□ 연구개요 본 연구는 유럽핵입자물리연구소(CERN) SHiP (Search for Hidden Particles) 실험과 Compact Moun Solenoid(CMS) 실험에 활용될 기능이 개선된 입자선별 및 궤적측정(particle trigger and tracking) 비저항검출기 (resistive plate chamber; RPC)를 개발하고 이 방사선 기술을 응용하여 뮤온 래디오그래피와 입자선 치료에 적용할 방사선계측 기술을 개발하는 연구이다. □ 연구 목표대비 연구결과 CERN SHiP 실험 입자선별 및 궤적측정 비저항검출기 연구 1) CERN EP-DT 검출기 기체 연구의 일환으로 친환경 실험을 수행하기 위해 이태리바리 대학교 그룹에 실측 규모 RPC 3대를 제공. 연구 성과는 J. Instrumentation 18 P02022 (2023년 2월)에 게재함. 2) 소형 prototype 검출기를 제작 시험하여 2차원 tracking 기능을 검증함. 연구 성과는 국제 저명학회인 2020 RPC conference에서 발표하였으며 K. S. Lee, JINST 15 C11001 (2020년 11월)에 게재함. 3) 기능이 개선된 소형 SHiP RPC을 대상으로 친환경 검출기 연구를 수행하였으며 JKPS 80 1 (2022년 1월)에 게재함. 비저항 검출기 활용 우주선 뮤온 래디오그래피 기술 연구 핵반응로 연료 대상 뮤온 레디오그래피 몬테카를로 시뮬레이션과 단위 검출기 설계/제작/시험 결과는 2020년 11월과 2021년 11월 한국물리학회에 발표함. 비저항 검출기 활용 입자선 치료빔 검증 기술 연구 Biological tissue 대상 GEANT4 시뮬레이션과 다중겹 비저항 검출기를 설계/제작/시험하고 그 연구 성과를 2022년 CERN에서 개최된 9월 국제전문학회인 2022 RPC Conference와 2022년 4월 한국물리학회에서 그 연구 성과를 발표함. CERN Phase-2 LHC CMS 실험 iRPC에 대한 성능 검증 및 내방사선 특성 연구 CMS iRPC에 대한 quality Control protocol 완성하고 1차 제작된 iRPC gas gap에 대한 QC 검증과 데이터 베이스를 구축함. 본 연구진이 보유한 감마선 조사장치 활용 1차 내방사선 시험을 완료하였고 그 성과는 한국물리학회에서 수 차례 발표함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구성과: 1) CERN SHiP 실험 뮤온 궤적 맞춤 RPC 연구: SHiP 실험뿐만 아니라 유사한 뮤온 검출 기능을 요구하는 대형 입자물리학 실험에 기여한 바가 크다고 판단함. 2) CERN Phase-2 LHC CMS 실험 iRPC에 대한 성능 검증 연구: 제작된 RPC 검출기 성능 검사와 내방사선 특성을 검증하는 기준을 마련하는데 기여함. 3) RPC 기술 적용 뮤온 레디오그래피와 입자선 치료 검증 연구: 본 연구는 단순한 검출기 R&D 단계 연구가 아니라 입자물리학 분야의 새로운 물리학을 여는 첨단 실험을 위해 국내 검출기 기술을 적용하여 검출기 시스템을 완성하고 국내외 많은 연구진과 함께 당면한 입자물리학 목표를 달성하도록 돕는데 기여한 판단함. 활용계획: 1) CERN SHiP 실험 뮤온 궤적 맞춤 RPC 연구: 2025년 ~ 2028년 계획하고 있는 SHiP beam dump 실험에 활용 예정. 3) 비저항 검출기 활용 입자선 치료빔 검증 연구: 이태리 바리 대학교 연구진과 공동 연구를 추진하여 양성자 치료빔 검증 실험과 BNCT 연구에도 활용 예정. 4) CERN Phase-2 LHC CMS 실험 iRPC에 대한 성능 검증 연구: 향후 2년간 연구를 지속하여 2025년까지 iRPC 설치를 완료하는데 활용 예정. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이경세
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 비저항 검출기;중성미자 실험;하드론 치료;뮤온 래디오그래피;암흑물질; 2. Resistive Plate Chambers;Neutrino experiment;Hardron therapy;Muon radiography;Dark matters;

□ 연구개요 유방암은 면역원성이 부족하고, 면역억제성 종양미세환경을 가지고 있기 때문에 면역관문억제제에 대해 치료 저항성이 있다고 알려져 있음. 따라서 본 연구는 면역 억제를 방해하는 class I PI3K inhibitor, OX40 및 GITR agonist와 in situ tumor vaccination 효과를 유도하는 방사선치료 병용치료를 통한 면역관문억제제의 항종양면역효과를 극대화하고자 하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 1. PI3Kγ를 표적으로 하는 약제와 방사선 병합 효과 및 상호작용 기제 연구 - PI3Kγδ inhibitor는 Treg, MDSC 및 M2-TAM과 같은 면역억제세포를 조절할 수 있음을 확인함, 방사선 및 PD-1 blockade와 병용치료 시 면역조절효과를 보이며, 유의하게 항종양면역반응을 증진시켰음. - 이 연구의 결과는 European Journal of Cancer (2021)에 게재되었으며, 국내특허등록 및 미국특허출원을 하였음. 2. OX40를 표적으로 하는 약제와 방사선 병합 효과 및 상호작용 기제 연구 - anti-OX40를 PD-1 blockade 및 방사선을 병합하여 사용하였을 때 synergistic 한 종양성장 억제 효과를 확인함. 또한 anti-OX40는 Treg 면역억제세포를 저해하였고, 방사선과 병용치료 하였을 때 유의하게 항종양면역반응을 증진시킴으로써 PD-1 blockade의 효율을 극대화함을 밝힘. - 이 연구의 결과는 Cancers (2022)에 게재함. 3. GITR를 표적으로 하는 약제와 방사선 병합 효과 및 상호작용 기제 연구 - anti-GITR와 PD-L1 blockade 및 방사선을 삼중병합하여 사용하였을 때 상호작용에 의한 종양성장억제 및 항종양면역반응 효과를 확인함. - 이 연구의 결과는 International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics에 review가 진행 중임. 4. 