□ 연구개요 수막종은 성인에서 가장 흔한 원발성 뇌종양이며 세계 보건기구 조직 병리학 적 기준 (WHO 1 등급) 에의해 대부분 양성으로 간주됩니다. 현재 의료 영상은 수막종을 포함한 CNS 종양의 감별 진단 및 치료 계획에서 근본적인 역할을 합니다. 작고 안정적이며 양성인 수막종으로 판단되면 긴 추적 기간 동안 관찰되는 대기 및 관찰 방법이 이상적이며 비용을 절약 할 수 있는 옵션이 될 수 있습니다. 반면, 크기가 작더라도 성장 속도가 빠르거나 유전형 검사에서 악성 종양이 의심되는 경우 조기 수술 절제를 적극 권장합니다. 수술의 대안으로 방사선 요법이 수막종의 1차 치료로 수행되기도 합니다. 방사선 요법은 종양이 시신경 수막종과 같은 중요한 신경이나 혈관에 너무 가까워서 일부 절제 할 수 없는 경우, 환자의 수술에 대한 걱정, 혹은 환자의 열악한 건강 상태에 대한 우려로 인해 수술을 받을 수 없는 경우에 종종 시행됩니다. 또한 수막종이 불완전하게 제거되었거나, 높은 등급 및 재발성 종양의 경우, 방사선 요법은 대부분 남아있는 종양 세포를 파괴하고 성장이 재발하는 것을 방지하기 위한 보조 요법으로 수행됩니다. 종양의 영상 특성은 정량적 및 정성적 측정을 사용하여 설명할 수 있습니다. 새롭게 떠오르는 분야 인 Radiomics는 고차원 이미지 정보를 여러 계산 알고리즘을 통해 풍부한 수학적 데이터로 변환합니다. Radiomics는 활발한 임상 사례에 대해서 자동적이며, 재현이 가능하고 및 오류가 없는 평가를 촉진하는 영상 지도를 만들기 위해 대규모 이미징 기능을 활용하는 데 초점을 맞춘 새로운 정량 이미징 분야입니다. 상대적으로 제한된 인간의 시각적 관찰에서 주관적이고 정성적인 해석보다는 영상 데이터를 해석하는 객관적이고 정량적 인 접근 방식을 제공합니다. 이에 비해 영상학적 특징은 영상의학과 전문의가 시각적으로 평가하는 종양 특성 (예: 신호 강도, 뼈 침습, 괴사)입니다. 실제로 영상 분석을 통해 생성되는 엄청난 양의 정보는 시각적으로 인식 할 수 없는 조직 병리학 적 종양 정보에 대한 영상학적 정보를 제공하며 진단, 치료 및 예후에 적용할 수는 기술적 기반을 제공합니다. 우리가 아는 한, 영상 또는 조직 특성 분석을 기반으로 뇌수막종에서 방사선 치료 후 변화를 평가한 연구는 지금까지 보고 된 바가 없습니다. 우리는 일반적인 조영 증강 MRI를 기반으로 방사선 치료 후 수막종의 영상학적 정보 및 영상 특성 변화를 조사하려고 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 관찰군과 방사선 치료군 두 그룹 사이의 수막종의 최대 면적과 직경의 방사선학적 차이는 통계적으로 유의했습니다. 방사선 치료군에서 종양이 감소했습니다. 훈련 세트에서 총 241개의 시리즈와 1691개의 라디오믹스 특징이 추출되었습니다. 단변량 분석에서 24개의 라디오믹스 특징이 두 그룹 간에 유의하게 달랐습니다(P<0.05). 최상의 하위 집합(subset)은 AUC가 0.87인 original-based feature 1개, fisr-order based feature 3개 및 wavelet based features 6개로 다변량 분석에서 유의미한 차이(P < 0.05)를 나타냅니다. 모델을 적용했을 때 AUC는 training set과 validation set에 대해 각각 0.76과 0.79였습니다. 수막종의 경우 방사선 치료 후 더 나은 크기 감소를 기대할 수 있다. MRI를 이용한 라디오믹스 모델은 방사선 치료 후 radiomic features에 상당한 변화를 보였습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기대효과 수막종에 대한 방사선 치료는 양성 수막종 (WHO grade 1)에 대한 크기억제에 효과가 있으나 anaplasticor malignant meningioma에 대해서는 크기 억제에 대한 효과는 크지 않을 확률이 놓으며 방사선 치료의 전후의 영상정보 특성은 wavelet-LLH, original shape, wavelet-LHL등의 변화 및 방사선학적 특징 변화는 대체로 크기 감소 및 조영 증강의 감소 등으로 예상됩니다. 