□ 연구개요 본 연구는 인터벤션 시술 시 발생하는 프로시져 오버타임과 관련하여 여러 시술도구에 따른 방향성을 시술시간과 관련하여 규명하고 시뮬레이션을 위해 의료영상기반 병변 가이드 시뮬레이터를 개발함에 있다. 또한 환자의 병변 또는 굴곡도에 따라 변할 수 있는 방향성을 기준으로 데이터화하여 방사선 선량과의 상관성을 검증 시스템을 개발하고자 하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 -1차년도 혈관벽과 유사한 프린팅 가능 재질 선정을 후 육안적으로도 확인이 가능한 투명한 혈관 모형 및 뇌혈관 병변 모델링을 함. 실제 중재시술 혈관조영장비를 이용하여조직과 유사한 방사선비투과성정도를 구현하여 실험실 내에서 모형을 가지고 테스트 및 혈관조영장비를 이용한 시술이 가능토록 함. 혈관 곡선 모형에 따른 방향성 구현 다양한 모형에서의 인터벤션 기기 통과시간 측정값 측정 연구 혈관 및 비혈관 병면 모형에서 방향에 따른 소요시간 데이터 구축 -2차년도 모델링된 병변에서의 크기 및 방향에 따른 모형 프린팅 시스템 구축 인터벤션 방사선 장비 및 다양한 진단기기에서 실험 가능한 모형으로 구현 인터벤션 기기중 안내철사를 통한 방향성, 통과시간측정에 따른 방사선 선량 변화와 시술시간 데이터화 구축 병변 모형에 따른 방사선 선량 검증 데이터화 -3차년도 혈관 병변을 포함한 다양한 인체 내 인터벤션 시술이 필요한 장기들 구현 진단기기별, 치료병변 장기별 인터벤션 시술가이드 모델 구현 인터벤션 전체 시술에 사용되는 기기별 진단 및 치료 소요시간, 데이터화 구축 혈류 시스템을 동반한 병변 모델에서 다양한 치료기구에 따른 가이드라인 전임상 및 시뮬레이터 분석 및 연계 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 기대효과 - 실제 영상의학 중재시술에서의 가이드 : 기술자에 따른 인터벤션 시술가이드로 초보자의 기술적 임상적 성공률 향상 : 인터벤션 전체 시술 중 가장 오래 걸리는 안내철사 삽입 및 코일 삽입술 시간을 줄여 환자의 시술 시간을 단축시킬 수 있음. 시술시간 단축을 통해 시술 도중 또는 시술 후의 합병증 예방과 방사선 피폭 감소로 생길 수 있는 이상 유무를 줄일 수 있음. 향후 연구방향 : 새로운 인터벤션 치료기기 개발시 안정성과 유효성 검증이 가능한 전임상 평가 시뮬레이터로 새로운 전임상 평가 Tool 개발. : 로봇시스템의 학습가이드로 사람이 시술하는 것과는 다른 형태의 시술기법 평가 Tool 개발. : 임상적으로 중요한 가장 안전하고 효과적인 수술기법을 개발, 적용할 수 있도록 연구 Tool 개발. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김민태
• 주관연구기관 : 제주한라대학교
• 발행년도 : 20220900
• Keyword : 1. 인터벤션;시술가이드;방사선 선량;합병증;전임상 시뮬레이터; 2. intervention;interventional guide;radiation dose;complication;preclinical simulator;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 한국표준과학연구원에서 차세대 정밀 측정 표준을 위해 연구해 온자기양자센서 (MMC) 저온검출기 시스템에 mK 영역의 양자 금속열 물성 특성을 갖는 전방위 4π 흡수체의 calorimetric 측청 기법을 결합하여 핵붕괴 관련 기본 데이터 측정을 위한 “방사선 표준기”를 EU 연구 기관과 공동으로 개발하고자 함 ◼ 전체 내용 o 낮은 방사능 에너지 영역에 특화된 자기양자센서 개발 - 에너지 분해능(E/ΔE) 2000 이상, 20 eV~100 keV 영역 특화된 MMC센서 설계 - MMC 구성 요소들을 저에너지 방사선 검출기 설계 값에 맞게 기존 및 새로 개발될 기술을 