□ 연구개요 • 체외충격파치료를 이용하여 피부섬유화에 주로 관여하는 근섬유모세포에 기계적 변환을 일으켜 방사선 조사에 의한 피부 섬유화로의 진행을 차단시키고, 섬유화된 피부를 가역적으로 회복시키려고 함. • 방사선 피부섬유화 동물모델을 이용해 체외충격파를 효과적으로 전달하여 실제 임상에서 적용될 수 있는 프로토콜을 제안하려고 함. □ 연구 목표대비 연구결과 A. 체외충격파치료에 의해 발생하는 기계적 변환이 방사선 손상 섬유모세포에 끼치는 영향에 대한 연구 • 방사선 20 Gy의 single dose 로 2 Gy/min의 rate로 조사한 뒤 4Hz의 frequency, 0.1mJ/mm²의 energy flux density, 1000 impulses/cm2로 체외충격파치료를 cell에 시행함 = 체외충격파 세포모델을 정립함. • cell proliferation test = 체외충격파의 다양한 세기에서 세포독성이 없는 것을 확인하였고, 방사선 조사 후 체외충격파 치료에 의해 proliferation이 유의하게 증가한 것을 확인함 • wound healing assay = 방사선 조사 후 체외충격파 치료에 의해 세포의 이동성이 유의하게 증가한 것이 확인됨 B. 체외충격파치료가 방사선 피부 섬유화에 관여하는 세포신호전달체계에 주는 영향을 밝히기 위한 연구 • 방사선 손상 섬유모세포에서 TGF-beta/Smad pathway 인자들에 대한 qPCR과 westen blot = 방사선 피부섬유화에 관여하는 성장인자인 TGF-beta의 억제를 확인할 수 있었으나, TGF-beta/Smad 세포신호전달체계의 간섭효과는 확인할 수 없었음. 고찰상 체외충격파 세기에 따라 Smad-independent pathway를 따를 수 있음을 확인함. • 방사선 동물모델에서 TGF-beta/Smad pathway 인자들에 대한 protein assay = Smad3의 phosphorylation 억제를 통해 방사선 피부섬유화에 관여하는 성장인자인 TGF-beta의 억제를 확인할 수 있었음. C. 방사선 피부 섬유화 모델을 이용하여 체외충격파치료를 방사선 피부손상 치료에 실제 임상에서 적용할 수 있는 프로토콜 개발에 대한 연구 • 방사선 피부섬유화 동물모델 = 방사선 조사 후 mouse back skin에서 fibrosis가 감소하는 것을 M-T stain을 통해 확인. • 면역조직화학검사 = TGF-beta와 myofibroblast의 감소를 조직에서 확인할 수 있었고, 형광 염색을 통해 성숙혈관의 증가에 의한 치유촉진 원리를 이해할 수 있었음. ※ 상기결과들을 취합하여 국제학술대회 발표1회와 논문 투고 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 종양 환자의 방사선 항암 치료 후 체외충격파 치료를 통해 방사선 손상시 가장 흔하게 발생하는 피부 손상을 줄일 수 있어 방사선 치료에 대한 환자 순응도를 매우 높일 수 있을 것임. • 방사선 치료시 발생할 수 있는 피부 손상을 줄임에 의해 치료가 지연되어 생길 수 있는 방사선 치료의 결과나 환자의 삶의 질의 변화를 최소화할 것임. • 방사선 조사 피부 부위의 발암 가능성과 상처치유에 대한 문제점이 사라질 것이고, 이를 치료하는데 드는 많은 비용을 줄일 것임. • 체외충격파치료는 현재 여러 의료분야에서 널리 사용되고 있고, 그 부작용이 미비하여 손쉽게 임상에서 적용할 수 있음. • 연구가 성공적으로 진행되었고, 실제로 임상에서 적용할 수 있는 프로토콜로 연구를 진행하였기 때문에 다른 시행착오 없이 손쉽게 임상에서 적용할 수 있을 것으로 사료됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박상우
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 피부섬유화;체외충격파치료;기계적 변환;근섬유모세포; 2. Radiation-skin fibrosis;Extracorporeal shock wave therapy;Mechanotransduction;Myofibroblast;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 두 개 이상의 배아에서 나온 할구의 응집으로 얻은 키메라 배아는 기본 및 응용 생명공학에서 여러 응용 분야를 가지고 있으며 포유류의 초기 발달과 분화를 연구하는 데 유용한 도구 역할을 함. 자연발생 또는 형질전환 체세포주를 활용한 돼지 배아줄기세포 확립하여 그 세포주를 공여핵으로 활용한 핵이식 배아를 작성하며, 할구 응집법 또는 배반포 보완법을 이용해 키메라 배아를 생산함. 키메라 배아의 발달 및 이식 후 산자생산능력을 평가함. 이후 확립된 형질전환 키메라 유래 배아 및 산자의 정상성 및 키메라 특성을 평가함. ○ 전체 내용 이 연구는 흑색종 돼지의 자연발생 또는 형질전환 세포주를 구축하고, 이를 활용하여 키메라 배반포를 작성하는 기초연구를 수행한다. 체세포 핵이식을 통한 키메라 배반포 생산에는 자연발생 흑색종 돼지나 형질전환 돼지로부터 세포주를 얻어 조직학적 및 분자생물학적 특성을 분석하고, 세포주 동결보존 시스템을 개발하는 과정이 포함된다. 