 유전자 발굴 ○ 1단계 ● 연구 목표 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 ● 연구 내용 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모 3종 (Red/Green/Brown) 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 구축 ○ 2단계 ● 연구 목표 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 ● 연구 내용 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 - 색소 조성에 따른 발현 정도 DEG 분석 - 색소 관련 유전자 발굴 :phytochrome, carotenoids 관련 - 은편모조류 4종의 색소 관련 유전자 비교분석 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 - APC(Allophycocyanin), PE(Phycoerythrin), PC(Phycocyanin) 관련 유전자 발굴 - 홍조기원 Phycobilisome 관련 유전자를 통한 은편모류의 세포내공생 검증 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 - 은편모조류의 핵으로 전이된 홍조기원 유전자 탐색 - 핵 유전체 자료를 이용한 홍조기원 생물의 계통 진화 추론 □ 연구성과 1) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 2) 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모조류 4종 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 수집 - SCI급 논문 출판 3편 (주저자), 2편 (공동저자) - 국내외 학술대회 발표 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구는 세포내공생에 의한 생물의 기원과 진화를 이해하기위한 적합한 연구주제로 순수기초분야 뿐만 아니라, 보다 신뢰할 수 있는 유전자 정보 기반 확보 및 다양한 응용 연구를 위한 생물 소재 자료를 제공 할 수 있는 계기가 될 것이다. 1) 기술적 측면 ● 미세조류에 적합한 생물정보학 분석 기술의 확립과 인프라 구축 ● 유전체 분석, 유전자 발굴 기술 인프라 구축 2) 경제, 산업적 측면 ● 미세조류 유전자원 확보 ● 새로운 자원 발굴 및 미세조류 자원 활용을 통한 생명공학적 신산업군 창출 ● 다양한 색소 생산 생물 소재 제공 ● 다양한 환경에 적응관련 유전자 정보 활용 관련 산업 분야에 기초자료로 제공 3) 환경/생태적 측면 ● 적조생물 저감 제어를 위한 유전 정보 활용 ● 친환경 자원 활용산업 및 바이오그린 에너지용 모델 활용 4) 학술적 측면 ● 유전체 정보 기반 유전자 서비스 제공 및 확보 ● 생물 유전체 정보 수집 및 유전자 정보 축적 ● 광합성 진화 모델 생물 구축 및 광합성 생물 진화 연구분야 선점 ● 새로운 물질 발굴 및 물질 대사 과정 정보 제공 5) 다양한 생물 맞춤 유전체 분석 프로그램 개발 ● 기존에 국한된 모델 생물 또는 박테리아 자료에서 벗어난 새롭고 다양한 진핵생물 유전체 자료를 활용한 생물 맞춤 분석 방법 개발 6) 국제 연구 네트워크 형성 및 국제 협력 ● 미세조류 유전체연구와 유전자 정보 활용은 국내외에서 도입 단계에 있음. ● 국내외 네트워크를 통해 미세조류 유전체 연구 선점 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종임
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 은편모조류;진화;세포내공생;비교유전체;계통유전체; 2. Cryptophytes;Evolution;Endosymbiosis;Comparative genomics;Phylogenomics;

□ 연구개요 최근 맟춤의료 (personalized medicine)의 중요성이 커지면서 개인에 맞는 치료를 찾는 것이 중요해졌다. Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 (Random forest)는 널리 쓰이는 기계학습 방법의 하나로, 알고리즘이 분명하고 여러 통계 프로그램에서 설치되어 있어 널리 쓰이고 있다. Athey et al. (2019)는 이 랜덤 포레스트를 이용하여 개인별 이질적 치료효과를 계산하는 방법을 제시하고, Cui et al. (2023)은 Athey et al. (2019)의 방법론을 하나의 사건이 있을 때에 생존데이터에 대해서 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법을 제시했다. 하지만 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법이 제시된 바가 없다. 이 연구에서는 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법론을 제시하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 이 연구에서는 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 방법론을 바탕으로 경쟁위험 데이터에 대해서 랜덤 포레스트를 이용하여 인과효과를 계산하는 방법론을 만들었다. 이 방법은 Robinson (1988)의 추정함수를 랜덤 포레스트에 응용한 것으로, Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 방법론을 영향함수 (influence function)을 이용하여 누적사건함수 (cumulative incidence function)을 치료효과로 보고 추정하는 방법을 제시하였다. 