이용 개발: 저 자기 이온 농도의 Ag(Au):168Er 센서 물질 합성, 낮은 인덕턴스 및 높은 임계 전류를 갖는 Nb 초전도 meander, 정전기에 강한 금속 박막 heater, 균일한 SiOx 부도체 박막, 전기 증착 법 활용 금속 열화 층, 에너지 교정 용 펄스 열에너지 생성 소자 - MMC 구성 요소 집적화를 위한 팹 공정 연구: 50 개 자기양자센서 칩을 포함한 3 인치 마스크 15 장 이상 포함된 포토 리소그래피 공정, 각 공정 후 소자 요소 특성 평가 - 제작된 MMC 특성 평가: 액체 헬륨 4 K에서 소자 각각 부분의 열 및 전기적인 평가, 표준 에너지 source을 통한 검출기 노이즈 특성 및 에너지 분해능 평가 o 절대 방사능 및 핵붕괴 고유 에너지 측정을 위한 calorimetric 검출 기법 연구 - 방사능 원자 붕괴 때 발생 전체 에너지(Q) 및 event을 잃지 않는 측정을 위해 방사능 시료를 금속 포일로 전 방위로 쌓아 Q를 열로 전환하는 전방위 4π 흡수체: 나노 기공 및 구조체 표면을 갖는 Au 포일 제작, Au 포일의 열적인 결합 및 mK 영역 열전달 현상 연구, 모든 방사선 입자 흡수와 최소 열용량의 상반 관계 최적화 시뮬레이션 o 방사선 표준기 성능 평가 및 상호 인증 - 검출기 성능 평가: 표준 선원 스펙트럼 측정을 통한 기존 데이터 및 계산들과 비교를 통해 방사선 검출기로써 성능 평가 - EU 표준 기관과 검출기의 측정 불확도를 산출하여 주요 베터 붕괴 핵종 데이터를 BIPM 핵 데이터에 등록함으로써 방사능 표준기확립 ◼ 1년차 ㅇ 목표 : 검출기 설계 및 요소 기술 개발 ㅇ 내용 : - 전사 묘사 결과를 기반으로 저 에너지 방사능 측정용 MMC 설계 - 유도 가열 및 아크 방전을 결합한 방식으로 Ag:Er 센서 물질 합성 및 개발 - 센서를 mK 영역에서 수 eV 에너지 정확도로 교정하기 위해 열발생 용 정밀 저항 및 펄스 전류 개발 및 분석 ◼ 2년차 ㅇ 목표 : 센서 제작 및 검출기 흡수체 제작 ㅇ 내용 : - 전산 묘사 결과를 기반으로 설계된 MMC 주요 요소들의 3 인치 웨이퍼 공정 개발 - 흡수체 용 μm 두께 박막 제작 용 도금 장치 제작 - Ag:Er 센서 부분에 흡수체 도금을 위한 공정 연구 ◼ 3년차 ㅇ 목표 : 검출기 성능 평가 및 방사능 표준기 검증 ㅇ 내용 : - 알파 선원을 이용 Ag:Er 기반으로 제작된 MMC 신호의 시간 함수 및 에너지 분해능 측정 - 표준 방사능 시료를 이용 방사능 데이터를 측정하고 측정 불확도를 산정하고 공동 연구자들과 데이터 상호 비교 □ 연구개발성과 - Metallic magnetic calorimeter(MMC) 저온검출기의 기존 센서 물질 Au:Er를 대체는 Ag:Er 합금 합성 방법을 개발하였다. 합성 된 Ag:Er는 산소 오염이 극미한 순수한 합금이며, 기존의 Au와 다르게 Ag 핵이 전기사중극자를 갖지 않는 관계로 mK 온도 영역에서 자기열물성이 저온검출기에 더 적합하다. Ag:Er 합금은 아직 상용화되어 있지 않으며, MMC 공정 제작에서 훨씬 경제적이다. - MMC chip 제작 12 단계 공정에서 나타나는 문제들을 대부분을 해결하여 수율을 95 % 근처 도달하였다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 - 절대 방사능 측정 및 핵 붕괴 기본 데이터 획득 등 방사능 측정 표준 업무에 활용 - MMC 저온 검출기와 4π 흡수체를 결합한 핵 Q-분광법을 환경 방사능 측정 활용 - 약력(weak force) 관련된 베타 붕괴 측정 등 기초 과학 측정 방법 제공 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이민규
• 주관연구기관 : 한국표준과학연구원
• 발행년도 : 20220100
