□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 간은 인체 기관 중에서 크기가 가장 크며 다양한 세포로 구성되어 있는데 이 중 간세포(hepatocyte)는 전체 질량의 70-85%를 구성하며 간의 대사 기능을 수행한다. 특히 알코올 및 모든 약제를 외부 물질로 인식하며 전신 순환계로 흡수되는 것을 방지하고 독성을 해소하기 위하여 주요 대사과정을 수행한다. 따라서 과도한 대사과정은 세포 내 에너지 대사를 담당하고 있는 미토콘드리아의 기능을 손상시키며 이를 통해 다량의 산화제가 발생한다. 이러한 해독과정에서 발생하는 다량의 산화제는 간의 대부분을 차지하는 간세포를 손상시키고 궁극적으로는 간의 기능이 소실되어 간 독성 및 간 질환이 유발된다. 이와 관련된 대표적인 독성 물질은 알코올 및 해열진통제와 같이 접근성이 쉬운 물질이며, 간 손상으로 인한 간 질환은 특정 집단이 아닌 전 세계 모든 인종에게 해당되는 질환이기 때문에 병리 진행 기전 및 새로운 신호 조절자의 규명이 치료에 매우 중요하다. 따라서 간 질환은 간세포에서의 약물 대사 및 간 손상 메커니즘과 연관하여 이해되어야 하지만, 놀랍게도 현재까지 알코올 및 약물의 중단 또는 외과적 수술 (예:간이식) 등을 제외한 효과적인 치료방법은 없으며 치료 타겟의 발굴 및 기전에 대한 이해가 부족하다. 알코올성 간 질환은 전 세계적으로 3번째로 가장 많이 발생하는 질환이며 매년 2백 50만 명이 사망하고, 모든 사망 원인의 4%를 차지한다. 특히 우리나라에서는 바이러스 간 질환에 이어 가장 많이 발생하며 관련 사망자 수도 연간 10만 명당 9.6명으로 높다. 그럼에도 불구하고 우리나라 국민의 정서는 음주에 관대하며 대인 관계에 중요 요소로 간주되기 때문에 이는 일반 대중에서 알코올성 간 질환이 중요한 문제임을 방증한다. 특히 성인 1인당 알코올 소비량이 증가하여 최근에는 우리나라가 알코올 소비가 가장 많은 나라에 속하며, 결과적으로 알코올성 간 질환의 빠른 증가를 가져왔다. 알코올성 간 질환은 지방간 및 간섬유화를 거쳐 간 경화와 간암으로 진행하며, 만성적인 알코올 섭취는 치료가 불가한 상태로 질환을 악화시킨다. 하지만 위에서 언급했다시피 효과적인 치료제가 없는 상황이며 따라서 병리적 진행 메커니즘을 밝히는 것이 필수이다. 아세트아미노펜은 해열진통제로 널리 사용되는 치료제이다. 아세트아미노펜은 안전하다 알려져 있으나 과량 복용 시 심각한 간손상 및 급성 간부전을 유발할 수 있다. 특히 처방전 없이 약국과 편의점 등에서 구매가 쉽게 가능하기 때문에 중독의 가능성이 높으며, 미국에서는 급성 간부전의 가장 흔한 원인으로 꼽힌다. 아세트아미노펜의 해독제로 N-acetylcysteine (NAC)이 사용되고 있으나, 오심, 홍조, 두드러기, 기관지 연축, 혈관부종, 발열, 저혈압 등의 부작용이 야기된다. 여전히 NAC의 최적 용량과 기간에 대한 연구와 정보는 부족하며 안전성 및 내성에 대해서 의문이 전 세계적으로 꾸준히 제기되고 있다. 따라서 아세트아미노펜에 의한 간 손상의 완벽한 치료제가 없는 상황이며 부작용이 없는 궁극적인 치료제 개발이 필요하다. 핵 수용체(nuclear receptor)는 리간드(ligand)에 의해 활성화 되는 전사인자이다. 핵 수용체는 인간에는 48가지, 쥐에는 49가지가 존재하며 동물 세포 생존에 필수적이다. 핵 수용체는 DNA 결합 도메인을 가지고 있으며, 세포질 혹은 핵 내에 존재하고 리간드에 의하여 활성화되면 타겟 유전자까지 이동하여 유전자 발현을 조절한다. 또한, 핵 수용체는 지방, 아미노산, 약물, 알코올의 산화 등을 포함하는 대사의 역할을 수행한다. 따라서 핵 수용체는 산화 및 대사의 주요 조절자로서 간 질환 진행에서 핵심적인 역할을 할 수 있다. 특히 핵 수용체는 특정 타겟을 목표로 전사 조절하기 때문에, 핵 수용체의 리간드를 발견하고 길항제(antagonist)와 작용제(agonist)를 이용한 병리 치료 연구는 신약 개발에 있어서 매우 중요한 연구 분야로 지목되고 있다. 그럼에도 불구하고 간 손상 질환 환자의 병리 진행에서 핵 수용체의 역할에 관한 연구는 매우 미비한 실정이다. 본 연수에서는 알코올 및 아세트아미노펜에 의한 간 질환에서 활성화됨으로써 병리 진행을 촉진시키는 핵 수용체를 규명하고 그에 따른 분자적 기전을 제시하며, 대사 과정 뿐 아니라 그로 인한 세포의 사멸과 같은 손상 메커니즘을 밝힘으로써 새로운 치료적 타겟을 제시하고자 하였다. 본 연수 과정을 통한 연구결과는, 연수자의 능동적인 과학적 사고의 발전을 도모하고자 하는 본 연수의 목적과 부합할 것이며, 연수자에게는 과학적 지평을 넓힐 수 있는 기회가 될 것이라 기대한다. ○ 전체 내용 본 연수에서는 1) 알코올 및 아세트아미노펜 섭취에 따른 간질환 특이적 핵 수용체를 도출 후 활성을 관찰하고, 2) 간세포 특이적 핵 수용체 결손 동물모델을 구축하여 알코올 및 약물에 의한 간 손상 질환을 치료하는 가장 유의적인 병리 현상을 도출하였으며, 3) 병리 현상을 조절하는 핵 수용체의 하위 타겟을 규명하여 궁극적으로 각기 다른 질환 상황에서 발생하는 병리 기전의 효과적인 제어 및 치료를 위한 신규 타겟 발굴과 의약학적 활용을 위한 연구를 진행하였다. ○ 1단계 ● 목표 지금까지 간 손상 질환 병리기전의 이해와 치료전략은 단일 타겟을 통한 제어에 국한되어왔으며, 알코올 및 약물에 의한 간손상 질환에서 하나의 조절자의 차별적 기능에 대한 연구 관점은 부족했다. 