2) 활용방안 방사선 치료 후 유의미한 차이를 보이는 방서선 정보 (Radiomics) 와 영상의학적 특징 (Radiologic appearance)을 확인함으로써 수막종의 치료효과를 예측하는 biomarker을 찾고자 합니다. 이 biomarker가 필요한 이유는 수막종의 치료전후의 조직검사가 용이하지 않기 때문이다. 추후에 biopsy결과가 있는 것과 방서선 정보(Radiomics) 와 영상의학적 특징을 비교하는 추가 연구가 필요할 것으로 사료됩니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은수
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 라디오믹스;수막종;방사선치료;영상의학;자기공명영상; 2. Radiomics;Meningioma;Radiation therapy;Radiology;MRI;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 토모테라피 치료계획에 사용되는 여러 매개변수와 DQA 결과의 상관관계 분석 및 Dosiomics를 통한 선량분포와 DQA 결과의 상관관계를 분석하고 이에 따른 feature들로 복합적인 머신러닝을 구성하여 DQA 결과를 예측하고 치료계획 시 조정이 필요한 매개변수를 제시하는 인공지능기반 시스템을 구축하는 것임. 최종적으로 토모테라피 치료 정확도 및 안정성 향상을 위한 인공지능 기반 방사선 치료계획 보조 시스템(RTP assistant system)을 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 가톨릭 중앙의료원 산하 병원에서 수집한 다양한 토모테라피 시스템 기반 암환자의 치료계획 및 DQA 결과 데이터를 기반으로 다양한 환자 집단의 데이터를 확보함. - 수집된 데이터를 기반으로 방사선 치료계획과 DQA 결과 간의 상관관계를 분석하고 특정 치료계획 매개변수가 DQA 결과에 미치는 영향을 확인함. - 연구에서 개발된 다양한 회귀, 분류, 앙상블 모델을 비교 분석한 결과 Voting Classifier와 Stacking Classifier가 가장 높은 성능을 보임. - 토모테라피 치료계획의 매개변수 조정과 선량분포의 변화가 DQA 결과에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 모델 성능 향상 및 최적화 - 모든 모델에 최적화 된 하이퍼 파라미터들을 적용하여 임상 현장 활용을 위한 예측 성능 평가를 수행함. - 도출된 파라미터들을 재계획에 반영 후, Pass rate 평가를 통해 인공지능 기반 토모테라피 방사선 치료계획 보조 시스템을 구축함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [연구과제의 활용계획] － 본 연구를 통해 토모테라피 DQA 결과를 예측하는 모델을 개발함으로써 DQA 측정 전에 실패할 가능성이 있는 치료계획을 미리 확인할 수 있음. 이는 임상 적용 시 DQA 시간과 비용을 줄일 수 있으며 치료계획의 정확도를 보장할 수 있음 － 가톨릭 중앙의료원 산하 병원 데이터를 이용함으로 Tomotherapy Hi-art, Radixact X7, Radixact X9 등 모든 토모테라피 시스템에 적용할 수 있음. － 개발한 시스템을 기반으로 토모테라피 포함 다양한 방사선치료 장비를 이용한 IMRT, SBRT, SRS 등의 다양한 치료기법의 방사선 치료계획 데이터를 수집 및 연구하여 인공지능 기반 통합 DQA 분석 프로그램을 개발할 수 있으며, 인공지능 기반 방사선치료 보조 시스템으로써 고정밀 방사선치료의 정확도를 향상시킬 수 있음. [기대효과] 1. 기술적 측면 - 본 연구기관에서는 다양한 토모테라피 장비(Hi-Art, TomoHD, Radixact X7, Radixact X9)와 치료방식(Tomo-helical & Direct)이 가능하여 광범위한 환자 데이터 수집 가능함. 