• Keyword : 1. 저온검출기;자기양자센서;전방위 4π 흡수체;방사선표준;팹 공정; 2. Low temperature detector;Metallic magnetic calorimeter;4π absorber;radionuclide metrology;fab process;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◎ 최종 목표 ○ 대사적 상호 작용에 의한 대사성 간질환 발생 기전을 규명하고, 이를 조절하는 핵수용체의 기능 조절 통해 대사성 간질환에 대한 새로운 치료 전략을 제시하고자 함. ◎ 전체 내용 ○ 대사적 상호 작용 연구를 위한 in vitro & in vivo 모델 구축 ○ 신규 핵수용체 (ERRγ, COUP-TFII 발굴) ○ 핵수용체에 의한 글루타민, ○ 포도당 대사 변화 등 심화기전 연구 ○ 대사적 간질환에서 핵수용체 활성 억제제의 효능 평가 ○ 인체자원 활용한 임상적 검증 ◎ 1단계 ● 목표 ○ 세포간 상호작용이 대사성 간질환에 미치는 영향을 in vitro에서 확인할 수 있는 실험적 모델을 확립하고 세포간 대사적 상호작용 연구 ● 내용 - co-culture 시스템 (간암/간성상세포, 간세포/대식세포,쿠퍼세포) 확립하고 대사 변화 측정하여 상호 작용 연구 - 대사적 상호작용에 의한 신규 타겟 발굴 및 기능 검증 - 신규 핵수용체의 과발현 혹은 발현 억제 시스템 통한 기능 및 효능 평가 - 식이를 이용한 대사성 간질환 단계별 동물모델 구축하여 mRNA-seq analysis 및 대사체 분석 ◎ 2단계 ● 목표 ○ 핵수용체 활성조절제가 대사성 간질환에 미치는 효과와 심화 기전 연구를 수행하고 임상적 기능을 검증함 ● 내용 - 핵수용체 활성 조절의 효능 평가 및 기전 심화 연구 (in vivo 모델) - 기구축한 대사성 간질환 동물 모델에서 핵수용체 활성 조절의 효능 평가 - one-carbon metabolism, glutaminase 2 조절에 대한 심화 기전 연구 - 인체 자원을 활용한 임상적 유용성 검증 - 대사성 간질환 환자의 간조직과 정상 간조직을 확보하여 신규 표적 인자의 발현을 인체시료에서 비교 평가하여 목적 유전자의 기능을 임상적 검증 - 핵수용체 활성 조절이 immune response 미치는 영향을 규명 □ 연구개발성과 ○ 본 연구과제를 성실히 수행하여 세포와 대식세포의 co-culture 모델과 식이를 통한 비알코올성 지방간염 모델을 구축하였으며 신규 핵수용체인 ERRγ를 발굴하여 기능 평가와 기전 규명 연구를 수행함으로써 신규 타겟 발굴에 대한 목표를 달성하였음. 또한, ERRγ 활성 억제 통한 약제 내성 간암을 극복함을 밝히고 기전을 규명함. ○ 신규 핵수용체 COUP-TFII가 대사성 지방간 질환에 중요한 LDHA를 증가시켜 mTORC1 활성화시킴을 규명하였으며 (EMBO Reports, 2018), 이는 지방간염 및 간섬유화 조건에서 lactate가 증가함을 고려하였을 때 비알코올성 지방간질환 모델에서 적용해볼 수 있어 의의가 크다고 사료됨. 간암에서 핵수용체 PPARδ의 glutaminase1을 조절 기능을 밝혔으며 (MCR, 2017), 간내 미세환경 조건에서 macropinocytosis가 약제 내성 및 간 전이에 미치는 영향을 밝히고 (JECCR, 2022), 대사암 조직 내 글루타민 대사장애에 따른 면역관용유발기전을 규명하였음 (Molecular Cell, 2020). 그 외 신섬유화 질환에서 경구혈당강하제의 유효성 평가를 수행하여 적응증 확대 연구까지 성실히 수행함. 상기 결과들을 바탕으로 9편의 SCI(E) 논문 발표, 1건의 특허 출원 성과를 달성하는 등 목표 달성을 위한 연구개발을 성실히 수행하였음. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 대사성 간질환의 진행 기전 규명을 통한 치료기반 지식제공 - 대사성 간질환의 기전은 많이 알려져 있으나 실질적인 치료법이 없는 바, 본 연구의 성공적인 수행으로 대사성 간질환의 치료기반지식을 제공하고 이를 바탕으로 새로운 대사성 간치료제 개발이 가능할 것임. - ERRγ 억제제는 진행성 갑상선암과 간암, 약제 내성 간암에서 뚜렷한 항암 효과가 보고되고 있으며, 비알코올성 지방간염이 궁극적으로 간경화가 간암으로 진행됨을 고려하였을 때, 비알코올성 지방간염에서 ERRγ 의 활성조절은 간암발생이나 진행을 예방할 수 있을 것으로 고려됨. 비만, 당뇨병 유병률이 꾸준히 증가하면서 비알코올성 지방간염 역시 지속적으로 증가하고 있으나 여전히 효과적인 약제가 없기 때문에 ERRγ 활성 조절은 새로운 치료 전략을 제시하는 연구기반을 마련할 수 있을 것으로 생각됨. ○ 인체자원을 이용한 중개연구기반 확보 - 대사성 간질환 환자의 시료를 확보함으로써 병인조절기전의 신규표적을 인체조직에서 탐색, 검증할 수 있고 이들 통해 기초연구결과를 임상에 적용하는데 필요한 병원 중심이 중개연구기반을 확보할 수 있음 ○ 세포간 상호작용을 통한 다른 대사증후군 연구에 적용 및 활용 가능함 - 본 연구를 통한 대사성 간질환에서 세포간 상호작용 제어 기술은 비만, 당뇨병과 같은 대사 증후군의 근육, 지방조직 간의 상호작용 연구에도 활용 가능하며 새로운 치료 기반지식을 제공하게 될 것임. ○ 응용성/실용화 가능성 대사성 간질환 치료의 새로운 표적 제시 - 핵수용체 활성 조절제를 유효 성분으로 함유하는 치료용 약학적 조성물을 만들게 된다면, 대사성 간질환의 새로운 치료 전략으로 제안해 볼 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최연경
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 핵수용체;비알코올성 지방간염;간암;약제 내성 간암; 2. Nuclear receptor;Nonalcoholic steatohepatitis;Hepatocellular carcinoma;Drug resistant liver cancer;

코로나-19 바이러스를 사멸시키기 위해서 빛을 이용한 방법이 제안되었다. 일반적으로 알려진 빛을 이용한 광살균 방법은 자외선-C를 활용한다. 그러나, 자외선-C는 인체에 해롭기 때문에 사용에 제약이 많다. 이 단점을 극복하고자 인체에 무해한 가시광선을 사용하는 방법이 제안되었다. 사용된 가시광선은 405nm와 450nm의 중심피크이고, 이 파장의 빛은 각각 '포피린' 과 '플라빈'을 광활성화시켜 활성산소가 발생되며, 이 화학종이 세균을 사멸시키도록 목표하였다. 이러한 목적으로 XLED(Exchangeable light emitting diode) 기술이 개발되어, 각 파장(405nm + 450nm)별 선택적인 광특성을 나타낼 수 있도록 설계되었다. 본 기술의 가장 큰 특징은 조명기능과 동시에 소독기능을 부여하는 점이다. 이는 자외선-C의 제한적인 활용을 한 단계 뛰어 넘는 발전이다. 이를 구체화시키고자 4종류의 제품이 개발되어 안전성과 유효성을 공증받았다. 특히, 405nm 소독광원이 작용할 때 기대한 바이러스사멸을 능력을 검증 받았다. 이 결과는 상용화 목적으로 개발제품 3종의 모든 경우에 해당한다. 405nm의 소독광원 모드에서 거리가 100mm 조건에서 살균력이 5.50mW/cm2로 측정되어 유효성이 검증되었다. (출처 : 요약문 5p)

• 연구책임자 : 강상욱
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20220400
• Keyword : 1. XLED 기술;광소독조명;광소독 유효성;박테리아사멸;바이러스사멸; 2. XLED Technology;Germicidal Lighting;Germicidal light efficacy;Bactericidal disinfectant;Virucidal disinfection;