인간화마우스에서 검증 및 면역유전체 연구를 통한 바이오마커 발굴 - 인간화마우스를 사용하여 환자유래종양 모델을 만들었고, PI3Kγδ inhibitor, 방사선 및 PD-1 blockade의 삼중병합요법의 항종양효과를 검증함. - 종양에서 RNA를 추출하여 전사체분석 (transcriptome analysis, RNA-seq)을 통한 종양 면역 관련 인자의 변화 분석 및 바이오마커와 pathway를 발굴함. - TCGA clinical 빅데이터 면역유전체 분석을 통해 PI3K gamma 혹은 delta 유전자에 대한 임상적 유용성을 검증함. - 이 연구의 결과는 European Journal of Cancer (2021)에 게재함. 연구종료기간까지 모든 연차 및 세부 연구목표 100% 달성 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 개발된 방사선 병합치료의 항종양면역반응 조절 기술 및 바이오마커는 난치성 암환자에 적용할 수 있는 실용화 기술로 개발하여 방사선의학 분야의 발전에 일조할 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김인아
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사선치료;항암면역치료;Class I PI3K 억제제;OX40 작용제;GITR 작용제; 2. Radiotherapy;Anti-tumor immunotherapy;Class I PI3K inhibitor;OX40 agonist;GITR agonist;

Ⅳ. 사업수행결과 1. 피폭 선량평가 기술 개발 1-1. 인체표준 팬텀모델이용 선량평가 검증 및 인체표준 물리팬텀 내 장기 선량 평가 구축 방사선 피폭 사고 시 선량평가는 환자의 치료방침을 결정하고 예후를 판단하기 위해 필수적이며, 인체표준 팬텀을 이용한 선량평가 시스템은 피폭환자의 선량평가에 유용하게 활용될 수 있음. 이에 본 연구과제에서는 성인 남녀 크기의 인체 물리팬텀 제작 및 유리선량계를 활용한 장기선량 시스템을 기반으로 인체 물리팬텀 기반 선량평가 시스템을 구축하였음. 또한, 인체 물리팬텀 및 인체표준 전산팬텀을 이용한 종합 선량평가 시스템의 검증을 위해 단순 및 복잡한 방사선장을 가정한 방사선 조사실험을 실시 하였으며, 인체 팬텀 기반 종합 선량평가 시스템은 외부피폭 상황에서 선량을 평가하는데 적용할 수 있을 것이라 예상됨. 1-2. 피폭진단키트 제작위한 바이오마커 발굴 및 유효성 확보 피폭환자가 받은 방사선량을 조속한 시일 내에 정확히 파악하는 것은 환자의 치료방침을 결정하고 예후를 판단하는데 필수적이며, 향후 발생할 수 있는 방사선의 만성효과에 대한 예측과 방사선 피폭이 원인일 가능성이 있는 질환의 원인 규명에 중요한 역할을 할 것임. 그러므로 방사선 피폭을 보다 편리하고 정확하게 진단할 수 있는 방사선 피폭손상 진단 바이오마커 개발이 필요함. 본 연구에서는 방사선 피폭 마우스림프구 세포를 이용하여 선별된 유전자군을 피폭 손상 진단마커로 사용하기 위해서 방사선 치료를 받는 환자의 방사선 치료 전/후 혈액을 채혈하여 생체 내 발현 변화를 분석하고, 피폭 전/후 유전자 발현량 및 FDXR과의 관련성 분석을 통해 진단마커로써의 유효성을 평가함. 2. 피폭 치료 기술 개발 2-1. 피폭치료 후보 약물 생체적용 가능성 검증 및 데이터 베이스 구축 방사선위장관증후군은 피폭 시 주요 사망 원인의 하나이며 피폭에 의한 소화기 장애, 미세혈관 순환 장애 및 지속적인 출혈 등 생명을 위협하는 심각한 임상적 문제를 동반하지만 아직까지 임상적으로 적용 가능한 치료제는 없는 실정이므로, 이를 위한 기전 연구 및 치료법 개발 연구가 지속적으로 필요한 실정임. 고선량 방사선이 위장관에 조사되면 장상피세포와 혈관내피세포의 세포사멸이 유도되는데, 이 중장상피세포의 사멸이 방사선위장관증후군의 주요 요인으로 인식되고 있다. 이전 단계에서 장상피세포주를 이용한 in vitro 2D 세포 배양 모델은 생체 반응과 달리 강한 방사선저항성을 보여, 방사선 피폭 손상 모델로서 부적합함을 보였다. 이의 극복을 위해 생체와 유사한 환경을 가지는 ex vivo 장상피 모델인 3차원 오가노이드 (organoid) 배양시스템을 확립하였으며, 방사선에 의한 세포사멸, 손상 등에 대한 기본 분석 데이터를 구축함으로써 인체 유사 방사선 위장관 ex vivo모델을 정립하였음. 이를 기반으로 장 미니장기 (오가노이드) 모델을 활용하여 다양한 off-label used drug (허가외 사용 의약품)을 이용하여 장 미니장기 (오가노이드) 기반 피폭방어/치료 약물 효능 분석하여 StemRegenin 1, SR1 (피폭치료 효능) 약물을 선별하여 피폭치료 후보약물의 생체적용 가능성을 장오가노이드 모델과 피폭동물모델에서 확인하였음. SR1 약물작용관련 데이터베이스 구축을 위해 단일세포 RNA (scRNAseq) 전사체 프로파일링 수행을 하였음. 이러한 SR1 약물의 효능과 관련 전사체 분석은 방사선 장 손상에 대한 차세대 치료제 데이터베이스 기반 구축에 활용 가능할 것으로 기대함. 3. 신약 재창출을 통한 피폭 치료제 개발 3-1. 인체유사 중동물 피폭모델에서 선별된 off-label use drug 치료 효능 평가 급성 방사선 위장관 증후군은 방사선 피폭시 빠른시간 내에 진행되는 손상이며, 소화기 장애에 따른 탈수, 설사 등을 동반하며, 장벽 손상에 의한 세균의 침입으로 염증 반응 뿐만 아니라 심할 경우 sepsis에 의한 사망까지 이르게 된다. 하지만 급성 방사선 위장관 손상에 대한 적절한 치료법이 없어 이를 위한 기전, 치료연구가 필요한 상황이다. 따라서 본 과제에서는 off label use drug를 치료제로 적용함으로서 인체 안전성과 경제성을 함께 얻고자 하였다. 고지혈증 치료제인 pravastatin의 급성뿐만 아니라 만성 방사선 위장관 손상에 대한 치료 효과를 나타냈으며, 특히 방사선에 의한 epithelial cell 손상에 큰 효과를 보였다. 하지만 15 Gy 이상의 고선량 노출에서 pravastatin 단독 적용은 생존률 회복에 영향을 주지 못했고, 직접적으로 장 줄기세포에 영향을 주지 않는 것으로 보아 치료 한계성이 관찰되었다. 