연구개요 본 연구과제를 통해 고주파수(~MHz) 표면탄성파에서 기인한 마이크로스케일 음향흐름유동과 음향방사력을 기반으로 차세대 헬스케어 산업에서 중요한 역할을 차지하는 바이오미세유체플랫폼을 개발하고 응용하였다. 연구 목표대비 연구결과 분산상 유체와 서로 섞이지 않는 연속상 유체와의 교차유동으로 미세유체칩 내 나노/피코리터급 액적의 화학적 농도를 온칩(on-chip) 방식으로 제어할 수 있는 음향미세유체역학 기술을 개발하였다. 에너지효율적인 음향방사현상 유도를 위한 마이크로입자와 인가 표면탄성파의 주파수의 관계를 규명하였다. 미세유체 채널에서 선형 항생제 농도 구배를 형성하여 항생제의 반복적인 희석을 수행하지 않고 항생제의 적정용량을 구하는 방식을 개발하였다. 주파수를 제어하여 원하는 크기의 기능성 입자를 선택적으로 분리함으로써 표적 생체분자를 분리하였다. 고착되어있는 미세 액적 내부에 표면탄성파를 전파하여 원발성 암세포 환경을 간단히 모사하였다. 음향흐름유동을 이용하여 표적 방향만으로의 기능적 변화를 유도하여 효과적인 세포독성 반응을 나타나게 하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 4차 산업혁명 도래에 발맞춰 개인맞춤형 의료서비스의 중요성이 높아지는 가운데, 음향 미세유체역학의 원천기술을 응용하여 바이오미세유체플랫폼을 개발해 기존의 비동적·비정밀 플랫폼과는 차별화된 방식으로 개인맞춤형 차세대 헬스케어 산업의 기술경쟁력 확보. 숙련된 전문가나 고가의 장비 없이 생체 샘플을 분석 가능하며 효율적이고 정밀한 바이오미세유체플랫폼의 개발을 통해, 산업 친화적 생태계 구축이 미비한 국내 헬스케어 분야에 새로운 성장동력을 제공함으로써, 미래 성장 가능성이 높은 글로벌 4차산업 헬스케어 분야의 국제적 수준에 도달. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성형진
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 표면탄성파;바이오미세유체 플랫폼;음향흐름유동;음향방사력; 2. surface acoustic waves;biomicrofluidic platform;acoustic streaming flow;acoustic radiation force;

연구개요 본 연구는 고전압 방전에 의하여 공기중으로 방출된 전하를 레이다 기반 전파탐지 기법을 이용하여 탐지하고 추정하는 연구를 1,2차년도에 진행하였다. 3차년도에는 라디오미터 시스템을 제작하여 고전압 방전 등에 의한 고온 열방사의 측정연구를 진행하였다. 특히, 방전에 의한 공간전하 밀도가 낮거나 방전개시전에도 복사열에 의한 전자기파를 탐지할 수 있는 장점이 있다. 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 DC방전에 의한 공간전하를 전파탐지 기술을 기반으로 탐지하는 것을 목표로 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 DC 방전 발생장치로 Tesla Coil을 이용하였고 테슬라 코일에 의한 방전전하를 탐지하기 위하여 TI사의 레이다 보드를 이용하였다. 탐지를 위한 측정시험과 시뮬레이션에 의한 결과를 비교하여 방전에 의한 공간전하 탐지가 가능함을 입증하였다. 2차년도에는 탐지 해상도를 높이기 위하여 positioner를 이용하여 탐지영역을 스캔하여 SAR 알고리즘에 의한 탐지기법을 연구하였다. 3차년도에는 이러한 공간전하의 탐지와 함께 공간전하 발생에 따른 열방사를 측정하는 연구를 목표로 하였다. 이를 위하여 라디오미터를 제작하여 비가시상의 방사에 의한 열방사를 가정한 모델에 대하여 탐지 알고리즘을 고안하고 측정시험과 비교하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구는 방전에 의한 공간전하가 입사된 전자파를 산란시키는 특성을 이용하여 공간전하를 탐지하는 연구를 진행하였다. 