- 유방암 생존자 63,021명 중 골다공증성 골절 발생율은 1,000인년당 7.35 명이었으며 부위별로는 손목 골절이 제일 많이 발생하였음. 호르몬 요법 중 Tammoxifene을 사용하는 경우 골절이 감소하는 것으로 보이지만 Aromatase inhibitor를 사용하는 경우, 특히 손목 골절의 발생율은 다변량 분석에서 호르몬 치료를 받지 않는 경우에 비해 1.32배 유의하게 증가하였음. 고관절 골절은 사망위험도를 3.429 배, 척추 골절은 1.608배 증가시키는 것으로 나타남. 한편 전체 Aromatase inhibitor 사용군 중에서 골밀도 검사를 시행하는 경우는 63.78% 뿐이었으며 골다공증 약제를 처방 받는 경우도 8.73% 뿐 이었음. - 전립선암 생존자 총 17,766명 중 ADT 사용군 8,883명 중 골절 발생율은 1000인년당 13.9명이었으며 ADT 사용하지 않는 환자 8,883명 중 골절 발생율은 1000인년당 6.1명으로 andorogen deprivtion theraohy (ADT)를 사용하는 경우에 2.055배 더 높았음. 이러한 경향은 골절 부위별로 SEER 요약 병기별로 분석한 다변량 분석에서도 비슷하였음. ADT 치료를 받는 환자 중에서 골밀도 검사를 시행하는 경우는 14.7% 뿐이었으며 골다공증 약제를 처방 받는 경우도 1.3% 뿐이었음. - 위암 생존자는 총 85,124명 (내시경점막절제술 18,124명, 위전절제술 14,428명, 위부분절제술 52,575명) 중 골다공증성 골절 발생율은 100,000인년당 2.234명 이었음. 위절제술을 시행받은 환자군에서의 골절의 발생율이 내시경적 절제술을 시행한 경우에 비해 다변량 분석 결과 1.236배 더 높았음. 특히 위 전절제술을 받는 경우 부분 절제술이나 내시경적 절제술을 받는 경우에 비해 고관절과 손목 골절의 발생 위험이 유의하게 놓았음. 골밀도 검사를 시행하는 경우는 2.67% 뿐이었으며 골다공증 약제를 처방 받는 경우도 0.5%에 불과하였음. - 갑상선암 생존자 115,821명 중에서 골다공증 골절의 발생율은 1000 인년당 1.276명 이었고, 부갑상선기능저하증이 발생한 환자에서 골다공증 골절의 발생은 1000 인년당 3.899 명, 부갑상선기능저하증이 발생하지 않은 환자에서 1000 인년당 4.604명 으로 부갑상선기능 정상군에서 더 많이 발생하였음. 다변량 분석결과, 부갑상선 기능 저하에 대한 치료로 칼슘과 활성형 비타민D를 사용하는 경우에 비해 그렇지 않은 경우 골닥공증성 골절의 발생율이 1.203배 (1/0.831) 유의하게 증가하였음. 특히 갑상선호르몬제의 용량이 높은 경우 골절의 위험도가 증가하는 경향을 보임. 골밀도 검사를 시행하는 경우는 15.4% 뿐이었으며 골다공증 약제를 처방 받는 경우도 3.01%에 불과하였음. - 자궁경부암 생존자 총 13,480명중에서 골반부전골절은 134례로 발생율은 0.99%로 확인되었음. 방사선 치료를 받은 환자군에서의 골반골 부전 골절의 발생율이 방사선 치료를 받지 않은 경우에 비해 다변량 분석 결과 1.829배 더 높았음. 골반골 부전골절이 발생하는 경우 사망률 또한 높았음. 골밀도 검사를 시행하는 경우는 14.0 % 뿐이었으며 골다공증 약제를 처방 받는 경우도 2.4%에 불과하였음. - 자궁내막암 생존자 총 6,923명 중에서 골반부전골절은 39례로 발생율은 0.56%로 확인되었음. 골반골 부전골절이 발생하는 경우 사망률 또한 높았음. 골밀도 검사를 시행하는 경우는 17.3 % 뿐이었으며 골다공증 약제를 처방 받는 경우도 3.7%에 불과하였음. (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 이영균