또한, 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구를 통해 고품질 난모세포 생산시스템을 구축하고, 단위발생 난자를 이용한 난할구 응집법을 개발한다. 이어서, 체세포 핵이식을 통해 핵이식 배아 및 키메라 배반포를 생산하며, 특성분석을 수행한다. 이 과정에서 형태학적 관찰뿐만 아니라 Telomerase Activity, Methylation Pattern, 종양발현 여부 등을 확인하는 검사가 이루어진다. 또한, 비외과적 배아 이식법을 개발하고 키메라 질환모델 동물을 생산하는 과정에서 돼지 수정란 이식 적기를 조사하고 자궁 심부주입기를 활용한 후기배 이식기법을 개발한다. 키메라 도입 돼지 모델의 생산과 특성분석에서는 형태학적 관찰과 Telomerase Activity, Methylation Pattern, 종양발현 여부 등을 검사하여 키메라의 특성을 분석한다. 마지막으로, 흑색종 모델돼지의 유효성과 생식선전달을 통한 후대검증 생산 단계에서는 후대(F1, F2)에서 흑색종 발현 여부를 확인하는 실험이 진행된다. ○ 1단계 ◎ 연구 목표 ● 흑색종 (자연발생, 형질전환) 세포주 구축 ● 키메라 배반포 작성을 위한 기초연구 ● 체세포 핵이식을 통한 키메라 배반포 생산 ◎ 연구 내용 ● 자연발생 흑색종 돼지 또는 흑색종 형질전환 돼지로부터 세포주 구축 - 구축된 세포주의 조직학적, 분자생물학적 특성분석 - 세포주 동결보존 시스템 개발 ● 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구 - 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구를 통한 고품질의 난모세포 생산시스템 구축 ● 단위발생 난자를 이용한 난할구 응집법 개발 - 식물성혈구응집소(PHA-L; phytohemagglutinin-L) - 특수제작디쉬 등을 이용한 응집법 개발 - 배아 분할 시기에 따른 응집효율 검토 - 배반포 내 형질전환 줄기세포주 주입술 검토 ● 체세포 핵이식을 통해 핵이식 배아를 및 키메라 배반포를 생산 단위발생에서 구축된 할구 응집 및 배반포 내 세포이식술을 활용하여 체세포 핵이식 키메라 배아 작성 ● 키메라 배아의 특성분석 - 형태학적 관찰, Telomerase Activity 확인, Methylation Pattern 확인, 종양발현 등의 검사 ○ 2단계 ◎ 연구 목표 ● 비외과적 배아 이식법 개발 ● 키메라 질환모델 동물 생산 ◎ 연구 내용 ● 비외과적 배아 이식술 검토 - 돼지 수정란 이식 적기 조사 (배란확인 등) - 돼지 자궁 심부주입기를 통한 후기배 이식기법 개발 ● 키메라 도입 돼지 모델의 생산 및 특성분석 - 형태학적 관찰, Telomerase Activity 확인, Methylation Pattern 확인, 종양발현여부 검사 ● 흑색종 모델돼지의 유효성 및 생식선전달을 통한 후대검증 생산 - 후대(F1, F2)에서 흑색종 발현 여부 검사 □ 연구성과 연구의 정량적 연구성과로는 두 개 이상의 배아에서 얻은 할구의 응집을 통해 생성된 키메라 배아의 발달 및 이식 후 산자생산 효율을 수치로 평가가 있음. 이는 키메라 배아의 형태학적 특성과 산자 생산 능력을 정량적으로 측정한다. 또한 체외발달과 생식 성과를 확인할 수 있음. 본 연구과제를 통해 SCI급 논문 10편, 200개이상의 키메라 배아생산 및 이식하여 1두 이상의 키메라 돼지 개체를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 정성적 연구성과로는 돼지 배아줄기세포를 확립하고, 이를 공여핵으로 활용하여 핵이식 배아를 작성하는 과정을 포함하며 할구 응집법이나 배반포 보완법을 이용하여 키메라 배아를 생산하며, 이러한 키메라 배아의 정상성 및 특성을 평가하는 것이다. 이러한 연구는 기본 및 응용 생명공학 분야에서의 다양한 응용 가능성을 제시하며, 특히 포유류 초기 발달과 분화에 대한 연구에서 유용한 도구로 활용될 수 있음을 시사한다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 ● 생명공학 기술의 기초지식 제공 - 돼지 핵이식 수정란의 생물학적 특성에 대한 정보를 축적함으로써 핵이식기술을 이용한 응용분야에 기초 자료를 제공함. - 돼지 핵이식 수정란의 체외발육 및 체내생존성을 향상시킴으로써 핵이식기술에 의한 복제돼지 생산효율을 향상시킬 수 있음. - 타 축종의 배아줄기세포주 확립에 적용하여 효과를 검토함으로써 관련분야의 기술적 발전에 활용할 수 있다. - 배아줄기세포주 확립은 유전자를 조작한 형질전환 돼지나 바이오장기생산용 돼지 등 특수목적 동물의 생산효율을 증가시킬 수 있음. - 형질전환 키메라 동물의 생산효율 증진에 활용 - 유전자 발현을 조절을 통한 생체내 기능을 추적하는 대사체유전학 연구에 활용됨. - 형질전환 키메라 돼지 생산으로 의약학 및 생명공학 기반기술 개발 활성화에 기여함. - 형질전환 키메라 돼지의 생산 및 특정품종의 개량에 응용이 가능함, ● 