이를 이용하여 고전압 장치에 의한 방전과 고장이나 노후화에 의한 열방사를 전파탐지를 이용하여 사전에 탐지함으로써 고장진단 등에 활용할 수 있다. 또한, 열방사에 의한 전자기파 발생을 전파탐지를 기반으로 탐지함으로써 화재, 건물붕괴에 의한 생존자 탐색 등에도 활용할 수 있는 기술이 된다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정용식
• 주관연구기관 : 광운대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방전;공간전하;전파탐지;열방사;라디오미터; 2. discharge;space charge;radiowave detection;thermal radiation;radiometer;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 최진호
• 주관연구기관 : 레메디
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 근접치료;암치료;엑스선튜브;방사선장치;엑스선장치; 2. Brachytherapy;Cancer therapy;X-ray tube;radiation device;X-ray device;

□ 연구의 목적 및 내용 ○ 연구개발과제의 최종 목표 DXA 2차원 골밀도 영상 기반 3차원 대퇴부 유한요소 생체정확도 모델을 구축하고 CT 기반 모델과 비교, 지역사회 노인 코호트 및 병원자료 기반 골절위험도 평가를 통해 검증함 ○ (주관연구개발과제): DXA 2차원 골밀도영상 기반 3차원 대퇴부 유한요소 생체 정확도 모델을 구축, CT 기반 모델과 비교 및 지역사회 노인코호트 및 병원자료 기반 골절위험도 평가 검증 수행 - 연구개발 내용 1: 지역사회노인코호트 및 병원자료 기반 DXA-CT paired dataset 확보 - 연구개발 내용 2: CT 영상 기반 생체정확도 유한요소모델 (biofidelic FEM) 구축 및 골절 연관 주요 파라미터 추출 - 연구개발 내용 3: DXA 영상 2D-to-3D 변환 수행 및 품질 검증 - 연구개발 내용 4: 3D 변환 DXA 템플레이트 기반 biofidelic FEM 구축 후 CT FEM과 비교 - 연구개발 내용 5: 지역사회 노인코호트 및 병원자료 3D DXA biofidelic FEM 적용 및 임상적 연관성 검증 □ 연구개발성과 ○ 한-스위스 3D DXA 기반 biofidelic FEM 구축 연구 네트워크 확보 - 임상전문가와 공학전문가의 임상적 미충족 수요 해결 위한 지속 협업 가능 연구 토대 - 추후 인적 자원 교류 및 학습 가능한 네트워크 구성 - 과제 목적에 적합한 한-스위스 간 학술적 교류 및 발표 촉진 효과 ○ 3D DXA 기반 biofidelic FEM 모델 구축 및 검증 - 한국인에서 3D DXA 영상 구축 및 biofidelic FEM 모델 구축 최초 시도 - 골절예측력 개선 가능성 및 DXA 기반 기술로 임상현장 활용 가능성 높음 □ 연구개발성과의 활용계획(기대효과) ○ 과학기술적 측면 - DXA 2D-to-3D 영상 변환 및 이를 통핸 FEM 모델 구축하는 새로운 시도로, 근골격계 연구에서 중요한 기술적 발전 계기를 마련할 가능성 - 풍부한 임상자료와 cutting-edge technique 이 만나 상승효과 기대 - 성공적으로 개발될 시 대퇴부를 넘어서 척추 등 타 주요골절부위에도 확대 적용 가능성 높음 - 대퇴골절 기전에 대한 깊이 있는 기계공학적-의학적 이해로 새로운 치료 방법 탐색 가능성 ○ 경제산업적 측면 - 새로운 검진 사업화, 인공지능 의료 상용화 소프트웨어 모델을 탐색할 수 있는 기반자료 가능 - 연구과정에서 새로운 지적재산권 확보 가능 ○ 사회적 측면 - 추가적인 방사선 노출 없이, 기존 표준진료절차에서 얻어지는 DXA 영상의 이차 분석을 활용한 골절예측력 향상 연구로 성공적으로 수행시 보건의료 질 향상에 이득이 기대됨 - 조기 진단 및 예방이 필요한 골절 분야에 있어 진단 및 치료율 개선 기대 (출처 : 국문 요약문 7p)