이러한 환자 데이터들을 학습시킴으로써 한 가지 조건에 국한하지 않고 범용적으로 토모테라피 치료에 적용 가능함. - 본 기관에서는 상기 내용과 같이 다량의 축적된 데이터를 수집 및 학습시킬 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문에 결과 예측 모델에 대한 높은 정확성을 기대할 수 있음. 2. 경제적 ․ 산업적 측면 - DQA를 실시했을 때 결과를 기준으로 허용범위 이내면 치료를 진행하지만, 벗어나는 경우 재치료 계획을 시행해야 함. 본 연구를 통해 결과에 영향을 미치는 치료계획 매개변수를 미리 파악하고 이를 고려한 치료계획을 진행한다면 방사선치료를 위한 준비 시간이 단축될 것이며, 단축된 시간만큼 치료 시간을 확보할 수 있음. - 방사선치료 수요가 증가함에 따라 방사선치료 기술에 대한 시장성이 큰 현단계에서 개발한 시스템에 대한 전략을 세워 독보적인 위치를 확보한다면, 시장 선점에 따른 수입대체 및 수출로 인한 국부 증대가 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강영남
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 토모테라피;환자별 선량전달 정도관리;인공지능;방사선치료계획 매개변수;정도관리 통과율 결과 예측; 2. Tomotherapy;Patient-specific Delivery Quality Assurance;Artificial Intelligence;Radiation Treatment Plan Parameter;Prediction of Quality Assurance Passing Rate;

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;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 자기 거울 플라즈마 기반 중성자 발생 장치 개발에 요구되는 자기 거울 플라즈마 성능 개선을 위해 필요한 자기 거울 플라즈마에 대한 물리적 이해 증진 ◼ 전체 내용 본 연구개발과제는 크게 두 가지 큰 역무로 나누어 진행되었음. 첫 번째 역무는 자기 거울 플라즈마 물리 연구를 위한 실험적 기반을 다지는 것으로, 소스 플라즈마 파워 시스템 개선, 밀도 측정을 위한 간섭계 개발, 분광계 데이터 해석을 위한 충돌 방사 모델 개발, 불안정성 구조 분석을 위한 자기 탐침 어레이 개발 연구를 수행함. 두 번째 역무는 자기 거울 플라즈마 이해 증진을 위한 실험 연구를 수행하는 것으로, 자기 거울 플라즈마 성능에 불안정성이 미치는 영향 분석, 소스 플라즈마 파워, 자기장 크기 및 구조와 같은 여러 실험 조건이 자기 거울 플라즈마 성능에 미치는 영향 관찰, Expander 조건 변화가 플라즈마 성능에 미치는 영향 연구를 수행함. □ 연구개발성과 본 연구개발과제의 연구 성과는 크게 두가지로 나눌 수 있음. 첫째는 자기 거울 플라즈마 물리 연구를 위한 실험적 기반을 확보한 것이고, 둘째는 자기 거울 플라즈마 물리 이해를 증진하기 위한 물리 실험을 수행하여 플라즈마 성능 변화 요인과 플라즈마 성능 제어 방안을 모색한 것임. 자기 거울 플라즈마 물리 연구 수행을 위하여, 소스 플라즈마 파워 시스템을 물리 연구에 적합하도록 개선하였으며, 반도체 기반 플라즈마 가열 시스템을 구축하여 향후 플라즈마 성능 향상을 위한 실험 환경을 마련하였음. 이와 더불어, 간섭계를 개발하여 선적분 밀도를 측정하였으며, 분광계 데이터 분석을 위한 충돌 방사 모델을 개발하여 전자 온도 및 밀도를 추정 후 타진단과의 비교를 통해 모델 개발 방향의 타당성을 확인할 수 있었음. 추가로, 자기 탐침 어레이를 개발하여 플라즈마 내 존재하는 불안정성의 방사 방향 구조를 성공적으로 추정하였음. 이와 같은 연구 성과들을 통하여 자기 거울 플라즈마 물리 연구를 할 수 있는 실험 시스템을 구축하였음. 구축한 실힘 시스템을 바탕으로 자기 거울 플라즈마 물리 실험을 수행하였음. 기존 실험을 통해 파악한 플라즈마 성능 제어 파라미터들인 소스 플라즈마 파워, 자기 거울비 변화에 따른 플라즈마 성능과 플라즈마 내 불안정성 변화를 본 과제를 통하여 개발한 진단 장치 및 기술을 활용하여 측정하였고, 플라즈마 성능과 불안정성 크기 사이의 연관 관계에 대하여 분석함으로써 플라즈마 성능 변화 요인에 대해 추정할 수 있었음. 