이 때 Cui et al. (2023)에서 제시한 이중강건 (doubly robust) 랜덤 포레스트 방법을 경쟁위험 데이터에 적용해서 만들고 새롭게 Buckley and James (1979)의 방법을 응용한 랜덤 포레스트 방법 (BJ 랜덤 포레스트)를 제시하였다. 또한 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 통계적 이론을 근거로 근사이론과 분산 및 신뢰구간을 계산하는 방식을 제시하였다. 시뮬레이션을 돌려보았을 때 평균제곱오차 상으로 Ishwaran et al. (2014)의 랜덤 포레스트를 이용한 방법보다 더 나은 결과를 보였다. 그리고 Radiation Therapy Oncology Group (RTOG 9410) 데이터에 이 방법론을 적용하였다. 그리고 하위그룹분석을 위해 선형회귀를 치료효과를 이용한 결과변수에 적용하는 방법을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이 연구결과를 경쟁위험 데이터 하에서 개인별 이질적인 치료효과를 계산하고 그에 따른 통계적 추론을 할 수 있는 방법을 제시했다. 이 통계적 추론을 할 수 있다는 것은 굉장히 중요한데, 통계적 추론을 함으로써 일반적인 기계학습 방법론이 가지고 있던 취약점을 보완할 수 있기 때문이다. 이 방법은 여러 방면에서 사용될 수 있다. 우선 의학에서 다양한 경쟁적인 질병이 있는 경우에 각 질병에 대한 개인별 이질적 치료효과를 측정할 수 있다. 또한 정책결정을 할 경우에 경쟁적인 사건들이 일어나는 상황에서 정책결정이 어떤 분야에 각 개인마다 어떤 효과를 불러오는지 파악할 수 있다. 그리고 각 치료효과 또는 정책효과의 통계적 유의성을 신뢰구간 계산을 통해서 검정할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조영주
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 경쟁 위험;랜덤 포레스트;이중 강건;인과 효과;하위그룹 분석; 2. Competing risks;Random forest;Doubly robust;Causal effect;Subgroup analysis;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 유연 고체 냉매/열복사 소재기반 완전 친환경, 초고효율 온도 제어 소자 구현 ◼ 전체 내용 화석 연료 고갈 및 지구 온난화로 인해 차세대 냉/난방 시스템에 대한 급진적 수요와 더불어, 에너지를 효율적으로 이용하고자 하는 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있음. 이러한 노력의 일환으로 1) 수동 복사 냉각 기술과 2) 전기열소 냉매가 주목받고 있음. 복사 냉각 기술은 전력소모 없이 온도를 낮출 수 있는 초절전/친환경 냉각 기술이고, 전기열소 냉매는 강유 전체의 전기열소 현상(Electrocaloric effect)에 기반한 것으로 탄소 배출없는 고체 친환경/고효율 냉매임. ◆ Zero-에너지 복사 냉각: 복사 냉각 기술은 포토닉 구조를 이용하여 1) 280~3000 nm 파장의 빛은 최대한 반사하고 (반사율: 95% 이상), 2) 대기의 창 영역을 포함하는 8~30 μm의 광대역 열복사의 특징을 가져야 함 (방사율: 90% 이상) 특성이 요구됨. 이러한 광학적 특징을 통해 약 3K 의 온도의 우주와의 복사 열 교환을 통해 에너지 소모없이 대기 온도 이하의 냉각이 가능함. ◆ Zero-탄소 고체 냉매: 전기열소 현상은 강유전체에서 외부 전기장을 인가했을 때 발생하는 현상으로, 1) 외부 전계의 유무에 따라 변하는 물질 내의 분극 엔트로피를 보상하기 위한 포논 진동(Phonon vibration)에 의한 ‘단열적(Adiabatic)’온도 변화 현상을 의미하며, 2) 엔트로피 보상 흡열/발열 프로세스를 통해 탄소 배출없는 친환경 열 교환 사이클 및 냉/난방 시스템을 구현할 수 있음. ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 본 연구의 1단계 연구목표는 크게 세 가지로 나뉨. 1) 대기 온도보다 낮은 냉각 또는 높은 가열을 달성하기 위해 복사 스펙트럼을 조절하는 수동 복사 소재를 개발하고, 2) 강유전체의 엔트로피 보상 흡열/방열 프로세스를 활용한 고체 냉매의 열교환 사이클 구현임. 이후 이 두 기술을 통합하여, 3) 온실가스 배출이 없는 완전한 친환경 및 초고효율 온도 제어 소자 개발을 목표로 하고 있음. ❏ 연구 내용 - 1차년도: 다공성 폴리머 기반 열복사 설계/제작 및 강유전성 전기 열소 소재 제작/특성평가 1) 3차원 파동광학 계산을 통해 고효율 태양광 반사/장적외선 열복사 구조의 최적 구조를 도출 2) 강유전성 폴리머 기반 전기열소 소재 제작 및 특성평가를 진행 - 2차년도: 수동 복사기 집적 전기 열소 냉각소자 제작 및 필드 테스트 1) 최적화된 복사 구조와 전기열소 소재를 집적한 냉각 소자의 구현 2) 필드 테스트를 통한 열교환 사이클 및 냉각 성능 검증 - 3차년도: 환경적응형 수동 복사 및 전기열소 기반 항온 소자 개발 및 특성평가 1) 환경적응형 복사 소재 기반 반사/복사 스펙트럼 변경 가능한 소재 개발 2) 냉각, 가열, 단열 3가지 기능의 항온 소자의 설계/제작 및 특성평가 ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 2단계에서는 1) Si 멤브레인 구조를 기반으로 하는 3차원 형상 변환 전자소자를 구현함과 동시에, 2) 저전력/어레이 플렉서블 복사/전기열소 냉/난방 소자를 개발할 예정임. 이를 통해 연속적인 열교환으로 복사/전기열소 항온 소자의 냉/난방 효율을 극대화할 수 있을 것으로 예상됨. 이 과정에서 초저전력/대면적 항온 소자의 거동을 이해하고 소자를 제작하는 것, 어레이 구조를 도입하여 효율을 향상시키고 응용 분야를 확대하는 것도 중요한 과제임. 