의료산업 및 줄기세포치료법 개발의 기반확보 - 난자의 새로운 체외성숙시스템 개발은 동물뿐만 아니라 사람의 불임치료에도 이용 되어질 수 있음. - 현미수정란, 체외조작 수정란 등 관련기술에의 적용에 의한 기술적, 산업적 기반확보가 가능함. - 줄기세포는 현대 의학으로 치료가 어려운 난치병 치료에 사용 가능할 뿐만 아니라 신약 개발, 질병의 원인 규명 등 광범위하게 이용될 수 있음. - 돼지 배아줄기세포 연구는 인간의 배아줄기세포 연구의 모델이 될 수 있음. - 형질전환 기법을 통한 재생의학 분야의 치료용 세포 생산에 활용할 수 있음. - 관련 기술을 바탕으로 특허출원 검토 및 구체화. - 유관 기관 및 업체에 기술 이전 및 기술 이전료 징수가 가능함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이주형
• 주관연구기관 : 세명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 흑색종;키메라;형질전환동물;체세포핵이식;난할구 응집; 2. malignant melanoma;chimera;transgenic animal;somatic cell nuclear transfer;blastomere aggregation;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 세로토닌-N-아세틸전이효소 (SNAT)는 멜라토닌 생합성의 직전 단계(penultimate) 효소로 멜라토닌 생합성의 rate-limiting enzyme으로 작용한다. 벼에서 SNAT 유전자는 두 개의 isogene으로 존재하지만, 벼 SNAT isogene의 분화 기원 연구는 전혀 없는 상태이다. 벼 SNAT 유전자의 phylogenetic tree 분석을 수행한 결과, 벼 SNAT ortholog 유전자가 동·식물 세포의 공통 기원세포로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas의 genome에 존재하였고, 동시에 동물 SNAT ortholog 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. 또한, 다세포식물의 기원 종으로 알려진 Gonium sp. genome에는 벼 SNAT homolog 유전자 SNAT1과 SNAT2 유전자만 존재하는 것으로 나타났다. 따라서 벼 SNAT isogene 유전자의 분화가 단세포에서 다세포로 분화되는 시점에서 분화된 것임을 추정할 수 있었으나, 이 가능성은 이들 SNAT 유전자들의 기능이 검증되지 않는 상태에서는 단정할 수 없는 상태이다. 본 연구는 Chlamydomonas에 존재하는 동물 SNAT homolog, 식물 SNAT homolog, 및 Gonium sp. 에 존재하는 두 종의 벼 SNAT 유전자를 in vitro에서 발현시켜 SNAT 효소 특성을 분석하고, 벼에 형질전환하여, 형질전환 벼에서 멜라토닌 생합성 능력과 생리생태적 특성을 검정하여 벼 SNAT1 & SNAT2 유전자의 기능과 비교 분석하려고 함으로서, 식물에서 멜라토닌 생합성 SNAT 유전자의 추가적인 isogene 획득 및 분화기원 경로를 규명하고자 한다. ◼ 전체 내용 1) Chamydomonas와 Gonium sp.로부터 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 클로닝 및 효소특성 분석 -단세포 녹조류 Chlamydomonas로부터 plant SNAT 유전자(CrSNAT2)와 animal SNAT 유전자(CrAANAT) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 & SNAT 효소 기질특이성 분석 -다세포 녹조류 Gonium sp.로부터 SNAT1 유전자 (GpSNAT1)와 SNAT2 유전자 (GpSNAT2) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 & SNAT 효소 기질특이성 분석 2) 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -CrSNAT2, CrAANAT, SNAT1, GpSNAT2 바이너리벡터 클로닝 및 벼 형질전환 -CrSNAT2, CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T₁ 형질전환 벼 육성 및 유전자 발현 확인 -T₁ 및 T₂ 형질전환 벼에서 transgene copy 분석 및 유묘 특성 분석 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T₂ 형질전환 벼 screening 및 유전자 발현 확인 3) SNAT ortholog 유전자 발현과 멜라토닌 생합성 연계성 규명 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 단백질의 세포 내 위치 분석을 위한 confocal analysis -SNAT ortholog 단백질의 과다발현 형질전환 벼에서 SNAT 효소의 멜라토닌 합성 능력 확인 -4종의 