본 연구에서는 이러한 pravastatin의 제한점을 보완 할 수 있는 다약제 복합 적용을 하고자 하였으며, 우리들은 pravastatin과 metformin 복합약제를 적용하여 그 효과를 검토하였다. Pravastatin과 metformin 복합약제 적용은 마우스 모델에서 방사선 위장관 손상에 의한 사망율보다 유의적으로 감소시켰으며 조직학적 회복을 나타내었다. 또한 인체유사 중동물 모델인 미니피그 모델을 이용하여 방사선 위장관 손상에 대한 치료효과를 검토하였다. Pravastatin과 metformin 복합적용은 체중에는 큰 변화가 없었지만, 부검시 위 팽창 감소, 소장, 대장의 육안적 손상 완화, 그리고 비장 크기의 증가 등으로 복부 장기의 육안적 손상이 완화됨을 확인하였다. 이와 더불어 소장과 대장의 조직학적, 유전학적 분석 결과 pravastatin과 metformin 복합약제 적용은 단독약제 적용보다 위장관 손상을 완화시킴을 확인하였다. 이로써 마우스 모델 뿐만 아니라 미니피그 모델에서도 pravastatin과 metformin 합제가 급성 방사선 위장관 손상을 완화시킴을 알 수 있었다. (출처 : 요약문 6p)

• 연구책임자 : 장원일
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 급성방사선증후군;물리팬텀;바이오마커;허가외 사용 의약품;줄기세포;미니돼지; 2. Acute Radiatio Syndrome;Physical Phantom;Biomarker;off-label use drug;Stem cells;Mini-pig;

제한된 인력 및 자원을 효율적으로 활용하고 연구 시설의 운영 및 관리를 최적화하기 위해서 지능화 기술 개발의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 지능화 기술은 데이터를 중심으로한 딥러닝/기계학습 등의 학습 기반 방법론을 적용함으로써 달성할 수 있다. 본 연구에서는 크게 원자력 분야 및 시설의 지능화를 위한 기초 기술 연구 및 지능화 기술 개발을 위한 플랫폼 설계 및 구축을 포함하고 있다. 지능화 기술 측면에서는 하나로에서 생성되는 데이터를 활용한 이상탐지, 운전예측, 영상감시 모델 등에 대한 연구를 수행하였으며, 센서데이터 이상탐지 모델, 냉각계통 운전모드 예측 모델, 영상기반 기포탐지 딥러닝 모델을 연구하였다. 또한 지능화 기술 개발을 위한 플랫폼 설계 및 구축 과정에서 인공지능 연구를 위한 통합 플랫폼을 설계하였으며, 이를 바탕으로 원내 인공지능 연구 활성화를 위한 협업 등을 함께 수행하였다. 본 과제 수행을 통해 원자력 데이터를 활용한 인공지능 기반 지능화 기술 개발을 위한 기초 연구, 개발 프로세스 파이프라인 구축, 컴퓨팅 플랫폼 프로토타입 구축 등을 수행하였으며, 이를 바탕으로 보다 고도화된 기술 개발 및 연구 수행이 가능하다. (출처 : 서지정보양식 85p)

• 연구책임자 : 유용균
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 인공지능;딥러닝;이상탐지;컴퓨터비전;설명가능한 인공지능;영상 감시;하나로;연구용원자로; 2. Artificial Intelligence;Deep learning;Anomaly Detection;Computer Vision;Explainable AI;Video Surveillance;HANARO;Reserach Reactor;

Ⅳ. 연구개발결과 ○ 북극 현장 및 위성관측의 모델 입력자료 활용 자료동화 체계 - 전구 대기 자료동화 체계 수립 · 앙상블 기반 자료동화기법인 LETKF와 전구 대기모형 CAM을 기반으로 하는 전구 대기 자료동화체계 (CAM-LETKF)를 구축함 · 앙상블 기반 자료동화방법에서 나타나는 sampling problem을 완화하기 위하여, adaptive inflation과 covariance localization을 적용함 · 난수를 이용하여 초기 앙상블을 구성하는 스크립트, 종관 관측 (라디오존데, 항공기, 윈드프로파일러, 지상, 해상, 위성산출바람) 자료를 LETKF 시스템에서 활용할 수 있는 포맷으로 변환하는 스트립트, 그리고 자료동화 사이클링을 수행하기 위한 스크립트를 작성함 · 종관 관측 자료를 동화할 수 있는 전구 대기 자료동화체계 (CAM-LETKF)를 성공적으로 구축함 · 위성 복사휘도 관측 자료동화에 필수요소인 복사전달모형 (RTTOV)과 연동되어 있고 지구시스템모형의 성분모형인 해양, 해빙모형과의 인터페이스 (interface)가 확립되어 있는 DART 기반의 전구 대기 자료동화체계 (CAM6-DART)를 구축함 (개발 방향 변경) · 자료동화방법으로는 EAKF 방법을 이용하고, 앙상블 수 한계에서 오는 문제를 완화하기 위하여 inflation과 localization 기법을 적용함 · PrepBUFR 형태의 종관 관측 자료 외에, NetCDF 형태의 GPS RO 관측 자료, 그리고 HDF 형태의 위성 복사휘도 관측 자료를 DART 시스템이 받아들일 수 있는 “observation sequence” 형태로 변환하는 전처리과정을 구축함 · O-B, O-A 통계량 분석, ERA5 재분석자료와의 비교를 통해 생산한 분석장의 품질을 평가함 · 종관 관측 자료외에 위성 복사휘도 관측 자료까지 동화할 수 있는 전구 대기자료동화체계 (CAM6-DART)를 구축함 · 기구축된 전구 대기 자료동화체계를 고도화/최적화하고, 이를 이용하여 앙상블 재분석자료를 생산함 · 위성 복사휘도 관측 자료동화체계를 고도화하기 위하여, 품질검사 (quality control), 채널선택 (channel selection), 솎아내기 (thinning), 그리고 편차보정 (bias correction) 과정을 포함하는 전처리과정을 개발 · 이론적인 방법을 기반으로 위성 복사휘도 관측에 대한 관측 오차를 결정함 · GPS RO 관측 자료동화체계를 최적화하기 위하여, 자료동화에 사용되는 위성플랫폼의 추가, 관측연산자 (local, nonlocal)의 결정, 관측 오차 (고도와 위도의 함수)의 결정을 위한 연구를 수행함 · 고도화된 전구 대기 자료동화체계를 이용하여 자료동화 사이클링 실험을 수행하고, 각각의 관측종 동화가 분석장 품질에 미친 영향을 평가함 · 구축된 전구 대기 자료동화체계를 이용하여, 