특히, 고성능 스마트폰과 같은 기기는 강력한 프로세서를 탑재하고 있으나 크기는 작아지고 있어, 열을 효과적으로 제어하는 것이 어려워짐에 따라 효율적인 냉각 기술이 필요함. 본 연구의 결과는 건물, 데이터 센터, 자동차는 물론, 스마트폰, 웨어러블 전자기기 등 소형 플랫폼에도 적용 가능한 새로운 냉/난방 솔루션을 제공할 것임. ❏ 연구 내용 - 4차년도: 초저전력/대면적 열복사/전기 열소 항온 소자 제작 1) 강유전성 폴리머의 물질적 특성 개선을 통한 저전력 동작 가능 소재 제작 2) 저전력/대면적 소재 집적을 통한 초고효율 고체 냉/난방기 개발(전력: < 1 mW/cm²/cycle) - 5차년도: 3차원 형상변화 플렉서블 어레이 타입 항온 소자 개발 및 특성 평가 1) 플렉서블 열복사/강유전체 폴리머 기반 소자 제작 2) 어레이 내 연속적인 전기열소 연교환 사이클 기반 냉/난방 효율 극대화 3) 곡면 플랫폼 및 소형 스마트 기기 등 다양한 응용 분야에 적용 □ 연구성과 1차년도 (정성적 성과) 1) Heat/Pressing 기법을 이용해 초고효율 다층 다공성 폴리머 복사방열 소재 제작 2) P(VDF-TrFE-CFE) 기반 강유전성 폴리머 전기열소 소재 제작 및 단열적 열변화 확인 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 2편 (Sol. Energy Mater Sol. Cells, Opt. Express) 2) 학술대회발표실적 2건 (IU-MRS, Nanokorea) 2차년도 (정성적 성과) 1) 복사방열/전기열소 소재를 집적한 냉각 소자 구현 2) 옥외 테스트를 통해 냉각 성능 확인 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 3편 (Adv. Energy Mater., IEEE Photonics J., J. Mater. Chem. C) 2) 학술대회발표실적 1건 (한국태양광발전학회) 3차년도 (정성적 성과) 1) 환경감응형 광학 스펙트럼 조절 포토닉 구조 설계, 제작, 특성 테스트 2) 냉각/가열/단열의 3가지 모드 구현 가능성 입증 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 3편 (Adv. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces, APL Photonics) 2) 국제 학술대회 초청강연 2건 (IMID 2023) 3) 학술대회발표실적 4건 (대한전자공학회) □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 경제적‧산업적 파급 효과: 환경적응형 친환경 온도제어 소자는 초기 연구 단계로, 성공 시 친환경 냉/난방 시스템으로 에너지 기술과 국가 경쟁력에 큰 영향을 미칠 것임. 이 기술은 건축 및 자동차 산업 등에 적용 가능하며, 에너지 효율성과 환경 보호에 중요한 역할을 할 것임. 학문적‧기술적 파급 효과: 수동형 복사 기술과 전기열소 냉매 연구가 저명 학술지에 실릴 정도로 인정받고 있으며, 복사/전기열소 기반 시스템은 새로운 형태로 큰 파급 효과 예상됨. 전자, 물리, 재료 분야 간 연구로 학문적 시너지 기대됨. 활용 계획: 이 기술은 건축물과 자동차에서의 에너지 효율적 온도 조절에 사용될 수 있으며, 장기적으로는 에너지 절약과 온실가스 감축에 기여할 것임. 또한, 연구 및 개발 과정에서 다양한 산업 분야와의 협업을 통해 시장 진입과 상업적 활용 가능성이 높음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이길주
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 수동 복사 냉각/가열;전기열소;고체 냉매;친환경 냉/난방;탄소중립; 2. Passive radiative cooling/heating;Electrocaloric effect;Solid-state refrigerants;Green cooling/heating;Net-zero emission;

□ 연구개요 수계 전해질 기반의 금속공기전지는 기존 상용화된 리튬이온전지와 달리 안정적이고 높은 에너지밀도를 갖고 있어 주목을 받고 있음. 특히 아연공기전지는 아연 금속의 높은 안정성 및 가격 경쟁력을 바탕으로 많은 기업이 아연공기전지기반의 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있음. 하지만 아연공기전지의 주요 문제점인 충⸱방전 시 일어나는 산소 환원 및 발생 반응의 느린 속도로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 가지 반응을 활성화할 수 있는 전기화학촉매는 필수요소임. 본 연구를 통하여 차세대 전기화학촉매 개발과 더불어 수계 전해질 기반의 금속공기전지 개발 및 시스템 최적화를 진행하였음. 더 나아가 방사광 X-선 기반 분석 기술을 이용하여 차세대 전기화학촉매의 반응 메커니즘을 규명하였음. 특히 금속 산화물 기반의 전기화학촉매는 전이금속과 산소 등으로 이루어진 결정구조로 X-선 회절 분석법을 통해 구조 분석이 가능함. 또한 차세대 전기화학촉매의 이해도를 높이기 위해서는 결정구조뿐만 아니라 물리 화학적 구조분석이 동시에 이루어져야함. 특히 방사광 X-선 기반 분석 기술 중 물질의 전자구조와 원자들의 거리에 따른 정보 등을 파악할 수 있는 X-선 흡수 분광법을 통하여 연구를 진행하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 통하여 최종 목표였던 피로클로르 산화물 (pyrochlore, A₂B₂O₇) 기반의 차세대 금속공기전지용 전기화학촉매를 개발하였음. 특히 비스무트 (Bi) 및 이트륨(Y) 등의 다양한 A-site 금속들과 4d 오비탈 기반의 루테늄 (Ru) 및 5d 오비탈 기반의 이리듐 (Ir) 등의 B-site 전이금속들을 이용하여 우수한 산소 환원 및 발생 반응 (ORR/OER)을 나타내는 차세대 전기화학촉매를 개발하였음. 