본 연수를 통해 알코올 및 약물에 의한 간 질환에서의 병리 진행에 주요 조절자를 도출함으로써 질환에 따른 각각의 조절 기전을 규명하고자 하였다. 주요 조절자와 하위 타겟을 치료적 신규 타겟으로 제안함으로써, 간세포 특이적인 타겟팅을 통하여 부작용을 최소화하고 병리 진행의 완화를 목표로 하였다. ● 내용 알코올에 의한 간 손상 동물모델 구축, 유전자 결핍 마우스 활용에 의한 증명, metabolomics와 lipidomics를 활용한 대사체 분석 (알코올 식이로 유의적으로 변화하는 아미노산 대사체를 검출, 지질 대사체를 분석), RNA-seq 및 GSEA 분석을 통한 유전자 네트워크 분석 (마우스 모델의 간 시료를 활용한 RNA-seq 또는 공개용 database를 사용하여 유의미한 분자 및 pathway 도출), 일차 간세포 및 계대 배양 가능 세포주를 이용한 in vitro 실험 (간에서 분리한 일차 간세포나 세포주를 활용하여 알코올/아세트아미노펜에 의한 분자적 메커니즘을 증명하고 in vivo 유사한 실험적 의미를 도출) 등의 방법을 활용하여 알코올 및 아세트아미노펜 과잉 섭취에 따른 전사인자의 활성 및 하위 기전을 규명하였다. □ 연구개발성과 간 질환의 치료를 위해서는 기존 약물의 한계를 넘고 부작용을 최소화하는 신개념의 타겟 연구가 필요하다. 경제 및 의료의 발전에 따른 평균수명 증가 및 이에 따른 인구의 노령화에 따라 각종 만성적 질환이 급증하고 있다. 현재까지 제시되고 있는 다양한 약물들은 여전히 그 사용이 제한적이므로 이를 보완하기 위해서는 간 질환을 획기적으로 개선 시킬 수 있는 새로운 패러다임의 확립이 필요하다. 본 연수를 통해서 핵 수용체에 의한 독성 대사의 새로운 기전 규명 및 대사 변질과정에서 수반되는 세포 사멸과 생존 제어의 경로를 제시하였으며, 연구결과의 일부를 국제저명학술지에 게재하였다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 본 연수를 통한 연구 성과는 알코올 및 아세트아미노펜 섭취에 따른 간 질환 상황에서 병리 이행의 이해를 위한 기반 및 효과적인 치료 타겟 구축을 위한 연구로 활용될 수 있다. 본 연수과제에서 확립한 성과들은 궁극적으로 국내외 간 질환과 연계되어 있는 에너지 대사 및 항상성에 관한 기초 지식 및 기반 기술을 구축하고 국가의 과학기술경쟁력 향상에 기여할 것이라 기대한다. 구체적으로, 본 결과에서 도출한 치료적 타겟 분자들의 기능을 향후 후속연구를 통하여 추가적으로 검증하고자 한다. 대사성 질환 환자에서 실제 밝힌 경로가 적용되는지 확인하고, 동물 모델에서의 타겟 제어를 통한 병리 개선 효과를 관찰하고자 한다. 또한, 연속적인 후속연구로 의미있는 결과들을 산출하고 국제 저명한 학술지에 게재함으로써 정보 공유를 통해 국내외 연구자들이 활용할 수 있도록 하고 간 질환 치료에 일조할 뿐만 아니라, 국내 과학적 지평을 넓히고 기술력 제고에 공헌하고자 한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김윤석
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 핵수용체;알코올성 간질환;약인성 간손상; 2. Nuclear Receptor;Alcoholic Liver Disease;Drug-induced Liver Injury;

Ⅱ. 연구의 배경 및 필요성 □ 정부 R&D 효과성 및 효율성 저하에 따른 지속적 개선 및 타 선진국 대비 질적 성장률 향상을 통한 연구수준 제고 요구 증대 o 매년 수립되는 성과관리 시행계획의 수립 및 향후 연구개발사업의 효과적인 추진을 통한 성과 목표 및 지표 제시 필요 - 원자력연구개발사업 추진을 위해 수립된 제6차원자력진흥종합계획 및 원자력연구 개발5개년 계획 등 상위 종합계획에서 제시된 임무에 기반한 사업의 효과적 추진을 위한 전략 마련 - ′전략목표-성과목표-성과지표′ 등의 요소들이 유기적으로 결합되어 전체적인 일관성을 가질 수 있도록 임무와 전략목표 간 연계성 확보 Ⅲ. 연구범위 및 수행절차 □ 원자력연구개발사업 분야 내 원기금으로 운용되는 사업 16개와 함께 추후 부처의 요청으로 추가된 일반 회계계정으로 구분된 방사선 기술 분야(5) 및 기초기반_방사선 분야(5)를 포함하여 총 21개 사업을 대상으로 조사·분석을 수행하였음 Ⅲ. 연구결과 □ 원자력연구개발사업(2023-2027년)의 대표 핵심성과로 선정된 6개분야는 미래원자력, 사용후핵연료관리, 원자력안전, 원전해체, 원자력인프라, 방사선 분야임 (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 이기종
• 주관연구기관 : (주)이니씽크