2017년부터 2022년까지의 기간에 대하여, 6시간 간격의 앙상블 재분석자료를 생산함 · 수평 해상도 2도, 앙상블 수 10개를 사용하였고, 생산된 재분석장을 ERA5 재분석자료와 비교하여 생산된 재분석장의 품질을 평가함 ○ 대기화학모형 결합 기반 북극-한반도 통합 재해기상 발생 진단/전망용 모델링 시스템 - 모델링 시스템 구축 · NCAR에서 배포하는 3종 전구대기화학모델의 특성을 조사하고 30년간의 기후실험을 통해 겨울철 모의 성능을 평가하였음 · CAM6, CAM6-Chem 모델 기반 모델링 시스템을 구축하고 20년간의 겨울철 과거 재예측 실험을 수행하여 겨울철 모의 성능을 비교 평가함 - 모델링 시스템 활용 북극-한반도 재해기상 발생 사례 진단 · 재분석 자료와 기후모델 실험 자료 분석을 통해 북극 증폭현상의 계절 특성을 파악하고 관련된 주요 메커니즘을 규명함 · 전구 대기모델링 시스템의 북극 겨울철 고온사례 모의 능력을 평가함 · 북대서양 진동에 대한 성층권 돌연승온 유형 의존성 검토. 음의 북대서양 진동이 선행하는 경우 하나의 극 소용돌이가 두 개의 조각으로 분리되는 전이형 분리 유형이 빈번하게 하게 발생 · 재분석 자료를 활용하여 세가지 성층권 돌연승온의 유형에 따라 20일 이내의 준계절 시간 규모에서 북반구 중위도 지역 대류권 한파 발생의 시기적, 지역적 차이를 확인 · 성층권 너징 실험을 통하여 준계절 시간 규모에서 성층권 돌연승온 발생 이후 겨울철 유라시아 지역의 한파 모의 정확도 향상 확인 · 여름철 북극 지역 악기상 및 대기 순환장의 패턴과 관련하여 중위도 지역 제트기류의 위치와 강도에 변화 발생하고, 이것이 동아시아 지역 여름 몬순과 연관된 순환장 변화 및 재해 기상에도 영향을 끼침 · KPOPS 예측 시스템에서도 여름철 악기상 관련 북극 대표 패턴을 관측과 유사하게 모의하고 있으며, 관련된 제트기류 변화도 유사하게 모의함. 특히 북극이 쌍극자 모드를 가질 때보다, 고압성/저압성 편차 단일 패턴을 가질 때 관측과 더 유사한 성능 보임 · KPOPS 예측 시스템 내 북극 주요 패턴 관련 여름철 중위도 재해 기상에 대한 모의 성능은, 지역별, 월별로 차이가 있으나 고온 편차에 대해서는 상대적으로 양호하나, 강수 편차는 모의 성능이 떨어지는 경향을 보임 · 한반도에서 발생하는 극도로 높은 (extremely high, EH) PM10 사례는 유라시아 규모의 대규모 대기 순환 패턴과 관련되어 있음 · EH 사례 발생 시 나타나는 한반도의 대기 정체 패턴은 북대서양 강제력의 영향을 받음 · 북대서양에서 연직으로 강하게 발달하는 고기압성 편차는 음의 와도 이류 강제력에 의해 유도됨 · 북대서양에서 강하게 발달하는 고기압성 편차로 인해 증폭되는 로스비 파동 에너지는 유라시아 대륙을 거쳐 한반도 지역으로 전파되어 대기 정체 패턴을 유발함 · 여름철 동아시아 폭염은 북극/시베리아 평원에서 기원하는 파동열의 대기 순환 패턴과 밀접하게 관련되어 있음 · 북극/시베리아 평원에서 강하게 발달하는 고기압성 편차는 음의 와도 이류에 의해 발달하여 복사 에너지의 증가를 유도함 · 북극/시베리아 평원에서의 증가된 복사 에너지는 양의 수증기 피드백을 통해 지표 기온과 비습을 증가됨 · 북극/시베리아 평원에서 강하게 발달하는 열적 고기압은 로스비 파동 에너지를 증폭시키고, 대기 상층 경로를 통해 전파되어 동아시아 지역의 폭염을 유발함 - 북극해 해양-해빙 모형 접합 성능 평가 · 해양-해빙 모형 접합에서 해양, 해빙 모형에서의 주요 모수들의 최적화를 수행하였고, 수직 격자 해상도의 증가를 통해 상층 해수특성 수직 구조를 향상시킴 · 모수 최적화와 개선된 격자 체계를 이용하여 북극해에서의 기후학적 순환장을 개선하였고, 이를 북극해로 유입되는 하천기원 담수의 이동을 이해하는데 활용할 수 있다는 것을 확인함 ○ 북극 육·해상 현장 관측 (준)실시간 수집 체계 확립 및 해상 에어로졸 통합관측 확장 - 북극 육·해상 현장 관측 (준)실시간 수집 및 분석 · 니알슨 다산기지 운영 대기관측과 아라온호 북극항해 시 라디오존데 상층기상 관측, 전지구 종관 및 위성 관측을 포함하는 웹기반 (준)실시간 수집 및 모니터링 체계를 구축함 · 북극 니알슨 제플린관측소에 설치된 2종의 구름입자센서(CDP2, BCPD)를 이용해 북극 저고도 구름입자의 크기, 수농도, 액상량을 연중 모니터링하였음. 일평균 액상량 기준으로 최고치일 경우 0.1 g/㎥ 수준의 값을 보였고, 신생입자가 생성되는 사례에서 수농도는 700 #/㎤ 수준의 값을 보였음. 하층운이 탐지된 경우를 선별하여 니알슨 CloudNet 자료와 비교 검증하는 후속 분석을 진행중임 · 니알슨의 경우 일반적으로 대기가 청정하여 도플러 윈드 라이다에서 바람이 측정되지 않는 경우가 발생하, 20개층 이상 고도의 바람 자료가 얻어지는 경우는 대체로 60% 전후의 비율을 보임. 또한 하층운이 분포하는 경우 구름 입자로 인해 구름하부 바람 자료 수득률이 높아지는 특징을 보임 · 이태리 극지연구소(ISP-CNR)과 협력하여 2차년도부터 CCT 타워의 고도별 기온, 습도, 풍향, 풍속, 기압 자료를 수집하고 있으며, 3차년도에는 독일 AWI와 협력하여 마이크로파라디오미터 장비에서 관측한 대류권내 기온 및 습도 분포 자료를 수집하고 있음 · 아라온호의 북극해 항해 기간 동안 정기적인 라디오존데 비양으로 상층기상 관측을 실시함 · 수집된 상층기상 자료를 위성 네트워크를 통해 준실시간 자료 전송 및 전세계 라디오존데 데이터 네트워크에 공유함 · 2021년 획득한 상층기상 자료를 활용하여 대류권 하층의 열역학 구조를 분석함. 