더 나아가 선정된 피로클로르 산화물 기반의 전기화학촉매 후보 물질에 대하여 방사광 X-선 기반 분석기술을 이용하여 구조적 이해도 향상을 통한 디자인 전략을 수립하였음. 이를 위하여 경 X-선 기반의 흡수 분광법을 이용하여 금속 산화물 기반의 차세대 전기화학촉매 내에 존재하는 다양한 금속 및 전이금속의 전자 및 국부 구조를 분석하였음. 특히 피로클로르 산화물내의 A-A, A-B, B-B, A-O 및 B-O 등의 다양한 결합에 대한 길이와 각각의 원자에 대한 배위수 분석을 통하여 국부 구조 파악이 가능하였음. 또한 in situ X-선 흡수 분광 분석용 삼전극 전지 개발을 통하여 산소 환원 및 발생 반응 시 발생하는 전기화학촉매의 물리 화학적 변화를 분석함으로써 반응 및 열화 메커니즘을 규명하였음. 더 나아가 본 연구를 통해 개발한 피로클로르 산화물 기반의 공기 양극을 이용하여 아연공기전지의 충⸱방전 성능을 향상시켰으며 친환경적인 차세대 전지 기술로 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 개발된 전기화학촉매는 금속공기전지 뿐만 아니라 동일한 산소 환원 및 발생 반응을 활용하는 수소연료전지의 성능 향상에도 기여할 것으로 기대함. 더 나아가 차세대 전지 및 에너지 소재 연구와 방사광 X-선 기반 분석 기술의 융합을 통해 시너지 효과를 기대함. 특히 금속공기전지는 친환경적인 차세대에너지원으로써 리튬이온전지, 태양전지 및 수소연료전지와 함께 전기자동차와 다양한 전자기기 등에 활용되어 녹색 기술 구현이 가능함. 또한 최적화된 방사광 X-선 기반 분석 기술의 활용 범위를 전지 산업 및 타 연구 분야로 확대함으로써 융합 연구를 선도하고 산업화에 이바지할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박주혁
• 주관연구기관 : 계명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전기화학촉매;피로클로르 산화물;아연공기전지;X-선 흡수 분광법;방사광; 2. Electrocatalyst;Pyrochlore oxide;Zinc-air batteries;X-ray absorption spectroscopy;Synchrotron radiation;

□ 연구개요 세기조절방사선치료(IMRT)는 종양에 근접한 정밀 치료로, 치료 효과를 높이고 정상 조직의 손상을 줄인다. 환자별 품질 관리(QA)의 정확성이 중요하며, 현재 감마 분석 방법은 선량 분포 오류 감지에 한계가 있다. 이에 따라, IMRT 치료의 안전성과 정확성을 높이기 위해 오류를 정밀하게 감지할 수 있는 환자별 오류분석·예측 연구의 필요성이 대두되었다. 본 연구는 IMRT의 기계적 오류를 분석하고 예측하는 모델을 개발 및 최적화했다. 연구는 인체 모사 팬텀을 이용한 시뮬레이션, 환자 데이터를 바탕으로 한 오류 패턴 분석, 그리고 다양한 치료기와 프로토콜에 적용하여 모델의 유효성 및 실용성 평가로 진행되었다. □ 연구 목표대비 연구결과 세기조절방사선치료(IMRT)의 효과적인 환자별 정도 관리(Quality Assurance, QA)를 위한 오류분석 및 예측 모델 개발에 초점을 맞추었다. IMRT는 정밀한 치료 기술로서 종양에 대한 치료 효과를 극대화하고 정상 조직의 피폭을 최소화한다. 이러한 치료법의 복잡성으로 인해, 환자별 QA의 정확성이 중요해지고 있으며, 기존의 감마분석 방법으로는 선량 분포의 오류 감지와 임상적 영향의 반영에 한계가 있다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 1차년도에 환자모사 팬텀을 사용하여 치료기의 기계적 오류를 시뮬레이션하고 오류 패턴을 분석하였다. 이를 바탕으로, 2년차에는 실제 환자 데이터에 대한 오류 시뮬레이션을 진행하고 분석하여 기계적 오류와 Organs at Risk (OAR)의 Dose-Volume Histogram (DVH) 변수 간의 상관관계를 규명했다. 이러한 분석을 통해, 감마라디오믹스와 SSIM 결과를 기반으로 머신러닝 기술을 적용한 IMRT 환자별 정도관리 오류분석·예측모델을 개발하였다.3년차에는 개발된 모델의 최적화를 실시하고, 다양한 치료기와 치료 프로토콜에 모델을 적용하여 그 유효성 및 실용성에 대해 평가하였다. 이 과정에서 모델의 임상적 효과를 검증하여, 실제 치료 환경에서의 적용 가능성을 확인했다. 연구 결과, 본 연구가 개발한 IMRT 오류분석·예측모델은 기존의 감마분석 방법이 가지고 있는 한계를 극복하고, IMRT 치료 과정에서 발생할 수 있는 기계적 오류를 보다 민감하게 감지하고 예측할 수 있는 능력을 보였다. 이로 인해 환자별 QA의 정확성이 향상되어, 환자의 안전과 치료 효과를 동시에 높일 수 있는 기반이 마련되었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 개발된 IMRT 오류분석·예측모델은 방사선 치료의 정밀성을 획기적으로 향상시키고, 환자별 정도관리(QA)의 불확도를 줄임으로써 임상적 영향을 정확하게 판단할 수 있는 새로운 기준을 마련할 것입니다. 이는 환자의 안전과 치료효과를 동시에 높이는 데 결정적인 역할을 하며, 머신러닝 기술을 이용한 예측 모델은 임상 결정에 중요한 정보를 제공하게 될 것입니다. 또한, 양성자 치료와 중입자치료 등의 다양한 방사선 치료 방식에 모델을 적용함으로써, 방사선 치료의 개인화와 정밀도를 더욱 실현할 수 있습니다. 이와 함께, 본 연구성과는 국내외 기관과의 협력을 통한 환자별 정도 관리 시스템 구축과 방사선 치료 품질 관리 프로그램의 상품화로 이어질 것이며, 방사선 치료뿐만 아니라 다른 의료 분야에서도 중요한 기초 자료로 활용될 가능성을 내포하고 있습니다. 이러한 연구성과는 향후 방사선 치료의 안전성과 효과를 극대화하고, 의료 서비스의 질을 한 단계 높이는데 크게 기여할 것으로 기대됩니다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 신희순