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 원자력연구개발;성과관리 체계;성과관리 전략;성과지표;지표발굴;평가기준;측정방법; 2. Nuclear technology development;performance management system;performance management strategy;performance indicator;performance goals;indicator design;evaluation standard;indicator methodology;

□ 연구개발 목표 및 내용 ■ 최종 목표 바이오 자료의 경우 실험에 큰 비용이 들고 생물학적 표본의 공급 한계로 실험을 많이 반복하기 힘들기 때문에 각 실험에서 얻은 결과에 대한 신뢰도가 중요하다. 하지만 실험자나 실험 환경에 따라 실험을 반복해서 얻은 자료의 결과들이 다른 경우가 존재한다. 바이오 자료들에 국한되지 않고, 자료의 분석결과들을 이용한 많은 수의 연구들이 재현되지 않는 재현성 위기(reproducibility crisis) 현상이 현대 과학에서 일어나고 있다. 일관적이지 않은 실험의 결과는 연구의 신뢰도를 낮추고, 기존의 연구 결과를 기반으로 다음 연구로 나아가는 과학에서 이와 같은 연구의 신뢰성 문제는 큰 문제가 된다. 이에 반복 실험을 통해 얻어진 자료의 재현성(reproducibility)을 먼저 측정하고 평가하는 방법이 필요하다. 유전체 단백질체나 대사체와 같은 오믹스 자료들에 대한 마이크로 어레이(Microarray) 분석, 핵자기공명(Nuclear magnetic resonance; NMR) 스펙트럼 분석, 적외선(Infrared; IR) 분광 분석, 질량(Mass) 분석 등을 통하여 얻어진 자료는 표본의 크기 –샘플의 개수- 가 크지 않은 반면, 각 샘플의 차원은 매우 큰 자료 형태인 (즉, ) 고차원-저표본(high dimensional low sample size; HDLSS) 자료의 형태를 가진다. 이러한 특별한 자료 형태 때문에, 기존의 재현성 측도들이 작동하지 않는 문제가 있다. 본 연구과제에서는 고차원-저표본 자료 형태에 맞는 새로운 재현성 측도를 제안하고, 이에 대한 이론적인 결과를 제공하는 것을 목표로 한다. ■ 전체 내용 본 연구에서는 여러 가지 체학(multi-omics) 자료들이나 바이오 빅 데이터 자료를 다루기 위해, 자료에 맞는 HDLSS 구조에 대한 위의 연구들을 발전, 적용하여 자료들의 재현성을 측정할 수 있는 고차원-급내 상관계수 (high dimensional intraclass correlation coefficient; HICC)를 제안하고, 이론적 성질에 관한 연구를 진행하려고 한다. 본 연구에서는 다음과 같은 상황에서의 자료의 재현성을 평가할 수 있는 측도를 제안하려고 한다. 먼저 각 시료에 대해 두 번의 바이오 빅 데이터 자료를 얻는다고 생각하자. i번째 시료에 대한 j번째 실험에서 얻어진 자료를 W_ij라고 하면, 다음과 같은 측정 오차 모형을 생각할 수 있다. W_ij = X_i + U_ij 여기서 X_i는 i번째 시료의 실제 값으로, U_ij는 i번째 시료의 j번째 실험에서의 오차로 생각할 수 있다. 실제 값들과 실험 오차들은 서로 독립임을 가정한다. X_i와 U_ij의 공분산 행렬 K_X와 K_U는 각각 m_X, m_U개의 spike가 있는 spiked 공분산 행렬로 가정한다. 관측된 자료 W_ij의 공분산 행렬 K_W은 고유치 분해를 하여 표현할 수 있으며 다음과 같이 두 공분산 행렬의 합과 같다. K_W = K_X + K_U 각 공분산 행렬의 spike 형태에 의해, 관측된 자료의 공분산 행렬 K_W 역시 최대 m_X+m_U개의 spike를 갖는 spiked 공분산 행렬이 되는 것을 알 수 있다. spike 고유치를 이용한 고차원-급내상관계수(HICC)와 그의 추정 본 연구에서는 공분산 행렬의 spiked 가정을 이용해, spike 부분의 고유치만을 이용한 고차원 급내상관계 수를 제안한다. 즉, 고차원-급내상관계수를 spike 고유치들의 합의 비율로 정의한다. spike 부분의 고유치는 Yata and Aoshima (2012)에서 제안한 방법인 noise reduction method를 이용해 추정한다. [3] 표본 공분산 행렬은 그램 행렬과 0이 아닌 고유치를 공유하기 때문에, 그램 행렬의 고유치를 계산하는 방법으로 고차원 공분산 행렬의 고유치를 쉽게 구할 수 있다. 앞서 제안한 고차원-급내상관계수를 계산하기 위해서는 세 공분산 행렬 K_W, K_X, K_U의 고유치 추정량이 필요하다. 첫째로 K_W의 고유치들의 추정량은 관측값들의 표본 공분산 행렬 의 고유치를 추정하는 문제가 되며 위에서 소개된 noise reduction 방법으로 쉽게 계산할 수 있다. 공분산 행렬 K_U의 고유치와 고유벡터는 i번째 시료에서의 관측값의 평균을 알고있는 경우의 공분산 행렬의 고유치와 고유벡터와 가까움을 보일 수 있다. (Weyl's inequality, Davis Kahan theorem) 관측값의 평균을 알고있는 경우의 공분산 행렬은 서로 독립인 들을 이용해 만들어낸 표본 공분산 행렬처럼 생각할 수 있고, 역시 위의 Noise reduction 절차를 이용해 고유치들을 추정할 수 있게 된다. 