또한, expander의 collector 위치를 조정하여 플라즈마 중심의 성능이 변화할 수 있음을 관찰하였고, 본 결과를 통해, collector 위치와 같은 expander 환경을 조정하여 자기 거울 플라즈마 성능을 제어할 수 있는 가능성을 확인하였음. 본 연구를 진행함에 있어, Khalifa 대학의 Kourakis 연구팀에 연구 결과를 공유하고, 같이 논의하여, Kourakis 연구팀과 향후 공동 연구를 추진할 수 있는 기반을 마련하였음. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연구개발성과를 통해 플라즈마 물리 연구에 적합한 자기 거울 플라즈마 실험 시스템을 구축하고 자기 거울 플라즈마에 대한 이해를 증진할 수 있어, 자기 거울 플라즈마 성능 향상을 위한 실험 기술 확보에 활용될 수 있을 것이며, 향후 자기 거울 플라즈마 성능을 향상시켜, 자기 거울 플라즈마 기반 중성자 발생 장치 개발에 이바지할 수 있을 것으로 기대됨 또한 본 과제를 통해 도출된 자기 거울 플라즈마 물리 연구 성과는 중성자 발생 장치뿐 아니라 핵융합 플라즈마 물리 연구, 반도체 제조 공정, 우주 플라즈마 물리를 포함한 기초 플라즈마 물리 연구 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 보임. 이와 더불어, 본 과제는 Khalifa 대학의 Kourakis 교수팀과의 공동 연구를 통해 수행되었으며, 본 과제 성과는 향후 Kourakis 교수님팀과의 장기간 공동 연구 진행을 위한 초석이 될 것으로 기대됨 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성충기
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 자기 거울 플라즈마;중성자 발생 장치;플라즈마 불안정성;플라즈마 진단;전자 번스타인 파동 가열; 2. Mangetic mirror plasma;Neutron source;Plasma instabilities;Plasma diagnostics;EBW heating;

□ 연구개요 본 제안은 병원 내부 시설에서 스티로폼 절단과 중금속 합금(납, 비스무스, 카드뮴 등)을 녹여 제작하는 기존 방사선치료용 차폐 블록(shielding block) 제작 방법의 문제점을 개선하기 위해, 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 절차를 정립하는 연구를 수행하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 가능성을 평가하는 연구 수행. 아래와 같은 세부 연구 내용을 목표로 함. 1. 재사용 가능한 방사선 빔 차폐 블록 제작용 금속 FDM(fused deposition modeling) 3D 프린팅 물질 개발 연구 -전자선 빔 몬테칼로(Monte Carlo, MCNP 코드 이용) 전산 모사를 통해 재사용 가능한 새로운 방사선 차폐용 금속 FDM 3D 프린팅 물질 발굴: 적합한 금속 파우더 2 종류와 고분자 바인더(결합제, 가소제, 윤활제로 구성) 조성비 도출. -시험용 시편 제작 및 방사선 선량 측정/평가를 통한 최종 후보 물질 선정. -분쇄, debinding, sintering을 통한 차폐 블록 재사용 방법 고안 및 바운딩 재료 변경을 통한 재사용 횟수 증대 연구 수행. 2. 3D 프린팅을 위한 전자선 빔 차폐 블록 자동 설계 프로그램 개발 연구 -방사선치료계획 정보 해석을 통해 치료기(Varian사 선형가속기 기준)에 장착 가능한 차폐 블록 설계 및 3D프린터로 출력 가능한 파일(STL) 변환 프로그램 연구. 3. 3D 프린팅을 이용한 친환경 전자선 빔 차폐 블록 제작 시스템의 임상 적용 연구 -유방 암 및 두경부 체표 종양 환자의 전자선 빔 치료용 차폐 블록 제작 및 임상 적용 가능성 평가, 임상 적용 절차서 개발 연구. 