T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 전구체 HPLC 분석 (트립토판, 트립타민, 세로토닌, 아세틸세로토닌, 및 멜라토닌) -4종의 T₂ 형질전환벼에서 멜라토닌 대사체 분석 (2-hydroxymelatonin, 3-hydroxymelatonin, AFMK, 및 AMK) 4) 4종의 SNAT 발현 T₂ 형질전환 벼의 스트레스 저항성 분석 및 수량 특성 등 생리·생태적 특성 연구 및 유전자 기능 규명 ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 벼 SNAT1 유전자의 phylogenetic tree 분석을 수행한 결과, 벼 SNAT1 ortholog 유전자가 동·식물 세포의 공통 기원세포로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas의 genome에 존재하고 동시에 동물 SNAT ortholog 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. Chlamydomonas 와는 다르게 다세포식물의 기원 종으로 알려진 Gonium sp. genome에는 벼 SNAT homolog 유전자 SNAT1과 SNAT2 유전자가 존재하는 것으로 나타났다. 본 연구는 Chlamydomonas에 존재하는 동물 SNAT homolog 유전자, 벼(식물) SNAT homolog 유전자, 및 Gonium sp. 에 존재하는 두종의 벼 SNAT isogene 유전자를 클로닝 하여, 대장균에 발현하고, 정제하여 SNAT 효소 특성을 비교 분석하며, 벼에 형질전환하여, 형질전환 벼에서 멜라토닌 생합성 능력 검증하여 cyanobacteria에서 녹조류(단세포에서 다세포로)로 진화하는 과정에서 멜라토닌 생합성 SNAT유전자의 추가적인 isogene 획득 및 분화기원 경로를 규명하고자 한다. ❏ 연구 내용 1) Chamydomonas와 Gonium sp.로부터 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 클로닝 및 효소 특성 분석 -단세포 녹조류 Chlamydomonas로부터 plant SNAT 유전자 (CrNAT2)와 animal SNAT 유전자 (animal CrAANAT) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 및 SNAT 효소 기질특이성 분석 -다세포 녹조류 Gonium sp.로부터 SNAT1 유전자 (GpSNAT1)과 SNAT2 유전자 (GpSNAT2) 클로닝, 대장균 발현 및 정제 및 SNAT 효소 기질특이성 분석 2) 다양한 벼 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, GpSNAT2 바이너리벡터 클로닝 및 벼 형질전환 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 단백질의 세포내 위치 분석을 위한 confocal analysis -T₁ 형질전환 벼에서 transgene copy 분석 및 유묘 특성 분석 -T₂ 형질전환 벼에서 homozygous 분석 및 유묘 특성 분석 -Plant CrSNAT2, animal CrAANAT, GpSNAT1, 및 GpSNAT2 발현 T2 형질전환 벼 screening 및 유전자 발현 확인 3) SNAT ortholog 유전자 발현과 멜라토닌 생합성 연계성 규명 -SNAT ortholog 단백질의 과다발현 형질전환 벼에서 SNAT 효소의 멜라토닌합성 능력 확인 -T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 전구체 HPLC 분석(트립토판, 트립타민, 세로토닌, 아세틸세로토닌, 및 멜라토닌) -T₂ 형질전환 벼에서 멜라토닌 대사체 분석 (2-하이드록시멜라토닌, 3-하이드록시멜라토닌, AFMK, 및 AMK) ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 멜라토닌을 합성에 관여하는 SNAT는 분화과정을 거치는 과정에서 매우 잘 보존되어 있으며 멜라토닌합성에 매우 중요한 효소이다. 식물에서 멜라토닌은 생물적, 비생물적 스트레스에 대한 방어기작에 관여할 뿐만 아니라 뿌리 생장, 개화, 2차 대사산물에 관여하는 것으로 알려져 있다. 벼에서 SNAT1과 SNAT2 유전자는 모두 멜라토닌 합성능력을 가지고 있지만 두 유전자의 기능은 공통 표현형인 성장억제를 제외하면 유전자의 발현 시기, 발현 위치, 스트레스에 대한 반응성, 호르몬 연관성 등에서 차이를 보여주고 있다. 2단계 연구는 1단계에서 확보한 4종 SNAT 발현 형질전환 벼의 내재 멜라토닌 증가로 인한 스트레스 반응성 검정 및 생리·생태적 특징을 비교하고 동시에 전사체분석을 이용하여 4종의 SNAT 유전자 과발현에 의한 유전자군의 변화를 확인하여, 기존에 보고된 SNAT 과발현 식물의 전사체분석 결과와 비교 분석하여 4종 SNAT 유전자들의 분화와 진화 관계를 규명하고자 한다. ❏ 연구 내용 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 