공분산 행렬 K_X은 표본 공분산 행렬의 형태로 나타내기 어렵고, 본 연구에서는 K_W와 K_U의 고유치를 추정하였기 때문에, 추정된 고유치를 이용해서 K_X의 고유치와 고유벡터를 찾는다. K_X의 spike 고유벡터가 K_W와 K_U의 spike 고유벡터들의 선형결합으로 표현됨을 이용하면 찾을수 있다. 이와 같은 방법으로 두 번째, 세 번째 이후의 고유벡터를 모두 추정할 수 있으며, 위의 식을 최대화하는를 찾는 문제는 와 의 고유벡터와 고유치로 이용해서 만드는 특별한 행렬에 대한 주성분 분해를 하는 것으로 바꿔서 풀 수 있다. 위에서 제안한 고차원-급내상관계수 (HICC) 는 급내상관계수(ICC)의 가장 간단한 방법의 다차원 자료로의 일반화이고, 더 다양한 방법으로 재현성 측도를 개발할 수 있다. 그 중 하나로 측정오차 부분의 가 아니라, 자료의 정보를 담고있는 의 고유공간에 사영한 결과를 이용할 수도 있다. 위 측도의 경우, 자료의 정보를 담고있는 의 고유공간이 측정오차 부분인 의 공간과 수직한 경우 1을 가지게 되며, 이는 자료의 정보와 측정오차가 서로 잘 분리되고 있음을 의미하고, 재현성이 높음을 의미한다. □ 연구개발성과 1. 고차원-저표본 형태의 자료들에 대한 software로, 현재 연구중인 HP-ACCORD algorithm을 여러개의 실제 omics 자료에 적용하며 생기는 문제점을 보고하여 개선하는데 기여하였다. 2. 현재 연수기관에서 중요하게 다루고 있는 single cell 데이터에 대해서, Zero value들이 많은 특성을 반영하여 hurdle model을 기반으로 상호 의존성을 추정하는 새로운 목적함수의 개발하고 있으며, 이론적 성과에 대해 검증하고 있다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 기존의 연구계획과는 조금 다르지만, 재현성의 측도를 얻기 이전에 고차원-저표본 자료에 대한 실제 계산을 위한 High-performance computing에 대한 이해가 이후 연구에서 값을 계산하는 데 큰 도움이 될 것으로 예상하며, 특히 본 박사후연구기간동안 다루게 될 자료인 Single cell 자료의 bimodality 관련 특성에 대한 모형화는 이후 재현성 측도를 구함에 있어서 중요한 초석이 될 것으로 예상한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김영래
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 고차원 계산;허들 모형;결측 자료; 2. High-performance computing;Hurdle model;Missing data;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 이홍연
• 주관연구기관 : 알엠택
• 발행년도 : 20231200
• Keyword : 1. 삼중수소;감마핵종;방사능;원자력시설;안전관리; 2. Tritium;Gamma Nuclide;Radioactivity;Nuclear Facility;Safety Management;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 포유동물의 난자 성숙에서 fission 억제 및 불균형과 핵 성숙 손상과의 관계를 규명하고 미토콘드리아 분열 유도 물질 또는 spindle assembly 복구 물질을 통해 포유동물 난자의 성숙 회복 기전을 조사하여 새로운 기전을 제시하고자 함. ○ 전체 내용 포유동물 체외성숙 동안 mitochondrial fission 억제에 따른 spindle assembly 손상에 대한 상관관계에 대해 조사하고, 이후 mitochondrial fission 조절 물질을 통해 포유동물 난자의 체외성숙 동안 핵 성숙 손상에 대한 회복 기전을 분석함. ○ 1단계 ◎ 목표 포유동물 난자의 체외성숙 과정 동안 mitochondrial fission 억제 물질인 Mdivi-1과 Drp1 siRNA 처리에 따른 체외성숙의 변화와 spindle aseembly와 mitochondrial fission과의 상관관계 규명 ◎ 내용 ■ 돼지 난자 체외성숙 과정에서 Mdivi-1과 Drp1 siRNA의 노출이 mitochondrial fission 관련 인자에 미치는 영향과 그에따른 meiotic maturation 변화 확인 ■ 돼지 난자의 체외성숙에서 Mdivi-1과 Drp1 siRNA 처리가 spindle assembly 관련 단백질과의 상관관계 규명 ■ 돼지 난자 체외성숙 동안 Mdivi-1 및 Drp1 siRNA 노출에 의한 mitochondrial 유래 ROS 및 기능 조절 변화 확인 ○ 2단계 ◎ 목표 Mitochondrial fission 회복 물질로써 Melatonin 및 MIT-001을 이용하여 Mdivi-1 및 Drp1 siRNA 처리에 