위 게획한 목표를 모두 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 과학/기술적 효과: 본 연구는 관련 분야 최초의 연구로 방사선치료뿐만 아니라 영상의학, 핵의학을 포함한 의료기기용 차폐체, 차폐 시설 제작 등에 적용 가능한 원천 기술로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 경제/산업적 효과: 기존 대비 약 1/8의 면적과 1/10의 저비용으로 친환경 제조 공정 구축이 가능하여 방사선 관련 의료 장비 산업 분야 파급효과가 매우 큰 새로운 산업 모델로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 사회적 효과: 친환경 제조 공정으로 작업 공간 내 중금속 오염 위험 감소, 작업자 안전 향상, 폐기물 재활용 등 친환경 제작 공정 구축에 크게 기여할 것으로 생각됨: 병원내 공작실 대체. ○ 임상적 효과: 전자선 빔 치료뿐만 아니라 양성자 및 X-선, 근접방사선치료 등에서 방사선 빔 조형 및 특수 방사선 치료용 차폐체 제작 정확도를 향상하고 제작 환경 개선에 크게 기여할 것으로 생각됨. 특히 환자 맞춤형 차폐체 제작에 적극 활용될 것으로 생각됨. ○ 연구를 통해 관련 제반 지식을 정립했으며 기술적 한계를 극복하여 새로운 제작 기술 개발에 성공함. 본 연구 결과를 근거로 기업과 공동으로 산업화 과제 도출 및 새로운 의료 기기 제조 모델 구축 연구로 확장하고자 함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 주상규
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 삼차원 프린팅;방사선 차폐 블록;재사용 금속 3D프린팅 물질;방사선치료; 2. 3D printing;radiation shielding block;reusable metal 3D printing material;radiation therapy;

□ 연구개요 본 연구는 방사선 유도 종양엑소좀을 암치료제로 개발하기 위한 가능성을 연구하는 기반 연구로, 방사선 유도 종양엑소좀에 의한 종양의 성장변화를 확인하고, 정량/정성적 분석을 통해 유의미한 인자를 발굴하고자 하였음. 총 3년으로 계획되었고, 1차년도에는 다양한 종양 세포주를 이용한 동물모델에서 방사선 유도 종양엑소좀의 분리법을 최적화하였음. 2차년도에는 분리된 종양엑소좀에 대해 질량분석법과 바이오인포매틱스 분석을 통해 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 내 특이적 단백질들을 프로파일링하였음. 3차년도에는 방사선 유도 종양 엑소좀의 항암활성 기능을 마우스 종양 내 주입 후 성장 억제를 통해 확인하였고, 유세포분석 기반 면역세포 프로파일링을 통해 방사선 유도 종양 엑소좀이 T세포 활성화를 유도하고 특히 항 PD-L1 요법과의 병용 효과를 함께 확인하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도 목표: 방사선 유도 종양엑소좀의 분리 및 정량 분석 - 4T1 마우스 유방암 세포주를 대상으로 in vitro 와 in vivo 조건에서 방사선 조사 후 유도되는 종양 엑소좀을 분리하였음 - 분리된 엑소좀에 대해 나노입자분석을 시행하고 정량화 하였음 2) 2차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 종양 억제 기전 발굴 - In vitro 와 in vivo 조건에서 분리된 방사선 비유도/유도 종양 엑소좀에 대해 TMT 기반 proteomics 분석을 시행하였음 - 각 조건별 공통적/특이적 단백질 리스트를 확보함과 동시에 관련 pathway 분석을 완료하였음 3) 3차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 치료적 효용성 연구 - In vivo 종양 엑소좀의 생체 내 분포를 생물발광법으로 확인하였고, 분리된 수지 상세포에 처리 시 수지상세포의 활성도가 증가됨을 확인하였음 - 4T1 마우스 종양 모델을 수립하고 종양 내 주입시 방사선 유도 엑소좀이 비유도 엑소좀에 비해 종양 성장 억제 효과가 크다는 것을 확인하였음. - 항PD-L1 항체와 병용 시 방사선 