및 생리·생태적 특성 검정 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼 radical scavenging activity 분석 -CrAANAT 및 CrSNAT2 과발현 형질전환 벼의 전사체분석과 그 결과를 활용한 멜라토닌 신호전달 후보 유전자 발굴 및 멜라토닌 반응성 연관성 조사 -스트레스 조건에서 SNAT 유전자의 발현 및 단백질 조절기작 조사 -GpSNAT1 및 GpSNAT2 과발현 형질전환 벼의 스트레스 저항성 검정 및 생리·생태적 특성 검정 -GpSNAT1 및 GpSNAT2 과발현 형질전환 벼의 radical scavenging activity 분석 -GpSNAT 과발현 형질전환 벼의 전사체분석과 그 결과를 활용한 멜라토닌 신호전달 후보유전자 발굴 및 멜라토닌 반응 연관성 조사 □ 연구성과 - Chlamydomonas의 SNAT ortholog 유전자 (CrSNAT2, CrAANAT) 및 Gonium sp.의 SNAT 유전자 (GpSNAT1, GpSNAT2)의 효소기질특이성을 분석한 결과 기질인 세로토닌에 대한 Km은 CrSNAT2, CrAANAT alc GpSNAT1 각각 358 μM, 247 μM, 442μM이고, Vmax는 185 pmol/min mg protein, 325 pmol/min mg protein, 937 pmol/min mg protein GpSNAT2는 효소활성이 매우 낮아 측정이 불가하였음. -단세포 및 다세포 녹조류 SNAT ortholog 유전자 발현 형질전환 벼 육성 -CrAANAT 및 CrSNAT2 단백질이 세포질 내에 localization 됨을 확인 -기질인 5- methoxytrptamine (5-MT)을 처리하여 멜라토닌 합성능력을 확인한 결과 CrAANAT, CrSNAT2, GpSNAT1 과다발현 형질전환 벼에서 각각 39.8%, 19.1%, 12.5 % 멜라토닌 양이 증가하는 것을 확인 -CrAANAT 과다발현 형질전환 벼의 종자크기가 증가된 것을 확인함 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 식물에서 멜라토닌 생합성의 핵심유전자인 벼 SNAT 유전자는 cyanobacteria에서 발견되며, 이후 내공생과정 (endosymbiosis)을 통해 홍조류의 엽록체 genome에 존재하다가, 단세포 녹조류에서 nuclear genome에 안착된 것으로 보이고, 이후 분화과정 중에 최소 2종류의 SNAT isogenes을 획득한 것으로 추측된다. 단세포녹조류 Chlamydomonas, 다세포녹조류 Gonium sp.에서 발견되는 SNAT 유전자 연구는 SNAT 유전자의 기원과 분화과정 「Cyanobacteria → Red algae → Chlamydomonas → Gonium sp. → plants」 evolution에 대한 결정적인 유전적인 정보를 제공하게 될 것이며, 연구과정 중 육성된 고멜라토닌 함량 생산 벼를 육성하여 스트레스 저항성 작물 개발의 자원으로 활용될 것으로 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 황옥진
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 멜라토닌 분화;세로토닌아세 틸전이효소;클라미도모나스;고니움;형질전환 벼; 2. melatonin evolution;serotonin N-acetyltran sferase;Chlamydomonas;Gonium;transgenicrice;

□ 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;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 조원기
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword : 1. 초고해상도 이미징;조로증;자연노화;핵막변형;라미나층; 2. Super-resolution imaging;Progeria;Natural aging;Nuclear deformation;Lamina;

□ 연구개요 ○ 중이온가속기에서 만들어지는 희귀한 동위 원소들은 자연계에 존재하는 원소들의 기원을 규명하고우주에서 발생하는 다양한 천체현상을 이해하는데 필요한 단서를 제공해 준다. ○ 하지만, 중이온가속기에서 만들어지는 희귀동위원소들의 생성단면적은 매우 작기 때문에 입사 빔과 표적간의 최적의 조합 및 입사에너지를 결정하는 것이 중요하다. ○ 따라서, 본 연구에서는 다중핵자 전송반응 (Multi-nucleon transfer reaction)을 잘 묘사하는 dinuclear system (DNS) 모델 및 Langevin equation을 기반으로 한 모델을 이용하여 다양한 희귀동위원소들의 생성단면적을 예측하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 당초 목표였던 N = 126 근처에 있는 희귀동위원소 생성 연구, 초중핵 생성 연구를 완료하지 못했지만, 