의한 mitochondrial 기능 이상 및 spindle assembly 회복 기작 규명 ◎ 내용 ■ Melatonin을 사용하여 mitochondrial fission 관련 단백질과 spindle assembly 회복 정도 확인 ■ Mitochondria 유래 ROS 제거를 도와주는 물질인 MIT-001을 이용하여 항산화 효과가 mitochondrial fission과 spindle aseembly 회복에 미치는 영향 확인 ■ Melatonin과 MIT-001에 의해 mitochondria 기능 회복과 그에 따른 돼지 난자의 체외성숙 회복 효과 검증 □ 연구개발성과 [1차년도] SCI 국외논문 1편, 국내 학술대회 논문발표 2편 [2차년도] 비SCI 국내논문 2편, SCI 국외논문 2편, 국내 학술대회 논문발표 4편, 국제 학술대회 논문발표 2편 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ■ 포유동물 난포란의 체외성숙 동안 mitochondrial fission의 조절을 통해 핵 성숙에 mitochondrial dynamics의 중요성을 제안함. ■ 포유동물 난자성숙에서 항산화제를 이용하여 mitochondrial fission의 조절을 도와줌으로써 mitochondria 유래 손상에 의한 핵 성숙 극복 기전을 규명하고 체외 성숙 효율 개선을 위한 새로운 방법 제시할 수 있음. ■ Mitochondrial dynamics 조절 물질을 이용한 새로운 체외배양액 제조 가능성을 확인하고 인간의 난임 보조생식술을 위한 새로운 회복 매커니즘을 제시함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 양슬기
• 주관연구기관 : 대구대학교
• 발행년도 : 20230900
• Keyword : 1. 미토콘드리아 분열;스핀들 조립;다이나민 관련 단백질 1;멜라토닌;체외성숙; 2. Mitochondrial fission;Spindle assembly;DRP1;Melatonin;In vitro maturation;

□ 연구개요 - 정상 조직으로부터 단일 성체줄기세포 기원 오가노이드를 확립한다. - 확보한 오가노이드를 이용하여 in vitro 및 in vivo에서 방사선조사 실험을 수행한다. - 정상 세포 내부에서 일어나는 체성돌연변이를 확인한다. - 전리방사선 특이 돌연변이를 찾고 선량-반응 관계를 확인한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 본 연구를 통하여 인간 및 마우스 유래 오가노이드 라인을 확보함. - 마우스: 췌장, 간, 유선, 나팔관, 위, 소장, 대장, 폐 조직 유래 오가노이드 제작 - 사람: IRB 허가 취득 후 연구에 동의한 환자의 수술 조직을 이용하여 유방, 대장조직 유래 오가노이드 제작 2) 본 연구를 통하여 오가노이드를 이용한 방사선조사 실험이 가능함을 확인. - in vitro에서 오가노이드에 직접 방사선 조사 실험 - 마우스를 대상으로 in vivo에서 방사선 조사 후 오가노이드 확보 - 방사선치료를 받고 수술을 시행받은 환자 조직으로부터 오가노이드 확보 3) 단일 세포 기원 오가노이드로부터 전장유전체 분석을 통하여 단일세포 수준에서 일어나는 전리방사선 특이 돌연변이의 패턴을 찾음. 4) 전리방사선 특이 돌연변이의 선량-반응 관계를 확인하였고 이를 실험적 방법으로 교차 검증함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 1) 인간 및 마우스 조직에서 유래하는 다양한 오가노이드 라인을 확보하였고 이를 이용하여 실험실 내에서 생체적합도가 높은 실험의 구현이 가능함을 확인하였다. 2) 또한 본 기술을 이용하여 환자 유래 오가노이드의 제작이 가능하고 이를 통해 환자맞춤형 연구 및 진단-치료 플랫폼 구현이 가능함을 확인하였다. 3) 본 연구를 통해 높은 정확도와 정밀도의 단일세포 전장유전체 분석이 가능함을 확인하였다. 4) 본 연구를 통해 전리방사선이 유발하는 특이적인 체성돌연변이를 확인하였다. 이를 통해 생체 내 발견되는 돌연변이의 원인을 특정하고 체성돌연변이가 일으키는 질환 (암)의 원인을 규명할 수 있음을 확인하였다. 5) 또한 이를 통해 방사선피폭이 인체내에 유발하는 생물학적 영향의 핵심 단계를 확인하고 이를 타겟으로 한 질환치료 전략의 수립에 정보를 제공하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 권현우
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 성체줄기세포;오가노이드;전리방사선;전장유전체분석;단일세포유전체; 2. Adult Stem Cell;Organoid;Ionizing Radiation;Whole Genome Sequencing;Single Cell Genomics;