• 연구책임자 : 홍남기
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 골밀도;유한요소 생체정확도 모델;지역사회 노인코호트;골절위험도;골다공증; 2. Bone mineral density;Biofidelic finite element model;community cohort;Fracture risk;Osteoporosis;finite element model;Dual energy X-ray absorptiometry;Fracture;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 o 보유기술: 자기장-방사선 융합 암 치료기 (세계최초) - 기존 방사선치료 대비 정상조직 부작용 30% 감소 확인 - 상용화 위해 환자별 상이한 치료 조건에 대해 맞춤 선량조절 기술이 필요 o 필요기술 : 데이터 기반 자기장-방사선 선량조절 시스템 - 자기장 및 방사선의 다양한 조건에 대해 몬테카를로 시뮬레이션 반복 수행, 선량조절 결과를 데이터베이스로 구축 - 임의의 자기장-방사선 융합 치료 설계 시 AI 데이터 추출로 선량조절 결과 도출 - 자기장-방사선 융합 선량조절 분석 결과를 시각적으로 구현 o 목표 제품: 자기장-방사선 융합 암 치료 시스템 (세계최초) - 환자별로 개인화된 맞춤 자기장-방사선 융합 치료를 제공 - 사용자에게 선량조절 분석 결과 디스플레이를 제공 ◼ 전체 내용 o 기업 보유기술: 자기장-방사선 융합 암 치료기 - 저강도(< 0.5 T) 자기장을 이용한 방사선 조절 암 치료 개념 고안 및 기초 기술 개발 (서울아산병원, 세계 최초), ㈜ 라덱셀 법인설립 및 기술이전 - 자기장-방사선 융합 치료 개념 특허 보유 (한국, 미국, PCT) - 시제품: 기존 방사선치료 장비에 결합 가능한 모듈형 시스템 - 시제품 기술 구성: 자기장 발생 장치, 자기장 조절 구동 장치, 자기장 및 방사선 선량조절 설계 및 분석 - 성능 검증 시험 완료: 표준 조건에서 기존 방사선치료 대비 암에 인접한 정상조직의 부작용 30% 감소 확인 (세계 최초) - 상용화 필요조건: 환자별로 상이한 암 및 정상조직 구조에 대해 자기장-방사선 융합 치료 설계가 필요 o 연구개발 목표 기술 : 자기장 장치와 방사선치료기의 상호 작동 동기화 하고, 데이터 기반 선량조절 시스템 구축하여, 환자별 맞춤 자기장-방사선 융합치료를 제공 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 o 활용계획 • 치료 시스템 판매 - 목표시장 : 암 치료 장비 시장, 연간 약 7조원 - 단기 매출 : 구매의향이 확인된 국내 대형 병원에 대한 시제품 판매 및 R&D 시범운영 - 장기 매출 : 임상시험 이후 국내외 의료기기 허가 획득하여 글로벌 판매 • 기술이전, M&A - 확보된 지적재산권 및 시제품 시험 데이터를 기반으로 기술가치평가 시행 - 다기관 임상시험 수행을 위한 투자유치 - 글로벌 의료기기 장비사를 대상으로 M&A 추진 • 응용기술 개발 - 세계 최초 자기장-방사선 암치료 시스템 기술 및 지적재산권 추가 확보 - 자기장-방사선 연동 기술의 고도화로, 일체형 방사선-자기장 융합 전용 치료기 개발 - 자기장-방사선 데이터 분석 기술을 기반으로, 현재 동시 개발 중인 이동형 암치료기 (자기장-전자선 융합 치료기)에 대한 선량분석 및 치료설계 기술 개발 o 기대효과 • 개인화 맞춤 자기장-방사선 융합 암 치료로, 기존 치료 기술 대비 부작용 감소 • 선량분석 결과 디스플레이로, 치료 기술 결정 용이, 환자-의료진 신뢰 증가 • 국내 개발 암치료기로, 고가의 수입치료기 수요를 대체 • 기존 방사선치료 적용이 어려운 환자도 치료할 수 있어, 자기장-방사선 융합 치료 신시장 창출 • 글로벌 판매를 통한 국내 암치료기 관련 소프트웨어 및 제조업 일자리 창출 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 강민경