그중 일부 희귀동위원소 생성 연구를 알파 전이 반응을 통해 수행하고 논문을 작성중이다. ○ Deformed relativistic Hartree–Bogoliubov theory in continuum (DRHBc) 모델을 활용하여 핵반응 연구에 필요한 핵구조 성질 (binding energy, nucleon separation energy, quadrupole deformation, neutron and proton Fermi surfaces energy, root-mean-square (rms) radii of neutron, proton, matter and charge, distributions of neutron and proton)과 관련된 연구를 수행하였다. ○ DRHBc 모델을 활용한 핵구조 연구를 통해 여러 편의 논문을 출판하였다. ○ 본 과제는 여러 편의 SCI 논문을 출판함으로써 충분한 연구성과를 이룬 것으로 생각되며, 본 과제의 성과로 이루어진 결과를 바탕으로 앞으로의 연구성과가 더욱 기대된다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구를 통해 희귀동위원소 빔을 이용한 다양한 중이온 핵반응 뿐만 아니라 핵천제 반응 연구가 가능하며 국내에서 이루어지고 있는 중이온가속기 실험의 이론적 배경을 줄 수 있다. ○ 이론 및 실험데이터를 수집하는 과정에서 라온을 활용한 초기 실험 설계에 중요한 단초를 제공할 것이다. ○ 희귀동위원소들의 생성단면적은 매우 작기 때문에, 최적의 빔과 표적의 조합 및 입사에너지를 예측함으로써 효율적인 실험이 될 수 있도록 기여할 것으로 기대된다. ○ 무거운 원소들의 생성 기원을 규명하는데 중요한 역할을 하는 r-process 반응의 과정을 이해하는데 도움을 줄 것이다. ○ 초중핵 영역의 아직 밝혀지지 않은 새로운 원자핵을 합성할 경우, 어떤 과정을 통해 합성이 가능한지에 대한 중요한 열쇠를 제공할 것으로 본다. ○ 라온에서 앞으로 수행 될 다양한 저에너지 핵반응 실험, 불안정한 핵의 구조 연구 등 다양한 연구에 기여함으로써 라온 연구 시설의 과학적, 경제적 가치를 극대화 하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 문명환
• 주관연구기관 : 숭실대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중이온가속기;희귀동위원소;다중핵자전송반응;초중핵;쌍핵모델; 2. Heavy-ion accelerator;Rare isotopes;Multi-nucleon transfer reaction;Super heavy element;Di-nuclear system model;

□ 연구개요 본 연구과제는 양자플라즈마(quantum plasma)에서의 파동-플라즈마 및 플라즈마-플라즈마 상호작용 연구를 위하여 양자플라즈마의 경계면에서 전파되는 표면파의 감쇄 및 성장과 원자충돌 현상에 의한 산란단면적에 작용하는 양자효과와 비선형 플라즈마 차폐효과를 연구하여 양자플라즈마의 물리적 특성을 밝히고 이를 양자플라즈마, 고밀도 천체플라즈마 등에 응용할 수 있는 양자 플라즈마 현상을 탐구하는 과제이다. □ 연구 목표대비 연구결과 모든 연차별 목표를 100% 달성하였다. 특히 최초 선정시 계획에 없었던 추가연구를 수행하여 2차년도에는 강하게 결합된 플라즈마에서 Wigner time-delay, lower-hybrid surface wave, space charge wave in a self-gravitating plasma, 3차년도에는 충돌 플라즈마에서의 이온 온도 효과, 난류가 란다우 감쇄에 미치는 영향 등을 연구하였다. 당초 계획한 연차별 목표는 다음과 같으며 이를 모두 달성하였다. (1) 1차년도 연구목표: 양자플라즈마 표면파 및 전자산란 연구 - 양자플라즈마 및 비평형 (r, q) 표면파의 분산식 및 성장률 계산 - 양자플라즈마에서의 Compton 산란 계산 (2) 2차년도 연구목표: 양자이온음파 표면파 및 Shannon Entropy 연구 및 추가연구 - 양자이온음파, 난류플라즈마 등의 표면파의 분산식 유도 및 성장률 계산 - 강하게 결합된 플라즈마에서의 원자 Shannon Entropy 계산 (3) 3차년도 연구목표: 강하게 결합된 양자 플라즈마에서 불안정성과 제동복사 연구 및 추가연구 - Two-stream 불안정성의 양자적 효과 계산 - 원통형 플라즈마에 대한 TG mode 연구 - 양자플라즈마에서의 전자-이온 제동복사 계산 (4) 4차년도 연구목표: 양자더스트 표면파 및 양자플라즈마 OST 연구 - 더스트 플라즈마에서의 양자적 효과 및 표면파 계산 - 양자 streaming 플라즈마에서의 표면파의 불안정성 계산 - 양자플라즈마에서의 occurrence scattering time (OST) 계산 (5) 5차년도 연구목표: 양자플라즈마 파동의 비선형 효과 및 이온화 연구 - 비선형 효과가 양자플라즈마 표면파에 미치는 영향 계산 - 전하포획 계산, Photoionization 계산 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 