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세기조절방사선치료;환자별정도관리;라디오믹스;머신러닝;구조적 유사성 지수; 2. Intensity-Modulated Radiation Therapy;Patient-Specific Quality Assurance;Radiomics;Machine Learning;Structural SIMilarity(SSIM) Index;

□ 연구개요 근치적(Definitive) 방사선치료(Radiation therapy, RT)를 받는 악성 고형암 환자에서 머신러닝 기반의 조기 치료반응 예측 시스템을 구축하고 이를 방사선민감성(Radiosensitivity)에 따른 보정 방사선치료계획(Adaptive RT planning)에 이용하여 치료지수(Therapeutic index)를 높이는 정밀 방사선치료 구현을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 머신러닝 기반 보정 방사선치료 연구를 위한 데이터베이스 및 연구플랫폼 구축 • 연구개시와 함께 토론토의대 연구진과 협력하여 인공지능 연구 클러스터를 벤치 마킹하여 데이터베이스를 구축하였음. 데이터 관리를 위해 전문업체와 협업중임 • 방사선치료 관련 영상 데이터베이스를 활용하여 카이스트, 연세암병원 등과 공동 연구를 진행 중이며 현재 추진중인 다국적 공동연구에 활용 예정임 2) 라디오믹스(Radiomics)를 활용한 조기 치료반응 예측 시스템 구축 및 임상적용 • 식도암 환자대상 texture analysis 연구결과 논문 게재 및 관련 특허 출원 • 자궁경부암 환자 MRI 데이터 분석하여 예후 예측 관련 논문 게재 • 비인두암 환자 방사선치료 정도관리(QA)에 따른 재발률 분석 및 논문 게재 • Distributed learning 기법을 통한 인공지능 모델의 효율성 향상기법 개발하여 논문 submission 하여 리뷰 중 • 원격전이/국소재발 관련 인자 예측 위한 라디오믹스 모델 개발중임 3) 자동 윤곽형성(Auto-segmentation, auto-contouring) 시스템 개발 및 임상 적용 • 기존 딥러닝 모델 중 best 모델 선정하여 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 clinical acceptability 논문 submission 하여 리뷰중 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 유효성 평가 시 바이어스 발생에 대한 논문 작성 중 • 연합학습(federated learning)을 통한 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발을 주제로 다국적 연구 추진중 • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 자동윤곽형성에 적용, 후속연구 진행 중 4) 조기 치료반응 예측 및 방사선민감성 유도 보정방사선치료 연구 • 2021년 8월 MR-LINAC 치료 시작하여 2년간 700명 환자 데이터 수집함 • 전립선암 환자의 MR 영상유도 데이터 분석 및 논문 게재 • 간암 대상 전향적 연구 통해 MR 영상데이터 수집 중. 후향적 연구결과 학회보고 • 뇌종양의 MR 영상유도 치료 관련 초기 데이터를 분석, 논문 submission 중 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 본 연구를 통해 개발한 데이터베이스는 방사선치료 관련 (진단용, 방사선치료 설계용, 치료 후 반응평가용) 영상 데이터와 함께 환자의 임상 데이터를 포함하고 있어 다양한 연구에 활용이 가능함. • 환자자료, 조직검사 결과 등을 토대로 근치적 치료 후 치료결과와 예후를 미리 예측하려는 노력은 계속 시도되고 있으며 영상자료를 통한 라디오믹스 연구는 치료 전, 치료 중, 치료 후 영상을 활용할 수 있고 기존 예후인자에 추가하여 분석할 수 있어 데이터의 양과 질을 높이는게 기여할 수 있음 • 방사선치료 설계와 치료전달에 있어 자동 윤곽형성 모델은 치료시간 단축과 variability를 줄이는 효과가 있음. 본 연구를 통해 개발된 자동 윤곽형성 모델은 다국적 후속연구를 통해 외부검증과 임상적용 예정임. • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 구역 자동윤곽형성에 적용하여 새로운 application과 모델을 개발하였음 • 기존의 인공지능 기반 모델은 개발과 검증 단계에서 종료되는 경우가 대부분이었으나 본 연구는 인공지능 모델을 개발하여 임상에 적용하는 연구로 실제 환자 치료에 있어 인공지능 모델의 효율성을 확인하는데 적합한 연구임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김준원
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 고형암 방사선치료;예후예측;인공지능;라디오믹스;자동윤곽 형성; 2. Solid tumor radiotherapy;Prognosis prediction;Artificial intelligence;Radiomics;Auto-segmentation;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 핵 대칭에너지는 한국형 중이온 가속기인 RAON (Rare isotope Accelerator complex for ON-line experiment)의 LAMPS (Large Acceptance Multi-Purpose Spectrometer) 실험에서 가장 중요한 관측량이다. 그리고 중이온-중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 모두 관측하여 산출하는 집단 흐름 (collective flow) 계수 측정은 이 핵 대칭에너지를 관측하는 데 중요한 요소 중의 하나이다. 