여름철 북극해 대류권 하층은 고도 증가에 따라 온위가 일정한 근 중립 성층 구조를 가짐 · 2022년 획득한 상층기상 자료를 활용하여 저기압계 통과시기의 연직 대기 구조를 분석함 - 인위적 및 해양기원 에어로졸 농도 및 분포 변화 특성 · 베링해-서북극해 구간 에어로졸 시료 채취하여 화학 분석을 수행하였음 · 음이온 성분 (Cl−, methanesulfonic acid (MSA), NO3−, and SO42−)과 양이온 성분 (Na+, NH4+, K+, Mg2+, and Ca2+)의 분석을 수행하였고, 비해염성 황산염 (non-sea-salt sulfate; nss-SO42−) 농도를 산출하였음 - 북극지역 에어로졸-구름의 입체 분포 및 장기변동 특성 · 지상·위성 관측자료를 이용하여 북극 에어로졸과 구름의 계절·경년 변동 특성을 분석함 · 아라온호에서 관측된 에어로졸의 특성을 분석함 · 북극 지역 에어로졸 주요 발생원 및 중위도에서 장거리 수송 영향을 분석함 · 니알슨(Ny-Ålesund) 과학기지의 구름 특성과 북극 종관 기상 패턴과의 연관성을 분석함 · 북극 구름 유형 분포와 장파 복사 수지와의 연관성을 분석함 - 해상 DMS 에어로졸 관련 화학반응 모의 · DMS의 배출량과 산화과정을 포함하여, 최신의 정보를 활용하여 향상된 DMS 및 MSA의 모델링을 지구시스템 모델에 도입함 · 대서양부근의 북극권에서는 고농도의 DMS가 모의되는 시기에 MSA도 증가한 것으로 보이나, 태평양 지역에서는 상대적으로 뚜렷하게 높은 DMS에도 불구하고 MSA의 농도의 증가나 미미하게 나타남 ○ 머신러닝 기반 한반도 미세먼지 중장기 예측 모델 개발 - 미세먼지 농도 예측 모델에 이용 가능한 잠재적 예측 인자의 수집 및 분석 · 한국, 중국 관측소에서 측정한 미세먼지 농도 자료를 수집하고 데이터베이스를 구축함 · PM 농도 자료의 시공간적 특성과 중장기 시간 규모에서의 상관성을 분석함 · 동아시아 기후, 대기질에 영향을 끼치는 북극, 고위도 지역의 기후인자를 수집하고 분석함 - 모델링 시스템 (KPOPS-Earth)의 기후 변수 모의 성능 평가 및 하반도 미세먼지와의 중장기 시간 규모 상관성 분석 · 4개의 변수(850-hPa 지위고도, 850-hPa 동서바람, 850-hPa 남북바람, 850-hPa 온도)에 대하여 KPOPS-Earth 과거 자료 모의의 성능을 평가함 · KPOPS-Earth 과거 모의 자료 기반 고위도 기후 인자와 한반도 미세먼지 간의 중장기 시간 규모에서의 상관성을 분석함 - 머신러닝 기법을 활용한 미세먼지 농도 예측 모델 개발 · 랜덤 포레스트 모델을 통해 예측 모델의 각 입력 변수별 중요도를 판단함 · 합성곱신경망 모델 기반으로 서울의 월평균 PM2.5 농도 예측을 하는 모델을 개발함 · 학습에서는 ERA5 재분석 자료만을 이용하고 예측에서는 ERA5 자료를 이용하는 모델(CNN-ERA5)과 KPOPS-Earth 자료를 이용하는 모델(CNN-KPOPS)이 개발됨 (출처 : 요약문 7p)

• 연구책임자 : 김주홍
• 주관연구기관 : 한국해양연구원 부설 극지연구소
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 재해기상 모델링 시스템;대기 자료동화;에어로졸;구름;대기화학모형;미세먼지;중장기 예측; 2. High-impact weather modeling system;atmospheric data assimilation;aerosol;cloud;atmospheric chemistry model;fine dust;mid-to-long range forecast;

연구개요 종양역전은 암세포가 정상세포와 유사한 상태로 바뀌는 현상임. 따라서 종양역전을 이해할 수 있다면, 이를 이용한 새로운 암 치료법의 개발이 가능함. 종양역전을 이해하기 위한 기존의 연구들은 ‘Tctp 단백질이 세포질에서 p53과 함께하는 역할’에 집중되어 있음. 본 과제는 ‘Tctp 단백질이 세포핵에서 p53 없이 하는 역할을 연구’하여. 종양역전을 이해하는 시각을 넓히고자 함. 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 3년으로 단축된 연구 기간에 맞춰, 4가지 세부 연구목표의 범위를 축소 조정함. 3년간 총 6편의 연구논문을 발표하여, 아래와 같은 새로운 결과들을 발견함. IF 13 이상의 논문 1편과 FWCI 2.54의 논문 1편 등의 우수한 연구 결과를 도출함 제1세부 목표(Tctp와 결합하는 세포핵 단백질 발굴)의 결과 ① Tctp가 Ing5/Enok과 결합하여 종양역전을 조절함(PNAS, 2023년) ② HDAC2가 Smad3와 결합하여, 종양세포의 기능을 감소시킴(Mol Cells, 2021년) 제2세부 목표의 결과 ① Ing5/Enok의 영향을 받는 전사체 분석 ② Ing5/Enok이 결합하는 프로모터 전사체 분석 제3세부 목표의 결과 ① Tctp단백질이 세포접착단백질 안정화를 조절(PloS Genetics, 2020년) 제4세부 목표의 결과 ① Daphnodorin C와 Longifolioside A가 암세포 기능을 약화시키는 기전 규명 (Phytomedicine, 2022년; Cytokine, 2020년) 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구는 Tctp와 결합하는 세포핵 단백질을 찾고, 이들이 종양역전 현상을 조절하는 과정을 밝히는 것으로, 기존에 시도된 바 없는 새로운 연구임. 세포핵에서 Tctp와 결합하는 단백질에 대한 정보는 매우 제한적이기 때문에, 본 연구의 결과는 종양역전을 이해하는데 필요한 중요한 실마리를 제공할 것임. 더 나아가, 본 연구를 통해 밝혀지는 새로운 연구결과들은 종양역전을 응용한 비파괴적/비침습적 암치료 수단의 개발에 활용될 수 있을 것임 또한, Tctp 기능조절 약물 후보들은 추후 비침습적 암 치료제로 사용될 가능성이 있음 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 홍성태
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 종양역전;세포핵;Tctp 단백질;암형성;히스톤아세틸화; 2. Tumor reversion;Cell nucleus;Tctp protein;Tumorigenesis;Histone acetylation;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 한국인 피부 편평세포암의 유전체 연구와 항산화제인 라말린 유도체로 피부 편평 세포암의 새로운 치료제의 개발하는 데 있다. 현재 국내에서는 피부암에 대한 연구가 거의 이루어지지 않고 있다. 반면 피부암 유병율이 높은 미국과 유럽 나라에서는 피부암에 대한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 현재 피부암의 치료는 수술적 치료가 대부분이며, 수술적 치료를 할 수 없는 경우나 다발성 병변의 경우 사용할수 있는 다른 치료제가 없다 특히 전암병변의 경우, 다수의 피부암을 가진 경우, 크기 가너무 커서 바로 수술이 어려운 경우 새로운 치료제를 통해 수술 범위를 줄이고 조기에 피부암을 효과적으로 치료할 새로운 치료법 개발이 필요하다. 