치료군과 동일한 종양 억제 효과가 관찰되었음 - 유세포분석법과 효소면역측정법으로 평가한 결과 방사선 유도 종양 엑소좀은 종양내 세포 독성 T 세포의 활성도를 증가시켰고, 림프절에 수지상세포의 활성을 증가시켰으며 혈액 내 면역 증진 관련 사이토카인을 활성화시킴을 확인하였음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발 결과의 중요성 - 학문적/과학적 측면: 방사선 치료의 종양 억제 기전 및 엑소좀의 기여에 대한 의과학적 탐구 - 사회적/경제적 측면: 차세대 암치료제로 개발 가능성과 기술 선점 가능성 2) 연구 개발 성과의 활용 계획 및 기대 효과 - 본 연구에서는 in vitro 조건에서 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 대비 in vivo 조건에서 유도되는 엑소좀 내 발현되는 다양한 단백질들의 리스트를 확보하였음. - 방사선 유도 엑소좀의 항종양능이 일반 엑소좀에 비해 우수함을 확인하였음. - 방사선 유도 엑소좀은 향후 진단이나 치료 영역에서 활용 가능할 것으로 기대됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조원경
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 엑소좀;방사선 치료;암치료;단백체분석;항암면역; 2. Exosome;Radiation therapy;Cancer treatment;Proteomic analysis;immuno-oncology;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김이태
• 주관연구기관 : (주)에스에이치코리아
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 나노카본;하이브리드 소재;전자파 차폐;난방필름;콜로이드형 코팅소재; 2. Nanocarbon;Hybrid Materials;Electromagnetic Wave Shielding;Heating Film;Colloid type Coating Materials;

□ 연구목적 한국핵융합에너지연구원(KFE)과 독일연방물리기술원(PTB)의 한독 협력 네트워크 구축을 통한 방사선 치료와 기후 변화 대응에 필요한 분자-전자 반응 데이터 생산과 응용 기술 개발에 관한 국제 공동 연구 기반 확립 □ 연구내용 ○ KFE-PTB R&D 연구 협력 기반 구축 ­ 생체 기본 분자 2-propanol에 대한 2차미분산란단면적(doubly differential cross section: DDCS) 측정 실험 및 결과 해석(한국 연구자 PTB 방문 연구수행) ­ R-matrix 이론 계산 방법을 통한 저에너지 전자 영역에 대한 H₂O, CHON(CH₃)₂ 분자에 대한 미분산란단면적(DCS) 계산(독일 연구자 KFE 방문 연구수행) ○ 한독 협력 네트워크 구축을 위한 워크숍 ­ 국제 공동 연구 주제 발굴을 위한 한독 다기관 주제발표 및 협력 논의 ­ 기관 간 연구자 교류를 위한 정기 워크숍 개최 협의 □ 연구결과 ○ KFE-PTB R&D 연구 협력 기반 구축을 위한 연구자 교류 활동 ­ PTB DCS 측정장치를 이용한 2-propanol 분자의 2차 미분산란단면적(doubly differential cross section: DDCS) 데이터 측정 및 Modified independent atomic model(MIAM)/independent atomic model with screening corrected additivity rule(IAM-SCAR) 방법을 이용한 2-propanol 분자의 DCS 계산 수행 ­ R-matrix 이론 및 계산 방법 학습, 물분자(H₂O)와 CHON(CH₃)₂ 분자에 대한 R-matrix 계산 DCS 데이터 생산 및 비교 평가 ○ 한독 협력 네트워크 구축을 위한 다기관 워크숍 ­ 한독 R&D 네트워크 프로그램 워크숍을 통해 KFE-PTB 협력 네트워크 구축을 중심으로 KFE-MPIK, PTB-KRISS 협력 네트워크도 추가로 구축하는 등 다기관 협력 네트워크 구축 성과 달성 ­ DNA 손상, 방사선 방호, 이온/전자 발생 장치 개발, 전자 반응 데이터 생산 및 평가 등의 국제협력 연구를 위한 정기적인 교류 추진 □ 연구결과의 활용계획 ○ KFE-PTB R&D 연구 협력 기반 구축 확립 ­ 한국 KFE와 독일 PTB 간의 ‘방사선 치료와 기후 변화 대응’에 필요한 전자 반응 데이터 연구의 협력 기반 구축을 통해 두 기관의 양적, 질적 성장을 이루고, 해당 연구 분야에서 요구되는 양질의 데이터를 상호 보완적으로 생산, 평가하고 자체 데이터 플랫폼을 통해 보급할 계획 ­ 본 협력을 통한 분자-전자 반응 데이터 생산과 체계화는 방사선 치료 계획 수립 시 사용되는 Monte-Carlo simulator의 정확성을 높일 수 있어 항암 치료 시정밀한 방사선량과 정확한 치료 범위 결정에 따라 선별적 암 살상 효과가 높아지고 부작용을 줄일 수 있어 최적의 치료 효과를 볼 것으로 기대 ­ 최근 환경변화 및 영향에 관한 국민적 관심이 높아지고 있는데, 한독 협력을 통한 분자-전자 반응 데이터는 기후 변화, 오존층 파괴와 같은 대기환경 영향의 원인 규명, 영향 평가 및 오존 파괴 모델링 수립의 기초 데이터로 활용할 계획임 ○ 한독 협력 네트워크 구축을 위한 다기관 워크숍 개최 ­ 한독 R&D 협력 네트워크에 대한 필요성과 공감에 따라 KFE-PTB 중심의 다기관 R&D 협력 네트워크로 확장하여 지속적인 정기 교류와 연구 활성화에 활용하고자 함 (출처 : 연구결과 요약문 3p)

• 연구책임자 : 박연수
• 주관연구기관 : 한국핵융합에너지연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 전자충돌;미분산란단면적;총산란단면적;방사선 치료;기후 변화;국제협력;MC 시뮬레이션;데이터베이스; 2. Electron collision;Differential cross section;Total cross section;Radiation therapy;Climate physics;International cooperation;MC-simulation;Database;

□ 연구개요 항암 면역세포치료제의 체내 분포와 표적 종양 및 비표적 장기의 이동을 생체 분자영상을 이용하여 추적하고 평가하는 기술을 개발함. 당 대사공학 기술을 이용하여 항암 면역세포치료제에 표적능을 부가하고 생체 분자영상을 통해 표적능 분석을 수행함. □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도 연구개발목표 1. 면역세포 표지기술 개발 및 최적화 • 세포표지용 방사성추적자 후보 3종 중 최종 2종 선정 • 세포 내 이입 또는 세포막 단백질 표지를 이용한 표지 기술 개발 완료 • 각 방사성추적자의 접합체의 방사성동위원소 표지 조건 최적화 완료 2. 항암 면역세포 방사성추적자의 생물학적 특성 및 안정성 평가 • 면역세포 후보 2종 중 1종 선정 • 방사성추적자의 혈청 내 안정성 평가 완료 • 방사성추적자의 세포독성 평가 완료 • 방사성추적자 처리에 따른 세포 특성 변화 평가 완료 • 방사성추적자 세포표지 효율 최적화 완료 2차년도 연구개발 목표 1. 당대사공학 기반 표적리간드 결합기술 개발 • 당대사공학 기질 (기질 후보 2종 중 1종 선정) 기반 세포 표면 아민기 도입 및 표적 리간드 결합 기술 개발 완료 • 당대사공학 기질(2종)에 대한 세포독성 평가 및 표지반응 최적화 완료 • 표적리간드 결합 과정에 대한 세포독성 및 특성변화 평가 완료 • 표적리간드 결합 면역세포의 표적능 평가 완료 표적 항암 면역세포 방사성추적자의 약동학 및 표적능의 분자영상평가 • 소동물 PET/CT 분자영상을 이용한 체내분포 평가 완료 • 비임상 소동물 종양 모델에서 약동학 평가 (미수행) □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 당 대사공학 기반 표적리간드가 결합된 표적 항암 면역세포를 방사선동위원소로 표지하여 체내거동을 추적할 수 있도록 하는 기반 플랫폼 기술을 개발함. 이를 이용하여 유전자 조작 등의 복잡한 과정 없이 다양한 표적 리간드를 이용하여 적응증 맞춤형 표적 항암 면역세포치료제의 생산이 가능함. 항암 면역세포치료의 체내 거동을 핵의학 분자영상을 통해 확인함으로써 세포치료제의 약동학 및 약동학 분석이 가능하며, 이를 바탕으로 세포치료제의 치료효능을 예측하고 부작용을 최소화할 수 있도록 하는 용량결정에도 중요한 정보를 제공할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 송인호