집단 흐름 계수 측정은 중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 넓은 영역의 의사신속도 (pseudorapidity) 영역에서 관측하는 게 중요하다. 그러나 현재의 LAMPS 실험은 중이온 충돌 후 생성되는 총 하전 입자들 중 전방(forward)으로 빠져나가는 약 40%의 하전 입자들을 관측할 수 없다. 본 연구의 목표는 LAMPS 실험에서 전방 영역에 하전 입자를 관측할 수 있는 검출기 후보를 연구하고 설치하여 중이온 충돌 후 발생하는 전 방위의 하전 입자를 관측 가능하게 하는 것이다. 나아가 LAMPS 실험의 핵심 목표인 다양한 핵물질의 핵 대칭에너지 연구에 기여하는 것이다. ○ 전체 내용 1) RAON의 LAMPS 실험에서 전방 검출기의 유력한 후보를 연구 LAMPS 실험의 주요 하전 입자 가스 검출기인 TPC 검출기 바로 바깥쪽에 하전 입자를 관측할 수 있는 전방 검출기의 유력한 세가지 후보를 연구하고 그 중 하나를 설치하는 것이다. 중이온-중이온 충돌 후 타겟에서 나오는 하전 입자들 중 TPC의 전방 영역을 통과할 때에는 TPC에서 해당 입자들을 잘 관측할 수 없다. 이 영역은 TPC의 하전 입자 운동량 분해능이 매우 낮은 영역이기 때문이다. 더욱이 이 영역은 중이온-중이온 충돌 시 생성되는 총 하전 입자의 약 40%가 통과하는 영역으로 현재 LAMPS의 검출기로는 LAMPS 내부의 타겟에서 생성되는 총 하전 입자 정보의 약 40%를 연구에 활용하지 못 하게 된다. 이 전방 영역에 하전 입자 검출기를 설치하여 중이온-중이온 충돌 시 나오는 100%의 하전 입자 정보를 핵 대칭에너지 연구에 활용하는 게 본 연구의 주요 내용이다. 2) 유력한 검출기 후보들 중 결정된 전방 검출기를 제작 2-1) 전산모사를 통해 얻은 파라미터를 바탕으로 조건에 맞는 검출기 구조를 설계한다. 2-2) 검출기의 아날로그 정보를 처리하고 검출기를 제어하는 전자보드를 연구하여 제작한다. 2-3) 검출기 테스트 시스템을 구축하고 검출기 시제품을 제작한다. 2-4) 검출기 테스트 시스템을 활용하여 검출기 시제품 특성을 연구하고 성능 요구에 부합하는지 확인한다. 2-5) 빔 테스트를 통하여 전방 검출기의 최종 성능 요소를 확인한다. 2-6) 전방 검출기의 전자보드에서 나온 시그널 정보를 이용하여 하전 입자를 재구성 하는 프로그램을 제작하고 LAMPS의 재구성 프로그램 패키지에 이식한다. 3) 제작한 전방 검출기를 설치한다. 3-1) 1~3년차 동안 연구 개발하고 제작한 전방 검출기를 LAMPS 실험에 설치한다. 3-2) LAMPS 실험에 전방 검출기와 전방 검출기의 하전 입자 신호를 처리할 전자 보드를 LAMPS 실험에 설치한다. 3-3) 전방 검출기와 다른 LAMPS 검출기들의 동조 테스트를 진행하여 최종 설치를 완료한다. 4) LAMPS 실험의 핵심 목표인 핵물질의 대칭에너지 연구에 기여 본 연구의 후반기 연구는 LAMPS 실험에 설치한 전방 검출기를 활용하여 RAON의 LAMPS 실험에서 중이온-중이온 충돌 후 나오는 넓은 영역의 의사신속도 영역에서 하전 입자를 관측하여 집단 흐름 계수 측정을 진행한다. 집단 흐름 계수 측정을 통해 LAMPS 실험의 핵심 목표인 다양한 핵종에 대한 핵 대칭에너지를 관측한다. 집답 흐름 관측 결과는 밀도 의존 핵 대칭에너지 함수의 1차 및 2차 도함수를 이론적 예측과 비교하여, 핵 대칭에너지를 측정한다. ○ 1단계 ● 연구 목표 1단계 연구목표는 LAMPS 실험에 새로운 전방 검출기를 설치하여 현재 LAMPS의 TPC 검출기를 통해 관측할 수 없는 전방 영역을 통과하는 약 40%의 하전 입자를 온전하게 관측할 수 있게 하도록 하는 것이다. 즉, 새로운 검출기는 기존 TPC와 연계하여 넓은 의사신속도 영역에서 핵 물질의 집단 흐름 계수를 측정할 수 있도록 해주며 LAMPS 실험의 연구 목표인 다양한 핵 물질의 핵 대칭 에너지 연구에 이바지하게 된다. ● 연구 내용 1) 전방 검출기 후보 선택과 후보 전방 검출기의 개념디자인 채택 1단계에서는 전방 검출기 후보를 다음과 같이 고려하였다. 첫 번째 후보 검출기는 DC(Drift Chamber) 가스 검출기이다. DC 검출기는 TPC와 같은 방식으로 하전 입자를 관측한다. 두 번째 후보 검출기는 실리콘 검출기이다. 마지막으로 세 번째 후보 검출기는 섬광 검출기를 이용하는 것이다. 위의 세 가지 후보 검출기에 대한 장단점 비교하여 가용한 예산과 인력을 고려하여 시제품 연구 및 개발을 위한 후보로 섬광 검출기를 선택하였다. 섬광 검출기 기반 시제품은 다음과 같이 구상하였다. 1 mm² 전후의 정사각형 단면을 지닌 섬광 섬유를 수평 혹은 수직 방향으로 배열하여 최소 검출기 단위를 만들며, 하나의 검출기는 각각 한 쌍의 수평 및 수직 배열을 갖춰 2차원 위치를 특정할 수 있도록 하였다. 섬광 섬유에서 발생한 광자 신호를 읽기 위해서는 섬유의 끝 단면에 광학 케이블(optical cable)을 연결하여 광자가 신호 수집 보드(read-out board)까지 도달하도록 유도하고, 전체적인 크기를 가능한 줄이기 위해 다채널 픽셀포토카운터(Multi-Pixel Photo Counter, MPPC)를 광자 센서로 사용한다. 다시 하나의 검출기는 팔각형(TPC 및 FTOF 역시 유사하게 팔각형을 이어 붙인 형태로 제작되어 있다)으로 제작하여 빔 파이프를 중심으로 동일한 팔각형 8개를 이어 붙여 1개의 층을 구성하도록 하였다. 2) 견본품 제작 및 시제품 시뮬레이션 개발 전방 검출기 시제품을 제작하기 이전에 팔각형 형태의 구조를 정사각형 구조로 간단히 구현하여 성능을 시험할 수 있는 시제품 제작을 위한 견본품 설계를 시작하였으며, 시행착오를 줄이고 실험 결과를 분석할 수 있는 시뮬레이션 구현과 분석 시스템에 노력하였다. 