본 연구에서 한국인 피부암 검체를 이용해 피부 편평세포암의 유전자 변이를 조사하였다. 이 결과 regulation of mitotic cell cycle and nuclear division, morphogenesis of an epithelium, cell-cell adhesion via plasma-membrane adhesion molecules pathway에서 의미있는 변이들을 확인하였고, 각각의 기전에 유의미한 유전자 변이들을 분석하였다. 피부암을 치료하는 새로운 후보 물질로 라말린 유도체를 처리한 결과 편평세포암의 증식이 억제되었고, 반면 정상각질세포는 억제하지 않음을 확인하였다. 이 물질의 안전성을 확인하였으며 피부 편평세포암의 apoptosis 세포 사멸은 증가시키고, cell cycle arrest를 증가시키고, cell adhesion 세포 부착에 변화를 주었며, NF-kB pathway를 억제시킴을 확인하였다. 또한, 피부 편평세포암 마우스 모델을 이용하여 라말린 유도체가 피부편평세포암의 증식을 억제하고, 세포사멸을 증가시킴을 확인하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구자는 1차, 2차, 3차년도에 각각 계획한 in vitro, in vivo, gene study를 모두 목표한대로 진행하고 결과를 얻었다. 현재 연구결과는 논문에 투고하였고 리뷰에 대한 revision 중이며, 특허신청 과정 중에 있다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 한국인 피부 편평세포암의 유전체 연구 결과를 얻을 수 있으며 발생 기전을 이해하고 새로운 결과를 얻을 수 있었다. 피부편평세포암의 새로운 치료제로 라말린 유도체를 실험하였고, 치료효과와 안전성을 확인함으로서 새로운 치료제의 개발을 기대할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 변지원
• 주관연구기관 : 인하대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 피부 편평세포암;항산화제;차세대 염기서열분석; 2. Cutaneous squamous cell carcinoma;Antioxidant;Next generation sequencing;

연구개발 목표 및 내용 최종 목표 3차원 복사-유체 시뮬레이션(3D radiation-hydrodynamics)을 이용하여, 다양한 질량과 진화 단계를 갖는 항성의 표면 대류 현상에 대해 3차원 수치 모형군을 구축한다. 전체 내용 본 연구는 작은 질량을 갖는 항성들에 대하여 질량과 진화 단계에 따른 표면 대류층의 수치 모형군을 구축하는 것이다. 태양과 같은 작은 질량의 항성 표면과 대기는 정유체 평형이나 국부적 열평형 상태가 아니며, 중심에서 전달된 에너지가 매우 급격하게 대류에서 복사로 전환되는 전이지역으로 유체의 운동학적 특성뿐만 아니라 매질의 광학적 특성이 매우 중요한 요소가 된다. 따라서, 항성 표면 난류 현상을 구현하기 위해서는 유체 역학적 계산 내에 정교한 복사 전달 과정이 포함되어야 한다. 3차원 복사-유체 시뮬레이션을 이용하여, 다양한 질량과 진화 단계를 갖는, 항성 표면의 3차원 수치 모형을 구축하는 것이며. 이로부터 항성 표면과 대기의 물리량의 분포를 정량적으로 파악하여, 항성 스펙트럼의 형성 과정에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있다. 1단계 목표 복사-유체 코드 개발/점검 및 수치 모사 수행 내용 ▪ 다양한 질량과 진화 단계에 적합한 코드 개발 및 점검 ▪ 항성 환경에 적합한 물리량(흡수계수, 상태방정식) 테스트 ▪ 초기 모형 계산과 복사-유체 수치 모사 실시 연구개발성과 다양한 질량과 진화 단계의 항성 환경에 적합한 복사-유체 수치 코드를 개발, 점검하였다. 또한, 표면 대류 현상에 관련된 다양한 물리량들을 수치 코드 내에 일관된 방식으로 계산하여, 복사-유체 시뮬레이션의 시작 모형군을 갖추었다. 영년 주계열(ZAMS) 및 종단 주계열(TAMS)의 진화 단계를 갖는 항성의 표면 및 대기의 복사-유체 수치 모형을 구축하였으며, 적색 거성 단계의 시뮬레이션을 수행 중이다. 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 3차원 표면/대기 모형을 이용하여, 1차원 항성 내부 구조/진화 모형에서 불가피하게 차용해왔던 보조 변수들을 검증 및 보완할 수 있다. 태양의 금속함량비를 기준으로 만들어진 3차원 모형을 확장하여 다양한 금속함량비를 갖는 모형군으로 확장한다. 3차원적으로 운동하는 매질의 특성을 이용하여 정교한 스펙트럼 합성이 가능하다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김용철
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 항성대기;광구;유체;복사전달; 2. Stellar atmospheres;Photosphere;Hydrodynamics;Radiative transfer;