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 항암;세포치료제;핵의학;분자영상;당대사공학; 2. Anti-cancer;Cell therapy;Nuclear medicine;Molecular imaging;Metabolic glycoengineering;

□ 연구개요 연구가설: 종양 제어를 위해 필요한 X-선 및 중입자치료 선량을 유전자발현을 통해 예측할 수 있음 연구목적: 다양한 인간 유래 암 세포주들의 X-선 및 중입자치료에 대한 반응성을 측정하고 RNA sequencing을 시행하여 치료 반응성과 연관된 핵심적인 유전자들을 찾고 이를 토대로 유전자 발현에 기반을 둔 환자 맞춤 선량 결정 모델을 만들고자 함 연구목표: 최종목표: 유전자 발현 기반의 X-선 치료 및 중입자치료의 필요선량 예측 모델 개발 세부목표: -X-선 치료 및 중입자치료 저항성 세포주 확립 -차세대염기서열분석을 통한 X-선 및 중입자치료의 반응성 조절 핵심 유전자 분석 -종양제어를 위해 필요한 방사선량 결정모델 개발 및 임상적 효용성 검증 □ 연구 목표대비 연구결과 X-선 치료 저항성 세포주 확립: -방광암세포주/대장암세포주/췌장암세포주/신장암세포주/흑생종세포주/구강암세포주/후두암세포주에서의 방사선 저항성 세포주 확립 및 surviving fraction 확인함 -각 저항성 세포주에서의 방사선치료 반응성에 따른 유전자 발현 분석함 차세대염기서열분석을 통한 X-선 반응성 조절 핵심 유전자 분석: -Radiation Resistance Target Gene Screening 시행함: RNA seq data 를 기반으로 GSEA 분석 및 Gene ontology 분석을 해서 SF2 value 혹은 Radioresistant vs. WT cancer 에서 Gene expression 차이가 있는 유전자를 분석함 -Prediction algorithms of Radiation Resistance with Target Gene Screening data 제시함: AI 를 바탕으로 Gene expression 패턴에서 방사선 저항성과 관련 있을 것으로 예상되는 타겟을 분석하여 그것을 바탕으로 방사선저항성을 예측 모델을 제시함 인공지능기반 x-선 방사선민감성 예측 모델 개발 및 방사선민감성 예측관련 유전체 발현 정보 추출 -구축된 코호트를 활용하여 인공지능기반의 방사선 민감성 예측 모델 구축 -예측모델 기반 특정 유전자 발현 정보 추출 및 방사선 민감성 예측 방정식 개발 중입자 치료기를 활용한 실험법 확립 -기존 방사선치료와 동일한 효과를 보이는 중입자선의 선량을 기존 방사선 선량과 매칭함 -중입자 조사 시 세포 배양 조건 등을 확립하고, 본 실험법을 토대로 실험 계획서를 구축함 -방사선 저항성 세포주를 활용하여 pilot test 진행함 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 방사선종양학의 맞춤 의료 기반 기술 마련 -연구는 시행되고 있으나. “아직까지 구현되지 못한” 맞춤 X-선 방사선치료를 위해 필요한 기반이 되는 선량 예측모델을 제시함 -최적의 방사선치료선량 결정을 통해 종양 제어율 증가 및 부작용 발생 감소에 기여함 -암 치료 향상에 기여 추가 연구 계획: 중입자 기반 방사선치료의 선량 결정 모델 연구 계획함 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 금웅섭
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;유전체발현;방사선저항성;예측모델; 2. radiotherapy;gene expression;radiation resistance;prediction model;