검출기의 성능과 위치를 최적화하기 위해서는 검출기 시뮬레이션도 진행하였다. 전방 검출기의 시뮬레이션은 LAMPS의 전용 시뮬레이션 프로그램인 KEBI를 활용하였다. 3) 견본품 제작 및 시제품 시뮬레이션 시제품 제작에 앞서, 시행착오를 줄이기 위해 견본품을 제작하였다. 견본품은 섬광 섬유와 MPPC를 사용하여 우선적으로 제작하였으며, 섬광 섬유와 MPPC를 구성하는 활성 감지 영역(active volume)에 사용되는 재료의 기계적, 물리적 특성을 파악하고 실제 시제품(최종 제품)의 구조를 제작하기 전에 특성을 연구하기 위해 제작되었다. 동시에, 실제와 동일하게 구현된 시뮬레이션을 통해 입자의 검출효율(reconstruction efficiency), 운동량 분해능 등을 테스트하였다. ○ 2단계 ● 연구 목표 전방검출기 견본품의 빔테스트를 완료하여 예상 성능과 비교한 후 실제 크기의 시제품을 제작한다. 제작한 시제품/견본품과 다른 LAMPS 검출기와 동조하여 시운전을 실시하여 LAMPS의 검출 성능을 확장한다. RAON의 고에너지 가속기 구간 건설의 연기로 인한 본 목표인 핵물질 대칭에너지 연구는 고에너지 가속기 구간 건설 이후의 미래 계획으로 남겨두며 저에너지 RAON 빔을 활용한 LAMPS 활용 과제를 발굴하여 실험 및 연구하고 연구결과를 실적물로 가시화한다. ● 연구 내용 1) 제작한 견본품의 빔 테스트, 방사선소스 테스트, 우주선 테스트 경주양성자가속기에 빔 이용 신청을 차년도에 다시 진행한다. 또한 다양한 다른 빔 테스트 장소를 물색한다. 또한 RAON의 NDPS의 중성자 빔을 이용하여 빔 테스트를 하는 계획도 병행하고 방사선 소스를 구매하여 방사선 소스에 의한 견본품 테스트 및 우주선 테스트를 진행하여 다른 시설의 의존성을 낮추고 다각도로 검출기 테스트를 진행한다. 2) 제작한 전방 검출기 시제품을 제작 1~3년차 동안 연구 개발하고 제작한 견본품의 빔 테스트/방사선소스/우주선 테스트를 완료하여 시뮬레이션에서 예상한 성능과 비교한다. 견본품 성능이 예상 성능에 근접하면 시제품의 제작단계로 이행한다. 견본품 성능이 예상 성능을 벗어날 때는 원인을 파악하고 성능이 벗어난 정도가 실제 실험결과에 영향을 주는 정도를 예측하여 시제품 제작 단계로 이행한다. 3) 제작한 전방 검출기 시제품과 다른 LAMPS 검출기와 동조 테스트 전방 검출기 시제품을 LAMPS의 다른 검출기와 조합하여 이용한다. 현재 RAON의 고에너지 가속기 구간의 설치가 연기되어 부득이하게 LAMPS 실험의 실제 가동도 연기된 상태이나 LAMPS 실험은 고에너지 가속기 구간이 설치되기 전까지 LAMPS 검출기들의 성능 테스트 및 우주선 테스트, 그리고 동조 테스트를 계획하고 있다. 시제품과 LAMPS 검출기들과 동기화하고 시운전 및 성능 테스트에 같이 참여한다. 4) LAMPS 활용 과제를 발굴 고에너지 가속기 구간 건설 연기로 LAMPS 실험의 실제 가동이 연기된 상태이나 저에너지 빔을 활용한 연구 주제를 발굴하며 LAMPS 일부 다른 검출기와 같이 시제품을 외국 시설에 활용하는 방안을 발굴한다. □ 연구성과 1단계 기간 동안 LAMPS 실험에서 요구하는 전방 검출기의 성능 사양을 정리하며 전산모사를 구현하여 최적의 위치 및 운동량 분해능을 갖는 검출기의 주요 파라미터를 계산하였다. 계산된 주요 파라미터는 LAMPS 실험에서 최적의 견본품 및 시제품을 제작하고 결정하는 데 사용하였고 사용할 예정이다. 시제품 제작에 앞서, 시행착오를 줄이기 위해 시제품의 구조를 단순화한 견본품을 제작하였다. 견본품은 섬광 섬유와 MPPC를 사용하여 우선적으로 제작 완료하였고 판독 보드와 수집 장비(DAQ)까지 구비하여 본격적인 우주선 테스트와 빔테스트를 할 수 있도록 모든 준비를 완료하였다. 2단계 기간은 전방 검출기 견본품의 빔 테스트를 완료하여 예상 성능과 비교한 후 실제 크기의 시제품을 제작한다. 제작한 시제품(혹은 견본품)과 다른 LAMPS 검출기와 동조하여 시운전을 실시하여 LAMPS의 검출 성능을 확장한다. 저에너지 RAON 빔을 활용한 LAMPS 활용 과제를 발굴하여 실험 및 연구하고 연구 결과를 실적물로 가시화한다. 해당 과제로 이희동 학부 학생은 학위 논문을 제출하고 졸업하였으며 가을물리학회에서 참여연구원인 김총 박사는 전방 검출기 제작에 대한 구두 발표를 실시하였다. 2단계에서는 연구성과물로 검출기 시뮬레이션 스터디와 검출기 제작 및 빔테스트, 그리고 주제 발굴한 연구에 대해 최소 3 편 이상의 SCR 논문을 출판 계획이다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 핵 대칭에너지는 RAON의 LAMPS 실험에서 가장 중요한 관측량이다. 그리고 중이온-중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 모두 관측하여 산출하는 집단 흐름 계수 측정은 이 핵 대칭에너지를 관측하는 데 중요한 요소 중의 하나이다. 특히, 집단흐름 계수 측정은 중이온 충돌 후 나오는 양성자와 중성자를 넓은 의사신속도 영역에서 관측하는 게 중요하다. 본 연구는 LAMPS 실험에 새로운 전방 검출기를 설치하여 현재 LAMPS의 TPC 검출기를 통해 관측하지 못 하는 중이온-중이온 충돌 시 생성되어 전방 영역으로 통과하는 약 40%의 하전 입자를 온전하게 관측하게 해준다. 즉, 본 연구는 중이온 충돌 후 나오는 모든 하전 입자를 관측 가능하게 해주며 넓은 의사 신속도 영역에서 핵 물질의 집단 흐름 계수를 측정할 수 있게 하여 LAMPS 실험의 연구 목표인 다양한 핵 물질의 핵 대칭에너지 연구에 이바지하게 된다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김범규
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전방검출기;한국형중이온 가속기;대수용다목적 핵분광장치;집단 흐름;핵대칭에너지; 2. Forward Detector;RAON;LAMPS;Collective Flow;Nuclear symmetry energy;