□ 연구개발 목표 및 내용 ■ 최종 목표 ○ 최상위 분석법인 방사화 분석을 이용해 미세먼지를 보다 정밀하게 분석하고, 미세먼지 내 방사성 핵종을 마커로서 활용하는 오염원 평가 기술을 개발 ■ 전체 내용 ○ 방사화 분석을 이용한 미세먼지 성분분석 - 방사화 분석 정밀도 향상 및 미세먼지 적용 연구 - 타 분석 기법과의 비교 분석 및 연계 연구수행 - 방사선을 이용한 미세먼지 농도 분석 기술 개발 ○ 미세먼지 내 방사성 핵종 분석을 통한 오염원 평가 - 측정소 설계 및 운영 - 지각물질 성분비를 이용한 오염원 기여도 평가 - 동위원소 비를 이용한 오염원 평가 연구 ○ 방사능을 이용한 미세먼지 모니터링 연구 - 방사선량률 이용 미세먼지 실시간 모니터링 기술 연구 - 베타, 알파선원 이용 미세먼지 오염원 연구 - 방사성 핵종 거동 이용 대기 환경 모니터링 연구 ■ 1단계 ● 목표 ○ 방사화분석 및 기타 분석법을 이용한 미세먼지 내 방사성 핵종 오염원 평가 연구 ● 내용 ○ 1차년도 (2018.07.18. - 2018.12.31.) - 미세먼지 내 방사화 원소 결정 - 미세먼지 측정소 설계 및 구축 - 대기 환경 샘플 확보 - 미세먼지 모니터링을 위한 방사선 정보 수집 및 분석 ○ 2차년도 (2019.01.01. - 2019.12.31.) - 미세먼지 매트릭스 확립 및 방사화 분석 정밀도 측정 - 측정소 운영을 통한 미세먼지 포집 및 분석 - 오염원별 미세먼지 샘플 확보 및 분석 - 대기 방사선정보와 미세먼지의 상관관계 분석 ■ 2단계 ● 목표 ○ 미세먼지 내 방사성 핵종 분석에 대해 정밀도 평가 및 검출하한 연구와 방사선학적 영향을 고려한 미세먼지 영향 모델링 연구 수행 ● 내용 ○ 3차년도 (2020.01.01. - 2020.12.31.) - 타 분석 기법 간 정밀도 평가 및 검출하한 향상 - 기상 조건 별 미세먼지 성분 분석 - 미세먼지 내 방사성 핵종 분석 - 방사선 정보를 이용한 시간별 대기 미세먼지 영향 모델링 ○ 4차년도 (2021.01.01. - 2021.12.31.) - 타 분석과 방사화 분석 동시 활용 절차 개발 - 지각 물질 성분 비 및 동위원소 비를 활용한 오염원 평가 방법론 개발 - 방사선 정보를 이용한 계절별 대기 미세먼지 영향 모델링 ○ 5차년도 (2022.01.01. - 2022.12.31.) - 방사선 이용 시공간별 미세먼지 성분 분석 - 개발된 방법론을 활용한 오염원 평가 - 평가 결과를 통한 방법론 보완 - 방사선정보를 이용한 지역별 대기 미세먼지 영향 모델링 □ 연구개발성과 ○ (국가 분석 역량 동원) 미세먼지를 최상위* 분석법인 방사화 분석 기술을 활용하여 일부 핵종 분석 정밀도 2배 향상 * 국제도량협회가 인정하는 기준 분석법 ○ (미세먼지 내 방사능 분석) 황사와 함께 날라오는 우라늄, 토륨, 라돈 등의 방사성 물질을 이용하여 국외 발 미세먼지 오염원 평가 정확도 향상 ○ 전체 연구개발기간 목표: 국내외 논문 게재 22건/학술 발표 30건/특허 출원 10건/특허 등록 6건/기술이전 1건/기술인증 1건/인력양성 7명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ (경제적) 기존 방사능 측정 시설을 미세먼지 측정소로 활용 가능케 하는 기술로 실시간 미세먼지 측정소 170개소 및 미세먼지 성분 분석 측정소 15개소 확장 효과 ※ 성분 분석 측정소 구축비용만 약 150 억원 이상 절감 ○ (과학적) 방사능을 미세먼지 분석의 새로운 마커로서 활용하여 새로운 데이터 산출 (출처 : 요 약 문 2p)

• 연구책임자 : 김지석
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 미세먼지;방사화 분석;미세먼지 오염원;핵 분석 기술;질소산화물; 2. particulate matter;activation analysis;PM emission source;Nuclear analytical technology;Nitrogen oxides;

연구개요 ‣ 암치료에 필수적인 첨단 정밀 방사선치료 및 방사선수술에서 사용하는 소조사야빔 (5 × 5 mm 이하)의 절대흡수선량을 3% 이내 불확도로 정확하게 측정하기 위한 미세 검출기를 개발하고 국제 표준 프로토콜을 충족하는 검출기 교정 방법을 확립을 목적으로 함. 연구 목표대비 연구결과 ‣ 섬광체 검출기 모델 제작 공정 확립 및 특성 연구 (100% 달성) - 88.4, 95.6, 97.2% iso-dose volume 섬광체 제작 완료 - 초기 신호 측정을 통해 (1850 ± 945)s 의 시정수 획득 - 0.8% 이내의 단기 측정 표준편차 측정 - 0.96 이상의 선형 피팅의 R2 값 확보 - 각도 의존성 1% 미만 확인 ‣ 미세 섬광체 검출기 시작품 제작 및 성능 개선 (100% 달성) - 98% iso-dose 맞춤형 섬광체 검출기의 오차 원인 제거 및 성능 향상하여 미세 섬광체 검출기 시작품 완성. - 체렌코프 방사선효과 제거 (차감법) - 장·단기 안정성, 온도 민감도, 선형성, 선량률 의존성, 등방성 확인 ‣ 섬광체 검출기 특성 시험을 위한 전산모사 시스템 구축 (100% 달성) - 섬광체 검출기 전산모사 정당성 확보 및 시스템 구축. - 전산모사계산을 통한 ISS(Iso-dose shaped scintillator)에 대한 선량보정인자 확보 ‣ IAEA TRS 483 문서를 따르는 교정 상수 확보 (100% 달성) - ISS에 대하여 ‘ND,w = 3.700 × 10-4 Gy/nC’ 교정상수 확보 - 의료현장에서 LGP 선량의 차이 ± 1% 이내 확인 ‣ 기존 상용화 검출기와 특성 비교 (100% 달성) - ISS의 장기 안정성 문제를 확인 및 개선방안 마련 - ISS에 대한 보정계수 적용을 통한 선량검증 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ‣ 활용방안 - 소조사야 빔의 흡수선량을 보다 정확하게 측정하는 것은 방사선 치료의 성공률 및 안정성을 제고를 위해 중요한 기술임. 