• 주관연구기관 : 라덱셀
• 발행년도 : 20230500
• Keyword : 1. 자기장-방사선 융합;방사선치료기;선량분포 계산;암 치료;데이터 기반 분석; 2. Magnetic-radiation convergence;Radiotherapy;Dose distribution calculation;Cancer treatment;Data-based analysis;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 백종학
• 주관연구기관 : 이티유(ETU)
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 내방사선;전원공급장치;원자력발전소;조명기기;회로설계; 2. Radiation hardening;Power supply;Nuclear power plant;Light system;Circuit design;

연구개요 본 연구는 딥러닝을 이용하여 방사선치료 시 정확한 전자밀도에 의한 선량계산에 영향을 줄 수 있는 금속영상왜곡 저감을 위한 기술을 개발하고 맞춤형 팬톰을 제작하여 적응형 방사선치료에 개발된 기술의 임상적용 가능성을 평가하고자 함. 결론적으로 기존 상용화된 알고리듬 대비하여 딥러닝 기술을 접목한 경우 선량학적 측면에서 더욱 정확한 결과를 확인할 수 있었으며, 추가적으로 영상왜곡에 의해 정상조직 및 종양의 컨투어링 정확성 향상을 기대할 수 있음. 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 방사선치료 적용을 위한 인공지능 기반 금속 영상왜곡 저감 알고리듬 및 검증 기술을 개발하고, 이를 위해 방사선량 측정을 통한 검증을 위해 금속 영상왜곡을 발생 시킬 수 있는 인체모사 팬톰을 제작하여 개발된 알고리듬의 방사선치료 적용 시 우수성을 평가함. 인공지능 기반 금속 영상왜곡 저감기술을 이용한 방사선치료 적용기술은 다양한 연구에서 제시되었으나, 감소된 금속영상왜곡에 의한 선량계산의 정확도를 측정을 통해 검증한 연구는 전무한 실정임. 1차년도에서 딥러닝 알고리듬 중 가장 범용적으로 활용되는 fully convolutional network기반 알고리듬을 개선한 U-net 기반의 알고리듬을 구축하였고, 이러한 알고리듬을 이용하여 데이터 보간 및 재생에 따른 해부학적 구조의 왜곡 및 흐림 현상을 해결할 수 있었음. 딥러닝 기반 알고리듬을 이용한 영상 분석을 위해 normalized root mean square error (NRMSE)를 측정한 결과 금속영상왜곡을 적용하지 않은 영상 대비 58.29%, 기존 상용화된 금속영상왜곡기술저감 기술 대비 12.03%로 금속영상물에 의한 오차 감소를 확인함. 2차년도의 경우, 최근 임플란트 및 치아보형물에 의해 발생되는 환자 수 증가에 따라 두경부를 모사하는 팬톰 제작을 완료 하였으며, 금속 영상왜곡을 발생 시킬 수 있는 금속 치아 및 정상 치아를 따로 설계하여 원하는 위치에 금속영상왜곡이 발생시킬 수 있는 환경을 조성함. 더불어 실제 방사선량 측정이 가능하도록 필름과 유리선량계가 삽입 가능하도록 만들어져 실제 치료 계획된 선량을 측정을 통해 비교가 가능함. 재구성된 알고리듬의 평가를 위해 실제 측정된 선량평가를 위해, 선량분포에 대해 계산된 값과 측정된 값의 감마분석을 이용하여 비교하였음. 