◻ 연구개요 사구체 특이적 lamin B1 cKO 마우스를 이용하여 노화, lamin B1, 사구체 기능으로 이어지는 유전적 경로의 상호 인과관계를 마우스의 개체수준에서 증명하고 lamin B1의 상위 신호전달경로 및 조절 기전을 규명함 ◻ 연구 목표대비 연구결과 ❍ 과제 계획서에서 제시한 연구목표 중 lamin B1에 의한 신기능 저하를 마우스와 초파리의 개체수준에서 분석하고자 하는 연구목표를 대부분 달성함 ❍ 구체적으로 성공적으로 진행한 연구는 다음과 같음 √ 마우스 사구체 각 세포의 노화에 따른 lamin B1 변화 측정 √ 사구체 특이적 lamin B1 KO 마우스의 생산 및 기본 분석 √ 사구체 특이적 lamin B1 KO 마우스의 분석을 통한 lamin과 신기능 간의 인과관계 확인 √ 초파리를 이용한 lamin B1의 신기능에서의 역할 및 상위 조절경로 규명 ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ❍ 연구과제의 활용 계획 √ 다양한 노인성 질환의 제어를 위한 새로운 모델 제시 √ 본 연구에서 사용된 실험모델을 활용한 다양한 공동연구 추진 √ 당뇨병성 신증 등 유사 신장 질환에 확대적용 ❍ 기대효과 √ 노인성 신기능 저하에 대한 lamin을 매개로 새로운 연구방법 활성화 √ Lamin B1 상위 조절 경로의 연구를 통해 신장 질환 치료 후보물질 발굴 √ 사회 전체의 노령화로 인해 급격히 증가하는 의료비 부담 완화 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김영조
• 주관연구기관 : 순천향대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 노화;핵막;라민 비1;사구체;족세포; 2. aging;nuclear envelope;lamin B1;glomerulus;podocyte;

□ 연구개요 본 연구는 저선량 방사선조사가 항염증효과를 나타내는 기전을 규명하고 임상연구 프로토콜을 개발하는 연구로 총 3년으로 계획되었음. 1차년도에는 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물 모델 탐색 및 구축하고자함. 2차년도는 저선량 방사선조사의 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색하고자함. 3차년도에는 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발하고자함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도: 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물모델 탐색 및 구축 - LPS의 기도삽관 및 기도절개 주입 방법 비교 예비실험을 통해 ALI 마우스 모델을 구축하고 저선량 방사선조사에 따른 항염증 억제 효과 확인을 위해 생존률 조사 및 폐렴 형성과 완화 과정을 CT로 실시간 측정하고 폐조직 분리 후 H&E 분석을 통해 염증 반응 양상을 확인하였음. 2) 2차년도: 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색 - LPS와 Bleomycin 염증 유도 효과를 비교하고 기도삽관 및 기도절개 주입법 차이를 비교하여 최종적으로 빛을 이용한 기도삽관으로 마우스 모델을 고도화하였음. - 0.5 Gy와 1 Gy 저선량 방사선조사의 염증 억제 효과 및 LPS 주입 후 24, 48, 96시간을 비교하여 방사선 조사조건의 변화에 따른 폐염증반응을 평가하였음. - 폐조직에서 싱글셀 준비 테스트로 BALF에서 세포수 및 세포생존율을 비교하고 면역세포 분포와 사이토카인 수치를 확인하였음. 3) 3차년도: 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발 - 폐조직에 대한 싱글셀데이터 생산 및 분석을 수행하였음. - 싱글셀 전사체 데이터 분석 결과를 기반으로 저선량 방사선에 의한 면역세포의 세포 단위별 영향과 기전을 확인하였음. - 전임상 데이터를 기반으로 임상 연구 프로토콜 작성하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기술적 측면: COVID-19의 전세계적 유행에 따라 저선량 방사선이 ARDS/ALI에 있어 임상적 효용성이 있을 수 있다는 조기 임상 결과가 발표되고 있지만, 이러한 항염증효과의 기전에 대해서는 아직 정확히 모름. 이는 중개연구로서 임상 -> 기초기전 연구의 필요성을 제기하였고, 본연구를 통한 기초자료는 다양한 염증성 질환으로 확대될 수 있음. 2) 경제적 측면: ALI/ARDS 관리를 위한 인한 중환자실 입원 기간의 감소 그리고 이로 인한 사망률 감소는 환자 및 병원 모두에 부과되는 경제적 부담을 줄여, 장기적으로는 국민 전체 중증 의료비 감소로 이어질 수 있음. 3) 임상적 측면: 치사율이 높은 ALI/ARDS의 치료 효과가 검증될 경우 이는 기존 ALI/ARDS의 관리법에 있어 중요한 발전이 될 수 있음. 또한 저선량 방사선치료의 항염증효과의 기전이 규명되면, 이를 활용하여 그 외 다른 염증성 질환, 예를 들어 염증성장질환의 급성 악화, 자가면역질환의 급성 악화, 골관절염의 급성 악화 등 다양한 형태의 항염증 효과에 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오동렬
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;급성페손상;염증반응;면역반응;단일세포분석; 2. Low-dose radiation therapy;Acute lung injury;Inflammation response;Immune response;Single cell RNA sequencing;