특히, 소조샤야 빔을 이용하여 치료하는 체부정위방사선치료 (SBRT, stereotactic body radiation therapy) 기술 분야에서 본 연구 성과 결과물을 광범위하게 활용할 수 있을 것으로 사료됨. - SBRT은 본 연구에서 수행된 감마나이프 이 외에도 임상 선형가속기(약 164대)와 사이버나이프 (국내 8개 기관) 방사선치료기의 선량 측정에 활용할 수 있을 것으로 기대됨. - 향후, ISS 검출기 제작 시 재조립 절차를 수행하지 않으면서 체렌코프 빛의 신호 왜곡을 제거할 수 있는 개선방안에 대한 추가연구가 필요할 것으로 사료됨. ‣ 기대효과 - 첨단 방사선 암 치료의 필수적인 소조사야 빔의 흡수선량을 보다 정확하게 측정함으로써 방사선치료의 성공률 및 안전성을 제고할 수 있음. - 최신 국제 프로토콜인 IAEA TRS-483의 오류를 제거하고 한계를 극복함으로써 첨단방사선치료 및 방사선수술의 표준화를 주도할 수 있을 것으로 기대됨. - 기존 검출기와 비슷한 안정성과 특성을 가지면서 소조사야 빔을 정확하게 측정할 수 있는 시스템을 개발할 경우 실용화에 나설 수 있을 것으로 사료됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정현태
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 소조사야 방사선;물흡수선량;섬광체 검출기;3D 프린팅;IAEA TRS-483; 2. Small field radiation;Absorbed dose to water;Scintillation detector;3D printing;IAEA TRS-483;

□ 연구개요 방사선은 면역-종양미세환경을 변화시키는 것으로 알려져 있다. 방사선 조사후 종양부위는 저산소화가 진행되고 저산소화된 암세포는 방사선에 저항성을 갖고 있다. 또한 방사선이후 neoantigen을 증가시켜 이후 면역관문억제제 사용시 효과가 증대될 것으로 기대하고 있다. 본 연구에서는 전통적인 종양조직의 획득을 통한 단백질의 면역형광화학염색, 채혈을 통한 일반혈액검사, 단백질표지자, 그리고 CT, MRI 같은 영상 검사의 소견이 환자의 치료반응정도, 재발, 생존과의 연관성이 있는지를 살펴보고 특정유전자와의 연관성을 살펴보고 이러한 마커들을 전통적인 통계학적인 방법 뿐 아니라 딥러닝을 이용하여 연관성이 있는지를 알아보고 자 하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 영상학적 마커와 혈액마커의 비교: 두 방법의 상관정도를 알아보았고, 비교해 보았음. 둘을 더하는 것은 영상학적 마커만 획득하는 것에 큰 이득이 없음. 2. 종양구획화를 하지 않고 반응성 예측: 구획화없이 MRI영상을 그림으로 인식 하여 기계학습을 하였고 인간전문가보다 우월함을 관찰하였다. 3. 영상소견으로 특정유전자 돌연변이 예측: 방사선치료 계획용 CT를 이용하여 기존의 CTV를 라벨링으로 사용하였고 기계학습과 라디오믹스 분석을 하였고, 어 느 정도는 예측할 수 있었음을 확인하였다. 4. 수술후 hypoxia마커의 발현이 2-3기 직장암 환자의 재발과 연관이 있는지: GLUT-1 면역형광화학염색을 방사선치료 전 조직검사 검체에서 시행하고, 치료 이후 수술로 절제된 검체에서 시행하고, 이것과 재발유무를 알아봄. 5. 기존의 MRI영상의 extramural vascular invasion와 혈액 종양마커인 CEA를 이용하여 이른 전이가 발생할 확률을 예측하였다. 6. 수술후 RT받는 NSCLC환자에서 lymphocyte, albumin의 예후와의 연관성: 97명의 환자에서 단변랑, 다변량 분석을 한 결과 재발과는 무관하였으나, 림프구, 알부민이 낮지 않으면 더 오래 사는 것을 확인하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 항암치료와 달리 방사선치료는 특정한 타겟에 선택적으로 영향을 미치지 않고 전반적으로 영향을 주는 것으로 그동안 보여왔다. 그러나 그것이 정말로 그러한 것인지 인간이타겟을 발견하지 못하여서 그런 것인지는 알 수 없다. 또한 수 많은 연구자들이 궁극적인 타겟인 유전자나 단백질을 찾아내려고 노력하였으나, 어떠한 타겟도 재현이 되어 입증된 것이 없다. 따라서 본 연구와 같이 현실적으로 적용가능한 실험을 통해 방사선에 대한 반응성을 예측하는 것이 타당하고 실제 환자와 의사들에게 도움이 되고 적용이 될 수 있는 방법이라고 생각한다. 아직까지는 요원한 일이겠으나 범용성을 갖게 된다면, 다른 연구자들도 조직기반 또는 혈액기반 면역학적 마커들의 변화를 실제로 확인해보고, 치료 전 또는 후 영상을 통해 라디오믹스나 딥러닝으로 이 마커들과의 상관관계를 간접적으로 예측하거나, 바로 예후를 예측할 수 있다면 조금 더 개인별 맞춤치료가 가능해질 수도 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 송창훈