□ 연구개요 본 과제는 “방사성 세슘에서 방출되는 에너지를 활용한 방사성 세슘 제거 향상 기술 개발”로 방사성 세슘을 선택적으로, 그리고 높은 효율로 흡착할 수 있는 프루시안 블루 계열 (Prussian Blue Analogues, PBA)를 이용하여 방사성 액체 폐기물 중 방사성 세슘을 제거/회수하고, 이때 흡착된 방사성 세슘에서 방출되는 에너지가 이 프루시안 블루를 환원시킴과 동시에 방사성 세슘이 추가로 흡착되어 더 많이 제거되도록 하는 것이다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 과제에서는 외부에서 조사되는 빛이나 전기에너지 그리고 방사성 폐기물에서 방출하는 에너지를 통해서도 프루시안 블루의 환원 및 세슘 이온 추가 흡착이 일어날 수 있는지 살펴보았다. 구체적인 연구수행 내용을 요약하면 다음과 같다. (1) 방사성 세슘(¹³⁷Cs) 에서 방출하는 에너지를 활용한 방사성 세슘 흡착 성능 극대화할 수 있는지 살펴보았다. 이를 위해, 수중에서 방사성 세슘으로부터 방출하는 에너지를 활용한 고도산화 반응들을 살펴보았고, 외부 광원 없이 방사성 물질에서 방출되는 에너지가 과산화수소를 분해하여 강력한 산화력을 갖는 OH라디칼을 만들고, 이를 통해 오염물질이 분해될 수 있음을 알 수 있었다. (2) 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 활용하는 프루시안 블루 흡착제를 찾을 수 있었다. 다양한 프루시안 블루 중 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 흡수하여 이용할 수 있는 프루시안 블루를 찾아보고 이들의 물리 화학적 특성에 따른 방사성 세슘 제거 효율을 비교해 보았다. 또한, 프루시안 블루가 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 직접 이용하는 것과 광촉매가 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 흡수하고 이를 이용해 프루시안 블루에 추가적인 세슘 흡착이 일어나는 것을 비교해 보았다. (3) 방사성 세슘 흡착 및 탈착 시스템을 활용한 방사성 폐기물 저감 기술을 개발하였다. 방사성 물질을 흡착하는 흡착제 자체가 2차 폐기물이 되고 있어서 방사성 폐기물의 양을 줄이기 위해서는 흡착 효율이 높은 흡착제 개발뿐만 아니라 탈착을 통해 흡착제를 재사용하고 방사성 물질을 농축하여 최종 발생 폐기물의 양을 줄일 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 탄소나노섬유 전극을 이용하여, 전기화학적 흡착 및 탈착 반응을 통해 방사성 세슘을 선택적으로 흡착시키고, 다른 화학물질의 사용 없이 탈착 반응을 일으켜, 흡착제를 재생시킴과 동시에 발생 폐액의 농축이 가능하도록 하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 최근 들어 방사성 세슘의 제거에 관한 관심이 높아지고 있는 이유는 2011년 후쿠시마 원전 사고로 환경에 다량 유출되었고, 현재도 진행 중이기 때문이다. 또한, 원자력발전소 해체를 위한 제염과정에서 다량의 방사성 세슘 폐기물이 발생할 수 있다. 특히, 방사성 오염 폐수 내의 고 방사성 주요 핵종이 방사성 세슘과 스트론튬이며 이중 감마선을 방출하는 방사성 세슘은 그 농도가 높아 작업자의 안전을 가장 위협하는 인공 방사성 핵종이다. 방사성 세슘을 흡착하는 기존 흡착제의 경우 흡착 후 그대로 방사성 폐기물로 처리되기 때문에 2차 폐기물의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 과제를 통해 개발한 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 활용한 방사성 세슘 제거 향상 기술 및 방사성 세슘 흡탈착 기술 개발을 통해 방사성 폐기물의 양을 줄임으로써 경제적으로 가치 있다. 그뿐만 아니라 본 연구의 결과는 앞으로 방사성 오염 폐수 처리에 접근하는 새로운 방식을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김순현
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사성 세슘;프루시안 블루;광촉매;흡착;탈착; 2. Radioactive Cesium;Prussian Blue;Photocatalysis;Adsorption;Desorption;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 Development of bio- and engineered-textiles by multilayered nanomaterials to provide the microenvironment for the treatment of skin cancer and filtering of radiations (ultraviolet (UV) & electromagnetic (EM)) to prevent onset and growth of cancer. ○ 전체 내용 Main description of goals: ● Synthesis of multi-layered nanomaterials on textile fabric suitable for microenvironment with UV protection and EM shielding ● Analysis of the prepared textiles for functional properties toward the textile characteristics and desired applications ● In-vitro studies on modified textiles with normal and skin cancer cells ● Development of bio-engineered textiles with the capability of cancer cell apoptosis and radiation filter In this project, we intend to design bio-cum-engineering textiles modified with nanomaterials of suitable characteristics of UV protection, EM shielding, and cytotoxicity toward skin cancer cells. ○ 1단계 ● 목표 Development of biocompatible nanomaterials to attach on textiles cloth for proliferation of skin cells. ● 내용 To achieve this goal, I have chosen gold nanoparticles (AuNPs) as they are considered the most suitable materials for drug delivery, and their hot electrons are non-active in the UV zone. Consequently, I optimized the preparation of AuNPs using various methodologies and surfactants to enhance their ability to promote the proliferation of skin cells and load drug molecules. In the first year, I developed AuNPs using two different strategies for cell proliferation and drug delivery: 1. 