치료 계획은 현재 방사선종양학과에서 가장 주로 사용되는 volumetric modulated arc therapy (VMAT)을 이용하여 치료계획을 수립하였고, 감마 분석을 위해 2%, 2mm의 tolerance와 10% threshold를 적용하여 비교를 수행함. 제안한 방법과 MAR이 적용되지 않은 영상에서의 passing rate 값은 99.5%, 상용화된 O-MAR 방법과 MAR이 적용되지 않은 영상의 passing rate는 99.6%, 제안된 MAR 방법과 OMAR사이의 gamma passing rate는 99.9%로 거의 유사한 선량분포를 확인하였음. 그러나 금속으로 인해 planning target volume (PTV) 내 선량 차이가 있음을 확인하였고, Gamma image 내에서도 그 차이를 최대 7.9%까지 확인할 수 있었고, 제안된 방법을 사용한 경우 최대 약 3%의 차이를 확인하여 약 50%의 개선효과를 확인함. 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 제안된 금속영상왜곡 저감 기술은 영상에서의 개선뿐만 아니라 선량학적 관점에서도 상용화된 금속영상왜곡 방법과 비교하여 거의 유사하거나 우수한 성능을 보여주었으며, 추후 임상 적용에 충분한 가치가 있다고 판단됨. 특히 영상에서의 개선을 통해 정확한 PTV와 주변 정상조직의 컨투어를 이룰 수 있으며, 개선된 전자밀도 정확성을 통해 선량계산의 정확성 역시 향상되는 결과를 확인할 수 있었음. 더불어, 제안된 선량측정용 팬톰은 선량분포 및 절대선량 측정이 가능하도록 설계되어 직접적인 선량측정이 가능한 장점을 바탕으로 앞으로 제시될 금속영상왜곡 저감기술의 성능 검증을 위한 객관적인 지표를 제시할 수 있음. 결론적으로 방사선치료의 정확성과 안정성에 기여할 수 있어 환자에게 신뢰성 있고 질 높은 의료서비스 제공이 가능함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강성희
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 금속영상왜곡 저감;딥러닝;방사선치료;치료계획;방사선량 측정; 2. metal artifact reduction;Deep learning;radiation therapy;treatment planning;Dose measurement;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 체내측정용 전자상자성공명(in vivo electron paramagnetic resonance spectroscopy) 치아선량계를 활용한 방사선 비상대응 및 안전규제 역량의 고도화 ○ 자원봉사자도 운영할 수 있는 자동선량평가기술 적용 ○ 피폭 환자 대상 in vivo 측정 기준 SEIP 0.5 Gy 목표 적용 ○ In vivo EPR 치아 선량평가의 신뢰도 확보를 위한 측정 데이터베이스 구축 ◼ 전체 내용 ○ In vivo EPR 분광계 체내선량 교정을 통한 평가 신뢰성 향상 - 방사선치료 과정 중에 누적선량 측정을 통해서 환자별 선량-EPR 곡선 획득 - 측정 대상: 전신방사선치료, 두경부 방사선치료 후 환자(수원시 성빈센트 병원) - 방사선량 측정민감도 개선(SEIP ~0.5 Gy): 정확성과 감도 향상 - 저선량(0~ 1 Gy) 영역으로의 외삽 (extrapolation): 통계적 신뢰성 확보 - 치아 선량평가의 신뢰도를 높이기 위한 측정 데이터베이스 구축 - 추가적 연구: 중성자 피폭에 대비한 ex vivo 측정 연구(Cf-252, 치료 중성빔) ○ 방사선비상시 대응: 피폭자 분류를 위한 in vivo EPR 분광계 운영기술 고도화 - 장비 조작성 향상을 위한 사용자 친화적 인터페이스 구축 - 자동조정 및 자동평가 기술 적용을 통한 측정속도 확보(~20명/시간) - 방사선비상대응팀 (원자력안전기술원, 국가방사선비상진료센터, 등)의 사용법 교육 - 방사선비상 시 피폭자분류를 위한 장비운영 매뉴얼 개발 ○ 평시 안전규제: 고피폭 위험군 대상의 활용방안 도출 - 과다피폭 위험의 방사선작업종사자 직종(비파괴, 원전해체 등)에서 제한적 시범적 모집군 선정(원자력안전위원회 협조) - 시범적 모집군을 대상으로 평상시 주기적(3~6개월 단위) in vivo EPR 피폭선량 모니터링 - 평시 피폭선량 모니터링으로 베이스라인 스펙트럼 확보: 개별 백그라운드 피폭선량의 Database화 - 과다피폭 시 평시 개별 백그라운드 스펙트럼과의 비교로 피폭선량의 정확한 평가 - 평시 모니터링을 통한 과다피폭 여부의 판별 가능성 - 과거 방사선 피폭 피해자들 대상 후향적 체내 피폭선량 평가 ○ 규제활용 위한 in vivo EPR 장비 개선 - 분광계의 선량평가 활용을 위한 범용 매뉴얼 개발 - 유사시 임의의 사용자가 사용할 수 있도록 사용자 친화적구성 - 장비 유지보수 관리 및 최적 관리 요령 기재 - 측정 신뢰도 향상을 위한 고정장치 개발 ◼ 1단계[2020.04.01.~2021.12.31.] ❏ 목표 체내측정용 전자상자성공명(in vivo EPR) 치아선량계를 활용한 방사선 비상대응 역량의 고도화 < 1차년도 > ○ in vivo EPR 분광계 체내선량 교정을 통한 평가 신뢰성 향상 < 2차년도 > ○ 방사선비상시 대응: 피폭자 분류를 위한 in vivo EPR 분광계 운영기술 고도화 ❏ 내용 < 1차년도 > ○ 체내선량 교정: 방사선치료 환자 선량 평가 - 방사선치료 과정 중 누적선량 측정을 통해서 환자별 선량-EPR 신호 반응 곡선 획득 - 수원시 가톨릭대학교 성빈센트 병원 협조 ○ 중성자 피폭에 대비한 ex vivo 측정 연구 - 유사시 중성자 피폭에 대비한 자료 확보 - 체내선량 교정은 아니지만 중성자에 대한 EPR 스펙트럼 변화에 대한 데이터 축적을 위한 연구 - 몬테카를로 기법을 사용한 실제 인체 내의 치아 피폭선량 계산 - Cf-252, 치료 중성빔 등 이용 ○ 치아 선량평가의 신뢰도를 높이기 위한 측정 데이터베이스 구축 - 체내 측정과 체외 측정으로 축적한 스펙트럼 데이터 분석, 활용을 위한 데이터베이스 구축 - 방사선량 측정민감도 개선(SEIP ~0.4 Gy): 정확성과 감도 향상 - 저선량(0~ 1 Gy) 영역으로의 외삽 (extrapolation) : 통계적 신뢰성 확보 - 데이터베이스 활용 연구 [1]체내 EPR 측정 시 치아의 크기와 방사선 선량 사이의 상관관계 연구 [2]연령 - EPR 치아 선량평가 시 연령에 따른 배경 신호의 변화 정도를 평가하여 선량 측정 민감도를 향상시키고자 함 ○ 치아 선량평가의 정확도 검증 - 생체시료(발치된 치아)에 대한 신뢰도 확보 –타 장비와의 비교 - Ex vivo로 EPR 평가된 치아들에 대한 정확도를 평가하기 위한 교차검증 < 2차년도 > ○ 사용자 친화적 EPR 자동 조정 시스템 개발 - 장비 조작성을 향상해 유사시 임의의 사용자가 운용 가능하도록 편의성 추구 - 체내측정을 용이하게 하기 위해 측정 대상의 움직임을 보완하는 시스템 - 측정 대상의 치아를 안정적으로 체내측정하기 위해 자동 조정 시스템 개발 - 자동 조정 시스템을 구현하기 위한 Tunable Resonator의 적용 및 성능 향상 - Tunable resonator를 통해 자동조정기술 적용을 통하여 측정속도를 확보하여 방사선비상시 발생 가능한 대량 환자에 대응 능력 강화 ○ 자동평가기술 적용 - EPR 스펙트럼 기반 자동 선량평가 시스템 개발 - EPR 분광계의 경우 Fitting algorithm을 통한 신호 평가 - 신속한 측정/평가를 위해 자동 선량 평가 시스템 필요 ○ 방사선비상 시 피폭자분류를 위한 장비운영 매뉴얼 개발 - 방사선비상진료기관에서 유사시 환자분류에 사용 가능한 활용 매뉴얼 구축 - 유사시 임의의 사용자가 사용할 수 있도록 사용자 친화적 구성 ○ 방사선비상대응팀 사용법 교육(원자력안전기술원, 국가방사선비상진료센터 등) - 실제 사용자 그룹에 장비운영법 교육(국가현장 방재센터의 협조 요청) - 방사선비상 혹은 타 선량평가 방법과의 비교를 위해 활용 가능하도록 - 사용자 친화적으로 제작된 소프트웨어 사용법과 함께 측정원리와 스펙트럼 분석 방법 교육 ◼ 2단계[2022.01.01.~2022.12.31.] ❏ 목표 체내측정용 전자상자성공명(in vivo EPR) 치아선량계를 활용한 방사선 비상대응 역량의 고도화 < 3차년도 > ○ 평시 안전규제: 고피폭 위험군 대상의 활용방안 도출 ○ 규제활용 위한 in vivo EPR 장비 개선 ❏ 내용 < 3차년도 > ○ 과다피폭 위험 방사선작업종사자 대상 체내 치아 선량평가 - 평시 안전규제를 위해 in vivo EPR 분광계 활용 - 과다피폭 위험 방사선작업종사자 직종에서 모집군 선정 - 대상 직종: 비파괴검사, 원자력발전소 해체 작업종사자 등 - 시범 운용을 위한 모집군 선정(원자력안전위원회 협조) - 선정된 모집군 대상으로 제한적 시범 운용 - 평시 피폭선량 모니터링: 과다피폭 여부 판별 가능 - 평가 대상마다 개별 백그라운드 피폭선량을 데이터베이스화 - 평시 모니터링을 통한 과다피폭 시 발생여부 판별 가능 - 정확한 과다피폭 시기 판별 및 피해 축소 가능 - 과다피폭 시 피폭선량의 정확한 평가 ○ 과거 방사선 피폭자 대상 후향적 체내 피폭선량 평가 및 검증 - 후향적 선량평가 가능한 시간이 107년에 이르는 EPR 치아 선량평가 활용 - 과거 10~20년 내의 방사선 피폭 피해에 대하여 재평가 □ 연구개발성과 ○ 세계최고 수준의 체내측정용 전자상자성공명 분광법을 이용한 피폭선량 평가 원천기술 확보 - 국내·외 특허 출원 및 등록 - 기술이전 및 사업화를 통한 제품화 가능 ○ 방사선안전분야 전문인력양성 (석박사급 1~2명/년) - 국내·외 논문게재 : 3회 - 국내·외 학술발표 : 3회/년 ○ 첨단기술을 이용한 원자력안전기술원 안전규제기술 강화 - 과다피폭 위험군 직종의 평시 EPR 스펙트럼 데이터베이스 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 방사선비상시 현장대응역량(counter-measure)의 첨단화(세계최고 수준) - 대규모 피폭자가 발생할 경우에도 20명/시간의 세계 최고 수준의 빠른 환자분류 가능 - 국가방사선비상진료센터의 현장대응능력 강화 ○ 과다피폭 위험군에 대한 추가적 안전규제 장치 확보 - 첨단기술을 이용한 원자력안전기술원 안전규제기술 강화 - 과다피폭 발생시 피폭량을 평가 가능한 지표 확보 - 개인별 베이스라인 스펙트럼 확보를 통한 피폭선량 평가 정확도 향상 - 위험군에 대한 피폭선량 시 모니터링을 통한 과다피폭 여부의 판별 - 원자력발전소 해체산업 시대에 대응하여 증가하는 작업종사자 안전체계 확립 - 신호의 안정성(107년)을 이용한 과거 방사선 피폭 피해자들의 후향적 피폭선량 평가 ○ 과거 방사선피폭 피해자들의 정확한 피폭선량 평가를 통한 사회적 이슈 (암발생 및 사망 등의 의료분쟁, 경제 보상권 등 각종 법률분쟁) 해결의 근거 자료 - 피폭자의 피폭선량과 의학증상간의 관계를 확인할 수 있는 연구에 활용 ○ 세계최고 수준의 체내측정용 전자상자성공명 분광법을 피폭선량 평가 원천기술 확보 - 국내·외 특허 출원 및 등록 - 기술이전 및 사업화를 통한 제품화 ○ 사회적 기대효과 - 첨단기술을 이용한 방사선 안전문화 확립 홍보 - 대국민 원자력·방사선에 대한 인식 개선 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 예성준