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 직장암;종양미세환경;방사선치료;바이오마커;저산소증; 2. rectal cancer;tumor microenvironment;radiation therapy;biomarker;hypoxia;

□ 연구개요 제안 과제에서는 특정 원편광에 대해 높은 광자상태밀도를 갖는 카이랄 거울을 설계하고, 설계된 카이랄 거울과 발광물질을 근접장 결합함으로써 발생 초기부터 원편광된 자발방출광을 실현하고자 함. 나아가 특이 유효유전율을 갖는 메타필름을 매개로하여, 고전적 성능 한계를 극복하는 차세대 디스플레이 기술을 연구함. □ 연구 목표대비 연구결과 연구책임자 그룹은 중견연구자지원사업(총 연구비: 3억, 2022년 2월 종료)을 통해 (i) 복사광, (ii) 태양광, (iii) LED 등을 포함한 자발방출광 및 (iv) 산란광의 편광, 파면, 흡수 등을 극적으로 제어하는 비정상 분산 물질에 관한 연구를 수행하였음. 파장 250 nm 극자외선부터 30 mm 중적외선까지 각 스펙트럼의 광학 물성을 조절하는 광학 구조를 설계·제작·평가하였음. 아울러 연구 수행을 통해 규명한 물리적 원리를 기반으로 연구 결과물을 태양전지, 열광전소자, LED, 3차원 프린팅 등의 응용 분야에 적용함으로써 산업적 기대효과를 증명하였음. 본 과제의 수행기간 중 총 23편(교신저자 참여 18편)의 SCI 논문을 게재하고, 총 3건의 특허를 국외(US) 출원·등록하였음. 교신저자로 참여한 논문 다수가 명망있는 나노과학 저널(Light Science & Applications, Nano Letters, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Advanced Science, ACS Photonics, ACS Applied Materials & Interfaces, Nano Energy, Matter, Optics Letters, Optics Express)에 게재됨으로써 연구책임자 그룹의 연구역량을 인정받았음. 모든 논문은 연구책임자가 교신저자, 연구실의 학생이 제1저자로 등재되었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1. 학문적 측면 (1) 자연에 존재하지 않는 특이 물질분산의 매질과 빛의 상호작용을 탐구함. 특히, 원편광 자발방출 광원과 소용돌이 파면을 유도하는 광학구조의 근접장 결합은 양자역학의 스핀궤도 상호작용을 해석하는 훌륭한 도구가 될 수 있음. (2) 원편광 자발방출광 발생과 관련된 광자선택률을 규명하여 자발방출광의 광물성을 인위적으로 제어할 수 있는 물리적 원리를 제시함. (3) 유전율 텐서를 포함하는 일반화된 전자기학 시뮬레이션 기법을 구축하고, 다양한 원편광 이색성 메타물질 연구에 확대 적용함. (4) 유효유전율이 변조된 평면을 설계하여 다양한 기하광학 효과를 모사함. (5) 기하광학과 파동광학을 통합한 시뮬레이션 기법을 개발하여 회절광학계를 포함하는 기하광학 구조의 성능을 예측함. (6) 표면플라즈몬 모드에 의한 광손실 및 산란을 억제하는 설계법칙을 확립함. (7) 틈새플라즈몬 공명을 이용한 중적외선 표면플라즈몬 분야를 개척함. 2. 실용적 측면 (1) 원편광 자발방출 광원: 자발광 디스플레이의 경우 외광 차단을 위해 원편광자가 도입되므로 원리상 50% 이상의 광손실이 발생함. 원편광 자발광원은 자발광 디스플레이의 휘도 감소 문제를 원천적으로 해결하는 기술임. (2) 대면적, 저비용 초집속 메타렌즈: 개인용 AR/VR 디스플레이에 적용되어 시야각 내에 도달하는 유효광량을 획기적으로 개선함. 일반적인 리소그래피 공정을 통해 LED 상부에 직접 제작되므로 대면적, 저비용 공정이 가능함. (3) 무손실, 반사형 메타편광자: 양자점 디스플레이에서 양자점 필름은 최종 편광자를 통과한 빛을 색 변환하는 기능을 수행함. 따라서 양자점 필름 직전에 배치된 편광자를 흡수형에서 반사형으로 대체하면 광원의 휘도 개선이 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김선경
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 카이랄 구조;자발방출광;분산물질;중적외선 복사;쌍곡선메타물질; 2. Chiral Structure;Spontaneous Emission Light;Dispersive Material;Mid-Infrared Radiation;Hyperbolic Metamaterial;