60 nm AuNPs were prepared using a novel, sustainable, and green technique capable of loading drug molecules and promoting the proliferation of skin cells. 2. 50 nm AuNPs were prepared using the standard Turkevich protocol without any additional surfactant modifications. The prepared AuNPs were subjected to standard procedures to evaluate their effectiveness in promoting the proliferation of skin cells: 1. L929 cells were tested with textile samples modified with AuNPs. 2. MTT assay was performed to assess the proliferation capability or toxicity of cells on the textile surface. The results confirmed that both types of AuNPs promoted cell proliferation, but the citrate-capped AuNPs showed higher proliferation. ○ 2단계 ● 목표 Textile cloth modified with nanomaterials to filter the radiation ● 내용 To achieve this, I have chosen zinc oxide (ZnO) nanomaterials as they are effective UV filters and widely utilized in radiation filters. To identify the most suitable ZnO nanomaterials, I prepared them to use the following methods: 1. ZnO was prepared using different Zn binders such as chloride, nitrate, sulfate, and acetate. 2. ZnO was synthesized using different surfactants like HMTA (hexamethylenetetramine). These methods resulted in the formation of various nanostructures including particles, nanopillars, nanorods, and nanodisks. Among these structures, the nanopillars made of ZnO exhibited a radiation filter capability. □ 연구개발성과 ● Biocompatible cotton textile cloth material: It can promote the proliferation of skin cells for various applications, such as intuitive wound healing, skin cancer treatment, and biocompatible intralayer for wearables. ● Selective improvement in the narrow band radiation filter. ● Identification of active methodologies for textile treatment. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 The developed AuNPs have shown significant potential as an internal wound healing agent, without negatively affecting the skin's physiological mechanisms. Furthermore, they have the capability to efficiently load drugs to support other skin tissues. The AuNPs-modified textile cloth, as a wearable, effectively nourishes our skin cells through proliferation. Expected effect： The transfer of this strategy to the scale-up process is projected to secure a position in the future million-dollar market (estimated to reach US$249.95 billion by 2026). In the healthcare industry, bio-functional textiles will hold great importance as stable and reusable medical clothing. Given the drastic changes and imbalances in climate conditions, the adoption of bio-functional textiles as a protective layer against harmful radiation and skin cancer in our daily lives becomes imperative. (source : 요약문 3p)

• 연구책임자 : SHANKAR PRABAKARAN
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword :