◻ 연구개요 ○ 고아 핵수용체 small heterodimer partner (SHP/NR0B2)는 답즙산 대사 (bile acid metabolism)를 비롯한 다양한 대사 경로에 전사 억제자로써 중요한 역할을 담당하고 있음. ○ 하지만, 지금까지 SHP에 의한 간조직의 글리코겐 (glycogen) 및 약물 대사 (drug metabolism), 특히 빌리루빈 (bilirubin) 대사와 관련된 조절 기전 연구는 매우 미비함. ○ 본 연구진은 미발표된 선행 연구를 바탕으로, “Shp^-/- mice 간조직은 매우 많은 양의 글리코겐이 축적되며, 이는 UDP-glucose dehydrogenase (UGDH)를 encoding하고 있는 Ugdh 유전자의 발현량 감소와 관련되어 있다”는 가설을 세움. 이를 검증하기 위해, heterozygous Ugdh^+/- mice를 제작 및 확보 완료하였음 (homozygous Ugdh^-/- mice는 embryonic lethality를 보임으로써 성체에서 연구 불가함!). ○ 따라서, 본 연구과제는 핵수용체 SHP-UGDH axis에 의한 간조직의 글리코겐 및 빌리루빈 대사와 관련된 조절 기전을 이해하고, 이를 바탕으로 한 새로운 신호 전달 체계를 확립하고자 함. ◻ 연구 목표대비 연구결과 ○ fed/fasting mouse liver tissue에서 전사체(transcriptome) 분석으로 glycogen accumulation의 후보 타겟 유전자로서의 Ugdh의 발굴 ▶ Volcano plot과 Volume plot에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있는 유전자들을 분석한 결과, 본 연구진을 Ugdh 유전자 발현이 Shp^-/- 간세포에서 감소되어 있음을 확인하였음. ▶ Ugdh는 UDP-glucose dehydrogenase (UGDH) 단백질을 암호화하는 유전자로써, UGDH는 UDP-glucose를 UDP-glucuronate를 바꾸는 효소이고, 이는 우론산 경로 (Uronic acid pathway)의 key enzyme임. ▶Shp^-/- 간세포는 glycolysis 및 TCA cycle의 저해가 있어나 glucose 소비를 잘 하지 못함. 남는 glucose는 UDP-glucose로 변환되는데 이때, Shp^-/- 간세포는 Ugdh의 발현양이 감소하여 UDP-glucose를 UDP-glucuronate로 잘 변화시키지 못함. 이에 따라 축적된 UDP-glucose는 glycogen synthase (GS)에 의해 glycogen 합성을 증가 시킬 수 있음. ▶ RNA-seq analysis의 Volcano plot과 Volume plot에서 통계적으로 유의미하게 차이가 있는 유전자들을 분석한 결과, 본 연구진을 Ugdh 유전자 발현이 Shp^-/- 간세포에서 감소되어 있음을 확인하였음. 이와 함께 핵수용체인 Rev-erbα가 유의미하게 변화한다는 것을 확인함. ▶ Rev-erbα는 최근 연구에서 Circadian rhythm조절 뿐만 아니라 metabolism관련 유전자 조절에도 관여한다는 것이 밝혀짐. 따라서 SHP 전사체분석에서 유의미하게 변한 Rev-erbα가 DNA-binding site가 없는 SHP과 상호작용하여 타겟유전자 조절에 관여할 가능성이 높음. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 본 연구과제는 주로 전사억제자 (transcriptional corepressor)로서 작용 하는 SHP이 어떠한 전사기전을 통해 영양분 인식, 오타퍼지 및 에너지 대사를 조절할 수 있는지를 밝힘으로써, 대사증후군 (metabolic syndrome)의 예방 및 치료와 관련된 전략을 수립하는 원리증명 (proof-of-principle) 제공에 기여하고자 함. ○ 또한, tumor suppressor gene으로서 핵수용체 SHP에 대한 이와 같은 연구결과는 간암의 발병기전 및 간암대사 (liver cancer metabolism) 연구에 중요한 기초 지식을 제공할 수 있을 것으로 기대함. ○ 더 나아가 현대인에게 만연된 각종 대사질환 및 간암 치료에 적용할 수도 있는 핵수용체 SHP의 endogenous 또는 synthetic ligand 발굴 필요성을 제시할 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은영
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵수용체 Shp;유전자발현;글리코켄;빌리루빈; 2. nuclear receptor Shp;gene expression;glycogen;Bilirubin;Ugdh;

□ 연구개요 최근 맟춤의료 (personalized medicine)의 중요성이 커지면서 개인에 맞는 치료를 찾는 것이 중요해졌다. Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 (Random forest)는 널리 쓰이는 기계학습 방법의 하나로, 알고리즘이 분명하고 여러 통계 프로그램에서 설치되어 있어 널리 쓰이고 있다. Athey et al. (2019)는 이 랜덤 포레스트를 이용하여 개인별 이질적 치료효과를 계산하는 방법을 제시하고, Cui et al. (2023)은 Athey et al. (2019)의 방법론을 하나의 사건이 있을 때에 생존데이터에 대해서 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법을 제시했다. 하지만 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법이 제시된 바가 없다. 이 연구에서는 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법론을 제시하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 이 연구에서는 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 방법론을 바탕으로 경쟁위험 데이터에 대해서 랜덤 포레스트를 이용하여 인과효과를 계산하는 방법론을 만들었다. 이 방법은 Robinson (1988)의 추정함수를 랜덤 포레스트에 응용한 것으로, Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 방법론을 영향함수 (influence function)을 이용하여 누적사건함수 (cumulative incidence function)을 치료효과로 보고 추정하는 방법을 제시하였다. 이 때 Cui et al. (2023)에서 제시한 이중강건 (doubly robust) 랜덤 포레스트 방법을 경쟁위험 데이터에 적용해서 만들고 새롭게 Buckley and James (1979)의 방법을 응용한 랜덤 포레스트 방법 (BJ 랜덤 포레스트)를 제시하였다. 또한 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 통계적 이론을 근거로 근사이론과 분산 및 신뢰구간을 계산하는 방식을 제시하였다. 시뮬레이션을 돌려보았을 때 평균제곱오차 상으로 Ishwaran et al. (2014)의 랜덤 포레스트를 이용한 방법보다 더 나은 결과를 보였다. 그리고 Radiation Therapy Oncology Group (RTOG 9410) 데이터에 이 방법론을 적용하였다. 그리고 하위그룹분석을 위해 선형회귀를 치료효과를 이용한 결과변수에 적용하는 방법을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이 연구결과를 경쟁위험 데이터 하에서 개인별 이질적인 치료효과를 계산하고 그에 따른 통계적 추론을 할 수 있는 방법을 제시했다. 이 통계적 추론을 할 수 있다는 것은 굉장히 중요한데, 통계적 추론을 함으로써 일반적인 기계학습 방법론이 가지고 있던 취약점을 보완할 수 있기 때문이다. 이 방법은 여러 방면에서 사용될 수 있다. 우선 의학에서 다양한 경쟁적인 질병이 있는 경우에 각 질병에 대한 개인별 이질적 치료효과를 측정할 수 있다. 또한 정책결정을 할 경우에 경쟁적인 사건들이 일어나는 상황에서 정책결정이 어떤 분야에 각 개인마다 어떤 효과를 불러오는지 파악할 수 있다. 그리고 각 치료효과 또는 정책효과의 통계적 유의성을 신뢰구간 계산을 통해서 검정할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조영주
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 경쟁 위험;랜덤 포레스트;이중 강건;인과 효과;하위그룹 분석; 2. Competing risks;Random forest;Doubly robust;Causal effect;Subgroup analysis;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 다중 우주위성을 이용한 과거 40년간 (1982-2021) 동아시아 에너지/복사/이산화탄소 지면 플럭스의 연간변동 및 경향성 정량화이다. 이산화탄소-에너지-복사는 생지물리 및 생지화학 과정에서 밀접하게 연관되어 있으며, 육상 생태계의 생산성에도 영향을 준다. 현존하는 위성 기반 산출물들이 상호 간 연관성을 고려하지 않고 개별적으로 모듈을 개발한 것과 달리, 연구책임자가 개발한 BESS(Breathing Earth System Simulator)는 대기 복사, 광합성, 증발산, 에너지 수지 평형 등이 연관 지어 만들어진 모델이다. 생태계 호흡량 모듈 개발 등을 통해 향상된 BESS (BESSv2.0)를 기반으로 동아시아에서의 이산화탄소/에너지/복사 지면 플럭스를 관측하며, 1982-2021년 기간의 연간변동 및 경향성을 정량화한다. □ 연구 목표대비 연구결과 다음은 본 과제의 연차별 연구목표의 세부사항이다. ○ 1차년도 (2019년): 100% - 모형 입력자료 다운로드 - 입력자료 전처리 - 현장 관측 자료 구축 ○ 2차년도 (2020년): 100% - 시공간적으로 연속적인 입력자료 구축 - BESSv2.0 모델 내 이산화탄소 플럭스 알고리즘 개발 및 향상 - BESSv2.0 모델 내 에너지 및 복사 플럭스 알고리즘 향상 - 현장 관측 자료 구축 ○ 3차년도 (2021년): 100% - BESSv2.0 내 이산화탄소 플럭스 평가 - BESSv2.0 내 에너지 및 복사 플럭스 평가 - 현장 관측 자료 구축 ○ 4차년도 (2022년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 지도 제작 - 지면 플럭스 경향성 지도 제작 - 현장 관측 자료 구축 ○ 5차년도 (2023년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 분석 - 지면 플럭스 경향성 분석 - 현장 관측 자료 구축 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서 개발한 지면 이산화탄소/에너지/복사 플럭스 산출물과 알고리즘 코드는 기후변화, 원격탐사 등 관련 분야의 연구에 활용성이 높으며, 다양한 국제공동연구진과의 협력을 통해 후속 연구를 진행중이다. 본 연구개발 성과를 통해 1) 지면 플럭스 경향성과 연간변동 및 시공간 패턴에 대한 이해를 높임으로써 신기후체제에 선도적으로 대응, 2) 장기간의 지면 플럭스 분석 결과를 통해 기후모형을 평가하고 불확실성을 줄이는데 활용, 3) 우주위성을 활용한 지면 플럭스 모니터링을 통해 향후 부가가치가 큰 작황, 수자원 모니터링 등 우주위성 활용산업 성장에 기여할 수 있을 것이라 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 류영렬
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 우주위성;지면 플럭스;기후변화;연간 변동;경향성; 2. Satellite;Land flux;Climate change;Interannual variability;Trend;

□ 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;

□ 연구개요 근치적(Definitive) 방사선치료(Radiation therapy, RT)를 받는 악성 고형암 환자에서 머신러닝 기반의 조기 치료반응 예측 시스템을 구축하고 이를 방사선민감성(Radiosensitivity)에 따른 보정 방사선치료계획(Adaptive RT planning)에 이용하여 치료지수(Therapeutic index)를 높이는 정밀 방사선치료 구현을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 머신러닝 기반 보정 방사선치료 연구를 위한 데이터베이스 및 연구플랫폼 구축 • 연구개시와 함께 토론토의대 연구진과 협력하여 인공지능 연구 클러스터를 벤치 마킹하여 데이터베이스를 구축하였음. 