양자플라즈마 내에서 표면파의 불안정성과 여러 원자 층돌현상에 대한 본 연구를 통하여 이상적 플라즈마 또는 약하게 결합된 플라즈마를 나타내는 고전적인 Debye 가림 모델로는 여태껏 설명하지 못하였던 양자효과, 비선형 가림효과, 중성충돌 효과등의 변화에 따른 양자플라즈마 표면파의 불안정성과 여러 충돌 과정에 대한 산란 단면적 및 반응률의 변화를 조사할 수 있을 것으로 기대하며 이를 통하여 보다 정확한 원자 천이율(atomic transition rate)을 알아내고, 또한 이로 인하여 방출되는 연속 혹은 불연속 방사 스펙트럼을 보다 명확히 이해 할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이러한 연구결과를 바탕으로 향후 양자플라즈마 내에서 전자분포 형태와 결합 파라미터(coupling parameter), 축퇴파라미터(degeneracy parameter) 등 여러 플라즈마 파라미터들을 규명할 수 있을 것으로 생각하며, 이들 양자플라즈마로부터 방출되는 스펙트럼을 조사, 분석하는데 많은 도움이 될 것으로 보인다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이명재
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 양자플라즈마;표면파;란다우감쇄;제동복사;횡적 축약 방법; 2. quantum plasma;surface wave;Landau damping;bremsstrahlung radiation;transverse truncation method;

□ 연구개요 본 연구의 최종목표로 매우 polarized된 신경세포에서 로컬한 기능 수행을 위해 존재하는 수상돌기 미니어쳐 세포소기관들(Dendritic miniature organelles)간의 상호작용(interaction)을 조절하는 분자 및 세포 기전을 규명하고, 이러한 상호작용에 의해 특이적으로 조절받는 로컬한 세포 기능을 특성화하고자 설정하였음. 특히, 선행 중견 과제를 통해 얻어진 선행연구결과인 수상돌기 골지(Golgi outposts)와 early endosome간의 상호작용 가능성에 초점을 맞추어 그 조절기전에 집중한 연구를 진행하고자 제안함. 본 과제를 통해 제안된 연구를 통해 궁극적으로는, classical한 peri-nuclear 세포소기관 외에도 신경세포에 존재하는 수상돌기 미니어쳐 세포소기관들에서도 마찬가지로 세포소기관 사이의 상호작용이 활발히 이루어지고 있으며 이를 통해 로컬한 세포 기능이 효율적으로 조절되고 있음을 밝혀내고자 하며, 이러한 로컬 프로세스를 원격으로 제어하는 신경세포 특이적인 조절 기전을 규명하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 세부적인 연구목표로 1차년도에 신경세포내 미니어쳐 세포소기관들 사이의 상호작용 여부 확인과 미니어쳐 세포소기관간 상호작용에 관여하는 특이적인 Rab GTPases 동정 및 검증, 2차년도에 신규 발굴될 Rab GTPases의 1차 상위 조절 인자 발굴과 cell body로부터 로컬한 지역으로의 원격 조절 매개 인자 발굴, 그리고 3차년도에 미니어쳐 세포소기관간 상호작용에 의해 특이적으로 조절 받는 신경세포의 로컬기능 특성화 및 세포타입 특이성 확인을 설정하였음. 본 과제를 수행하며, 신경세포 수상 돌기내에서 Golgi와 endosome간의 상호작용을 특성화하였으며 이를 매개하는 인자로서 Rab19를 동정하였음. 또한, 이러한 Rab19의 활성을 조절하는 상위 인자로서 pollux를 찾아내었으며, 원격 제어 기전으로 TDP-43 기반의 조절 기전을 밝혀냈음. 최종적으로, 이러한 미니어쳐 세포소기관들간의 상호작용이 수상돌기의 형태 조절에 관여하고 있으며 plasma membrane을 공급하는 역할을 수행함을 규명하였음. 종합하면, 과제를 제안하며 설정한 모든 세부 연구목표를 성공적으로 달성하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 그동안 많은 연구가 진행되어온 classic한 peri-nuclear 세포소기관들과는 달리 아직 연구가 많이 진행되지 않은 미니어쳐 세포소기관들은, 그들이 어떻게 생성되는지나, 세부 기능과 구성성분에서 peri-nuclear 세포소기관들과 어떤 부분이 같고 어떤 부분이 다른지조차 아직 정확히 알려져 있지 않음. 이러한 상황에서, 그들간의 상호작용에 대한 우리의 이해는 거의 미비한 상황이지만, 일부 미니어쳐 세포소기관간의 기능적 중복성에 기반해서 그들간의 상호작용이 존재할 가능성은 충분히 높았음. 본 연구진은 이처럼 많이 연구되지 않은 도전적인 분야를 개척해 나가고자 하였으며, 성공적으로 연구를 수행하며 관련 연구 분야를 국내주도로 선도해 나갈 수 있도록 충분한 연구 결과들을 확보할 수 있었음. 또한, 선행 중견과제에 연이어 미니어쳐 세포소기관에 특화된 보다 깊이 있는 주제의 과제를 수행함으로써 관련 분야 연구자들을 더욱더 전문적으로 훈련시키고 양성할 수 있었음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이성배
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 미니어쳐 세포소기관;수상돌기;수상돌기 골지;수상돌기 엔도좀; 2. miniature organelles;dendrites;dendritic golgi;dendritic endosome;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 자기음파 파동의 생성 및 전파를 이해하고, 이 파동이 방사선 대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량적으로 조사하는 것이다. 입자-파동 상호작용이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자의 양과 에너지를 결정한다는 것은 최근 종료된 NASA의 Van Allen Probe 미션으로부터 확실시되었다. 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 magnetosonic 파동 또한 입자 -파동 상호작용으로 이들에게 영향을 끼칠 수 있다고 알려져 있다. 그러나, 다른 파동들과 다르게 magnetosonic 파동의 본질에 대해서 더 깊은 연구가 필요하며, 이를 바탕으로 이 파동이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 particle-in-cell 코드를 이용하여, 현실적인 다차원 공간에서 이 파동을 구현하고, 이로부터 관측적 제한으로 얻기 힘든 파동의 특성을 유추하며, 구현된 파동 내에서 운동하는 고에너지 전자들의 궤적을 추적 함으로써 전자에 미치는 영향을 정량적으로 알아보고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 첫째, 관측적 사실들을 최대한 반영한 particle-in-cell 시뮬레이션을 수행하여 얻은 결과를 분석한 결과, 링 형태의 양성자 분포가 넓은 위도상에 분포함에도 불구하고, 관측에서 나타나는 것과 같이 발생한 자기음파의 세기가 자기 적도 근처에서 피크를 이루고 적도에서 벗어날수록 그 세기가 지수함수적으로 감소함을 보였다. 우리는 적도에서 벗어날수록 자기장 세기 변화에 기인해 파동이 자기 적도를 향하는 굴절(refraction)을 겪어 파동의 지속적 증폭이 방해받지만, 적도 근처에선 자기력선의 곡률 변화가 미약해 한 장소에서 상대적으로 오래 머물면서 연속적으로 증폭될 수 있음을 밝혔다. 둘째, 자기음파의 수직 방향 전파 특성을 고려한 양성자 산란을 결정짓는 확산계수 계산 방법을 제시하였다. 기존의 확산계수 계산 방법은 수식의 발산을 피하고자 수직 방향의 파워를 인위적으로 제한해 왔다. 우리는 준 수직 방향의 파동 성분만큼(또는 그보다 더 큰) 수직 방향이 파동 성분도 환전류대 양성자 산란에 기여함을 보여주었다. 셋째, 자기음파와 상호작용에 의한 양성자 산란이 기존 믿음과 다르게 낮은 에너지 영역에서는 비효율적임을 이론적으로, 관측적으로 보여주었다. 따라서, 우리는 기존에 제시된 자기음파-저온 양성자-EMIC 파동의 에너지 전달 과정의 첫 번째 연결 고리를 재고해야 함을 제시하였다. 넷째, 산소 이온 자기음파의 발생빈도와 특성을 처음으로 통계적으로 조사하였다. 우리는 이 파동의 공간적, 시간적 분포와 파동의 편극 특성을 통계적으로 보여주었고, Ion Bernstein 불안정성을 일으킬 수 있는 ring-like 분포함수가 동반되는 것을 확인하였으며, 이 파동에 의해 가열됐을 저온의 이온 분포함수의 특징도 발견하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 지구 방사선대의 고에너지 입자들은 인공위성에 작게는 single event upset과 위성 내부 대전, 크게 는 위성 통신두절 및 내부 시스템 손상 등을 유발하여 군사적, 사회적, 경제적 피해를 줄 수 있다. 따라서 방사선대 양의 정확한 예·경보는 인공위성에 줄 수 있는 피해를 미리 예방하는 데 중요하다. 자기권에서 입자-파동 상호작용이 고에너지 입자의 운동을 결정하는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이 연구에서 얻어진 향상된 자기음파의 물리적 이해가 정확한 방사선대 예측에 큰 역할을 할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민경국
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라스마 파동 및 불안정성;입자-파동 상호작용;수치 모델링;방사선대;자기권 자기음파; 2. Plasma waves and kinetic instability;Wave-particle interactions;Particle-in-cell simulation;Radiation belts;Magnetosonic waves;

□ 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;