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 비상 대응;규제 활용;전자상자성공명;치아 선량평가;데이터베이스; 2. Counter-measure;Regulation;EPR;Tooth Dosimetry;Database;

□ 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;

연구개요 염증신호(inflammatory signals)는 Toll-like receptors(TLRs) 및 자가포식(autophagy)을 주로 매개하여 일어나며, 줄기세포 활성(증식, 분화 및 세포사멸)조절에 대한 염증신호의 역할 및 작용기전에 대한 연구는 미비함 본 연구는 두개안면영역(craniofacial region)의 주된 성체줄기세포인 중간엽줄기세포 및 신경줄기세포의 활성조절에 대한 염증신호들의 역할과 작용기전을 밝혀 두개안면 재생기술을 개발 하고자 함 연구 목표대비 연구결과 1. TLR5 수용체는 배아줄기세포로부터 신경분화를 촉진시켰으며, 그 기전으로 NF-KB/IL-6 and CREB pathway를 통해서 일어남을 규명하였음. TLR5 수용체는 해마 신경줄기세포의 증식을 감소시키지만, 신경분화를 촉진시킴을 밝힘 2. 치주염에서 자가포식이 치주조직의 섬유아세포로부터 염증 유발 물질 (inflammatory cytokines)들의 발현을 증가시켰으며, 그 기전으로 AKT/mTOR pathway를 통해서 발생함을 규명함 3. PC12 cell에서 자외선에 의해 생성된 ROS를 통한 세포고사를 EGCG가 MAPK를 통해서 세포고사를 억제함을 밝힘 4. 사람 Hep2 cell에서 Ascorbic acid가 MAPK와 Akt signal을 통해 세포고사를 일으킴을 밝힘 5. Radiation에 의한 해마신경줄기세포의 세포증식 및 분화 억제를 녹차의 주성분인 EGCG가 차단하여 신경줄기세포로부터 신경 재생을 촉진함을 밝혔으며, TLR4 수용체 및 NF-KB/inflammatory cytokine 신호기전을 억제함으로써 일어남을 밝힘 6. IKKβ는 학습 및 기억행동 실험과 해마 신경 줄기세포 증식 및 신경분화를 억제 하였고, 세포고사를 증가시킴을 밝힘 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • TLR5 수용체는 성체신경줄기세포 활성 조절을 증가시킴을 규명하여 신경계 퇴행성 질환(알쯔하이머병, 파킨씨병 등) 치료제로서 TLR5 항진제가 사용될 가능성을 제시한바, 향후 내제성 또는 외제성 TLR 항진제들을 탐색하고 개발 하는 연구에 활용될 수 있음 • 치주염의 발생의 주된 경로인 염증성 싸이토카인 조절에 자가포식이 관여함을 밝혀 치주염 치료제로서 자가포식 조절물질이 사용될 가능성을 제시하여 향후 자가포식 조절물질들을 탐색 및 개발하는 연구에 활용될 수 있음 • EGCG가 Radiation에 의한 단기기억 상실 및 인지기능 장애를 극복할 수 있는 약제가 될 수 있음을 제시하여 향후 환자를 대상으로 하는 연구에 활용될 수 있음 • 염증의 주된 매게 물질인 ROS에 의한 신경세포 손상을 EGCG가 예방하고 회복시킬 가능성을 제시하여 이에 대한 산업화에 활용될 수 있음 • 염증신호 전달자인 IKKβ가 학습 및 기억행동 실험과 해마 신경 줄기세포 증식 및 신경분화를 억제하였고, 세포고사를 증가시킴을 규명함으로써, 향후 IKKβ신호를 차단하는 약제개발에 활용될 수 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김원재
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 성체줄기세포;염증;톨 수용체;자가포식;조직 재생; 2. Adult stem cell;inflammation;TLRs;Autophagy;Tissue regeneration;