데이터 관리를 위해 전문업체와 협업중임 • 방사선치료 관련 영상 데이터베이스를 활용하여 카이스트, 연세암병원 등과 공동 연구를 진행 중이며 현재 추진중인 다국적 공동연구에 활용 예정임 2) 라디오믹스(Radiomics)를 활용한 조기 치료반응 예측 시스템 구축 및 임상적용 • 식도암 환자대상 texture analysis 연구결과 논문 게재 및 관련 특허 출원 • 자궁경부암 환자 MRI 데이터 분석하여 예후 예측 관련 논문 게재 • 비인두암 환자 방사선치료 정도관리(QA)에 따른 재발률 분석 및 논문 게재 • Distributed learning 기법을 통한 인공지능 모델의 효율성 향상기법 개발하여 논문 submission 하여 리뷰 중 • 원격전이/국소재발 관련 인자 예측 위한 라디오믹스 모델 개발중임 3) 자동 윤곽형성(Auto-segmentation, auto-contouring) 시스템 개발 및 임상 적용 • 기존 딥러닝 모델 중 best 모델 선정하여 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 clinical acceptability 논문 submission 하여 리뷰중 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 유효성 평가 시 바이어스 발생에 대한 논문 작성 중 • 연합학습(federated learning)을 통한 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발을 주제로 다국적 연구 추진중 • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 자동윤곽형성에 적용, 후속연구 진행 중 4) 조기 치료반응 예측 및 방사선민감성 유도 보정방사선치료 연구 • 2021년 8월 MR-LINAC 치료 시작하여 2년간 700명 환자 데이터 수집함 • 전립선암 환자의 MR 영상유도 데이터 분석 및 논문 게재 • 간암 대상 전향적 연구 통해 MR 영상데이터 수집 중. 후향적 연구결과 학회보고 • 뇌종양의 MR 영상유도 치료 관련 초기 데이터를 분석, 논문 submission 중 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 본 연구를 통해 개발한 데이터베이스는 방사선치료 관련 (진단용, 방사선치료 설계용, 치료 후 반응평가용) 영상 데이터와 함께 환자의 임상 데이터를 포함하고 있어 다양한 연구에 활용이 가능함. • 환자자료, 조직검사 결과 등을 토대로 근치적 치료 후 치료결과와 예후를 미리 예측하려는 노력은 계속 시도되고 있으며 영상자료를 통한 라디오믹스 연구는 치료 전, 치료 중, 치료 후 영상을 활용할 수 있고 기존 예후인자에 추가하여 분석할 수 있어 데이터의 양과 질을 높이는게 기여할 수 있음 • 방사선치료 설계와 치료전달에 있어 자동 윤곽형성 모델은 치료시간 단축과 variability를 줄이는 효과가 있음. 본 연구를 통해 개발된 자동 윤곽형성 모델은 다국적 후속연구를 통해 외부검증과 임상적용 예정임. • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 구역 자동윤곽형성에 적용하여 새로운 application과 모델을 개발하였음 • 기존의 인공지능 기반 모델은 개발과 검증 단계에서 종료되는 경우가 대부분이었으나 본 연구는 인공지능 모델을 개발하여 임상에 적용하는 연구로 실제 환자 치료에 있어 인공지능 모델의 효율성을 확인하는데 적합한 연구임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김준원
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 고형암 방사선치료;예후예측;인공지능;라디오믹스;자동윤곽 형성; 2. Solid tumor radiotherapy;Prognosis prediction;Artificial intelligence;Radiomics;Auto-segmentation;

1. 연구개발과제의 개요 1.1. 연구개발의 필요성 ○ (핵융합 저방사강) 미래 친환경 에너지원인 핵융합 발전 실용화를 위해 핵융합 구조용 소재인 저방사화강 합금설계·용접특성 평가 및 조사 특성에 대한 연구개발 필요하다. ○ (전기로 고급강) 철강분야 탄소중립 대응을 위해 전기로 고급강 생산 기술 개발이 필요하며, 그를 위해 철스크랩에서 기인하는 tramp 원소의 영향성에 대한 체계적 연구가 선행되어야한다. 1.2. 연구개발의 경제, 사회, 기술적 중요성 ○ 기술적 측면 - (핵융합로 구조용 저방사강) 핵융합 발전은 1억도의 플라즈마를 자기장에 가두는 토카막이라는 장치를 기본으로 구성되며, ‘인공태양’이라고 불린다. 토카막 내부에 중소소(D)와 삼중수소(T)의 주입을 통해 D-T 핵융합 반응을 발생시키면 약 14MeV의 중성자와 헬륨 이온이 생성되는데, 이때 질량결손에 따른 핵융합에너지가 발생하게 된다. 이와 같은 핵융합 발전은 기존 원자력 또는 화석 에너지원과 달리 바닷물 등에서 연료를 얻을 수 있어 고갈의 우려가 없고, 온실가스 배출 또는 환경오염 물질 발생이 없는 청정 에너지원이다. 또한 사고 발생 시 대규모 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있는 원자력 발전과는 달리 예기치 못한 사고가 발생하더라도 폭발과 같은 사고의 우려가 없는 안전성이 보장된 미래 발전 시스템으로 각광받고 있다. - 지난 2013년에 한국연구재단에서는 다음의 그림 1-1과 같이 향후 핵융합로 건설에 대해 7대 중점 투자 필요분야를 발표하였다. 이들 중, 핵융합 재료분야 기술이 포함되며, 상세하게는 1) 핵융합로 구조용 소재 개발, 2) 구조재 용접 및 접합기술 개발, 3) 개발 소재의 중성자 조사특성 평가 등이 있다. - 핵융합로 구조용 핵심부품인 블랑켓 제작을 위해 저방사강이 가장 유력한 후보 소재로 손꼽히고 있으며, 이에 대해 세계적으로 많은 연구가 진행중에 있다. 다음의 표 1-1은 전세계 주요 국가에서의 핵융합로 구조용 저방사강의 개발이력을 나타내고 있다. 표에 나타낸 바와 같이 미국, 유럽, 일본에서는 저방사강을 지난 1960 ~ 1980년대부터 개발하여 ORNL3971, Eurofer97, F82H 등의 자체 고유 합금을 보유 중이며, 이들에 대한 장기 고온물성, 중성자 조사특성 등과 같이 긴 시간이 요구되는 방대한 데이터베이스를 확보하고 있다. (출처 : 본문 5p)

• 연구책임자 : 이창훈
• 주관연구기관 : 한국재료연구원
• 발행년도 : 20241200
• Keyword : 1. 탄소중립;핵융합;저방사강;전기로;Tramp원소; 2. Carbon neutrality;nuclear fusion;RAFM steel;electric furncae;tramp element;

□ 연구개요 식물면역 단백질인 NPR1은 전사공활성인자로 많이 연구되었지만 우리 연구진은 NPR1이 엽록체에도 존재함을 밝힘으로써 dual localization (핵, 엽록체), dual role(전사인자, redox에 따른 역행신호분자)의 단백질임을 증명하였다. 엽록체에 oligomer 형태로 유입되어 다량으로 존재하다가 스트레스 등 외부 환경변화와 Circadian Rhythm에 따른 redox 변화에 따라 엽록체에서 나와서 세포질을 경유한 후 Importin 복합체를 형성하여 핵공을 통해 핵으로 유입됨을 확인하였다. 이로써 NPR1이 실제 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호단백질임을 증명하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구 목표: NPR1의 역행신호분자 작용, 한 개의 단백질이 다른 위치, 다른 기능 o 고염분 스트레스에서 NPR1은 엽록체에 축적되며 chaperone과 antioxidant로서 작용하여 protein homeostasis를 유지함으로써 광합성능을 제고하고 스트레스 저항성을 높여주는데 엽록체에서의 NPR1의 이러한 기능은 핵에서의 전사활성인자 외에 새로운 분자적, 생리적 기능이 확인된 것임 o RbcL의 chloroplast transit peptide (cTP) 유전자 절편을 NPR1의 5’에 결합하여 제조한 엽록체 표적 NPR1-GFP 단백질 (p35S::cTP-NPR1-GFP)이 엽록체에서 다량의 oligomer로 존재하였지만 고염분 스트레스 이후 핵에서 monomer로 확인됨 o pNPR1::NPR1-GFP의 형질전환식물체를 이용하여 핵 NPR1의 존재가 Circadian Rhythm 양상을 나타내었으며 NPR1에 의해 조절되는 PR 전사체가 유도됨 o 엽록체에서 cTP를 제거하는 stromal processing peptidase의 돌연변이체 애기장대(spp)에 vaccum filtration된 cTP-NPR1-GFP에서는 고염분 스트레스 처리에서도 핵NPR1이 존재하지 않았는데 이는 스트로마에서 cTP가 제거되지 않았기 때문에 핵으로의 이동도 일어나지 않은 것임 ➔ NPR1은 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호분자, dual localization, dual role o 엽록체→핵으로의 역행이동은 암상태에서 더 뚜렷하게 나타나며, 빛에 노출되면 엽록체 NPR1과 핵 NPR1의 반감기가 짧아지며, 단백질 분해는 proteasome에 의해 이루어지므로 NPR1의 light-induced proteasome degradation을 나타내었음 o 기능유전체 분석을 위해 NPR1의 역행이동이 활발한 시기와 역행이동이 일어나지 않는 시기를 구별하여 RNA-sequence를 수행한 결과 Nuclear Localization Signal (NLS)에 결합하여 표적 단백질의 핵 유입에 관여하는 Importin factors를 구성하는 단백질의 전사체인 Importin a-1b, Importin B, Nuclear Transport Factor, Ran-Binding Protein 7을 확인하였음, 역행이동단백질의 새로운 핵유입기작 제시 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) o NPR1은 스트레스 및 병저항성을 유도하는 역행신호전달인자이며, 엽록체에서는 항산화기능을 갖는 단백질로서, 세포내 위치 및 형태에 따라 서로 다른 기능을 확인 ➔ 특정 단백질이 세포내에서 두 개 이상의 서로 다른 위치에 존재함으로써 세포가 환경변화에 효율적으로 대응하고 세포내 다양한 과정을 조절할 수 있는 중요한 조절기작임을 확인하여 단백질 기능의 새로운 기초 이론 창출에 기여 o 병원균 감염에 의해 SA의 증가로 인해 환원적 상태가 되면 NPR1의 oligomeric 형태에서 이황화다리가 깨어져 monomer로 전환되어 핵으로 유입된다는 이론 ➔ 엽록체에서 세포의 분자적 조절을 위해 세포질로 이동 후 Importin factor가 NPR1의 NLS에 부착, 핵공을 통해 핵안으로 유입 ➔ 신호단백질의 새로운 핵유입기작 이론 제공 o 엽록체 역행신호단백질의 실질적 이동을 증명 ➔ Abiotic/Biotic 스트레스 저항성 유도에 활용하여 저항성 작물 선발 및 작물 제작, 엽록체 광합성능 제고에 활용 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박기영
• 주관연구기관 : 순천대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 역행신호전달;엽록체;활성산소;스트로마 프로세싱 분해효소; 2. Retrograde signaling;NPR1;chloroplast;reactive oxygen species;Stromal Processing Peptidase;

□ 연구개요 우주에서 일어나는 가장 흥미로운 현상중 하나는 초신성 폭발이다. 별이 가지고 있는 원자핵들은 핵연 소(nuclear burning)를 통해 가장 안정된 원소인 철(56Fe)로 진화하게 된다. 그 이후 더 이상 열에너지 공급이 이루어지지 못함으로 인해 중심으로 으로 원자핵들이 모여들어 충돌을 하게 되고, 그 결과 초신성 폭발로 이어진다. 이러한 현상을 물리학적으로 이해하기 위하여 세계의 많은 천체물리 그룹에서 컴퓨터 시뮬레이션을 진행하고 있다. 본 과제에서는 초신성 폭발 혹은 중성자별-중성자별 충돌 시 컴퓨터 시뮬레이션에 이용되는 고온 고밀 도 핵상태방정식을 새롭게 구성한다. □ 연구 목표대비 연구결과 초기의 연구목표는 통계학적 방법으로 상태방정식 완성하여 천체물리시뮬레이션 커뮤니티에 제공하는 것에 있었다. 그러나, 공동 협력기관의 천체 시뮬레이션 결과를 확인하며 수정 보완하는 기간이 길어짐에 따라, 현재도 공동연구를 수행 중에 있다. 그에 비해, 공동연구에 많은 인력이 필요하지 않은 연구, 특히 차가운 중성자별의 상태방정식에 대한 연구는 논문으로 출판되는 결과를 얻었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 현재 국내 초신성 폭발 시뮬레이션 그룹이 없는 상태에서 핵상태방정식을 구성하는 것은 신진연구자들에게 새로운 기회를 제공해줄 수 있다. 즉, 본과제를 함께 수행할 대학원생들에게 새로운 분야에 대한 연구를 함께 수행함으로써, 천체 시뮬레이션 전문가로서 성장할 기회를 얻을 수 있다는 것이다. 이러한 기회가 축적되고 전문가의 수가 늘어나게 되면 국내에서도 천체 폭발 시뮬레이션 그룹이 만들어질 수 있는 계기가 될 수 있으리라 생각한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임연환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중성자별;상태방정식;초신성폭발;핵물질;대칭에너지; 2. Neutron Stars;Equation of States;Supernova Explosion;Nuclear Matter;Symmetry Energy;

□ 연구개요 수계 전해질 기반의 금속공기전지는 기존 상용화된 리튬이온전지와 달리 안정적이고 높은 에너지밀도를 갖고 있어 주목을 받고 있음. 특히 아연공기전지는 아연 금속의 높은 안정성 및 가격 경쟁력을 바탕으로 많은 기업이 아연공기전지기반의 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있음. 하지만 아연공기전지의 주요 문제점인 충⸱방전 시 일어나는 산소 환원 및 발생 반응의 느린 속도로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 가지 반응을 활성화할 수 있는 전기화학촉매는 필수요소임. 본 연구를 통하여 차세대 전기화학촉매 개발과 더불어 수계 전해질 기반의 금속공기전지 개발 및 시스템 최적화를 진행하였음. 더 나아가 방사광 X-선 기반 분석 기술을 이용하여 차세대 전기화학촉매의 반응 메커니즘을 규명하였음. 특히 금속 산화물 기반의 전기화학촉매는 전이금속과 산소 등으로 이루어진 결정구조로 X-선 회절 분석법을 통해 구조 분석이 가능함. 또한 차세대 전기화학촉매의 이해도를 높이기 위해서는 결정구조뿐만 아니라 물리 화학적 구조분석이 동시에 이루어져야함. 특히 방사광 X-선 기반 분석 기술 중 물질의 전자구조와 원자들의 거리에 따른 정보 등을 파악할 수 있는 X-선 흡수 분광법을 통하여 연구를 진행하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 통하여 최종 목표였던 피로클로르 산화물 (pyrochlore, A₂B₂O₇) 기반의 차세대 금속공기전지용 전기화학촉매를 개발하였음. 특히 비스무트 (Bi) 및 이트륨(Y) 등의 다양한 A-site 금속들과 4d 오비탈 기반의 루테늄 (Ru) 및 5d 오비탈 기반의 이리듐 (Ir) 등의 B-site 전이금속들을 이용하여 우수한 산소 환원 및 발생 반응 (ORR/OER)을 나타내는 차세대 전기화학촉매를 개발하였음. 더 나아가 선정된 피로클로르 산화물 기반의 전기화학촉매 후보 물질에 대하여 방사광 X-선 기반 분석기술을 이용하여 구조적 이해도 향상을 통한 디자인 전략을 수립하였음. 이를 위하여 경 X-선 기반의 흡수 분광법을 이용하여 금속 산화물 기반의 차세대 전기화학촉매 내에 존재하는 다양한 금속 및 전이금속의 전자 및 국부 구조를 분석하였음. 특히 피로클로르 산화물내의 A-A, A-B, B-B, A-O 및 B-O 등의 다양한 결합에 대한 길이와 각각의 원자에 대한 배위수 분석을 통하여 국부 구조 파악이 가능하였음. 또한 in situ X-선 흡수 분광 분석용 삼전극 전지 개발을 통하여 산소 환원 및 발생 반응 시 발생하는 전기화학촉매의 물리 화학적 변화를 분석함으로써 반응 및 열화 메커니즘을 규명하였음. 더 나아가 본 연구를 통해 개발한 피로클로르 산화물 기반의 공기 양극을 이용하여 아연공기전지의 충⸱방전 성능을 향상시켰으며 친환경적인 차세대 전지 기술로 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 개발된 전기화학촉매는 금속공기전지 뿐만 아니라 동일한 산소 환원 및 발생 반응을 활용하는 수소연료전지의 성능 향상에도 기여할 것으로 기대함. 더 나아가 차세대 전지 및 에너지 소재 연구와 방사광 X-선 기반 분석 기술의 융합을 통해 시너지 효과를 기대함. 특히 금속공기전지는 친환경적인 차세대에너지원으로써 리튬이온전지, 태양전지 및 수소연료전지와 함께 전기자동차와 다양한 전자기기 등에 활용되어 녹색 기술 구현이 가능함. 또한 최적화된 방사광 X-선 기반 분석 기술의 활용 범위를 전지 산업 및 타 연구 분야로 확대함으로써 융합 연구를 선도하고 산업화에 이바지할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박주혁
• 주관연구기관 : 계명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전기화학촉매;피로클로르 산화물;아연공기전지;X-선 흡수 분광법;방사광; 2. Electrocatalyst;Pyrochlore oxide;Zinc-air batteries;X-ray absorption spectroscopy;Synchrotron radiation;