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 암 생존자;골다공증;골다공증성 골절; 2. cancer survivors;osteoporosis;osteoporotic fracture;

□ 연구개요 Nuclear receptor coactivator 6 (NCOA6)는 핵수용체 및 기타 여러 가지 전사인자들의 transcriptional coactivator로서 작용한다. Ncoa6 general KO 마우스는 배아상태에서 치사하기 때문에, 본 연구실은 간 조직 선택적으로 NCOA6 발현을 억제시킨 liver-specific Ncoa6 KO (Ncoa6 LKO) 마우스를 제작하였다. Ncoa6 LKO 마우스를 사용하여 NCOA6의 기본적 대사 기능을 조사한 결과, Ncoa6 LKO 마우스의 혈중 glucose와 insulin은 야생형과 비슷한 수준을 나타냈으나, glucose tolerance, insulin sensitivity 및 pyruvate tolerance는 더욱 개선된 결과를 보여주었다. 분자수준에서 Ncoa6 LKO 마우스는 fasting에 의한 phosphoenol pyruvate carboxykinase 1 (Pck1), glucose 6-phosphatase (G6pc) 등의 gluconeogenesis 관련 유전자의 발현 증가가 보이지 않았는데, 이는 glucose 생성량의 감소를 설명해 줄 수 있는 결과였다. Ncoa6 LKO 마우스로부터 분리한 primary hepatocytes에 adenylyl cyclase activator인 forskolin을 처리한 후에도 야생형에서 보여지는 Pck1과 G6pc 유전자의 발현 증가가 관찰되지 않았다. 반면에 Creb, Foxo1, Pgc1a 등의 다른 gluconeogenic 유전자의 발현은 야생형과 LKO 간에 차이가 없었다. 마우스의 fasting 또는 primary hepatocyte의 forskolin 처리시에 증가되는 CREB 인산화 과정도 야생형과 LKO 간에 유사한 정도를 보였다. 흥미로운 사실은 CREB이 NCOA6와 단백질 interaction을 함을 증명하였다. 더 나아가 CREB에 의한 Pck1과 G6pc 유전자의 promoter 활성을 NCOA6가 더욱 강화함을 확인하였다. 이러한 효과가 Pck1과 G6pc 유전자의 promoter 내에 존재하는 CRE sequence를 mutation 시킬 경우는 사라졌다. 이들 결과들을 통해 NCOA6가 CRE에 결합하는 CREB 단백질의 transcriptional activity를 강화함으로써 PCK1과 G6PC의 발현을 증가시켜 포도당 신생합성을 조절할 수 있음을 규명하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 전사활성조인자 NCOA6가 결핍된 마우스에서 pyruvate tolerance가 증가한 선행연구 결과를 바탕으로, NCOA6가 gluconeogenesis 관련 효소들의 발현에 미치는 영향과 이에 대한 조절 기전을 규명함으로써, gluconeogenesis 조절을 통한 제2형 당뇨병 치료제 개발의 신규 표적을 확보하는 것을 목표로 했다. 연구수행결과 NCOA6가 gluconeogenesis 과정의 핵심효소인 PCK1과 G6PC 의 발현에 필요하며, 그 기전은 Pck1과 G6pc 유전자의 CRE region에서 전사인자 CREB에 대한 coactivator로서 작용함을 규명하였다. 따라서 gluconeogenesis 관련 유전자의 발현시 CREB과 NCOA6간의 interaction을 표적으로 제2형 당뇨병 치료제 개발의 가능성을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발성과의 활용계획 본 연구개발성과를 기반으로 NCOA6를 gluconeogenesis를 조절하는 새로운 인자로서 활용할 수 있다. 학문적으로는 gluconeogenesis 과정을 조절하는 전사수준의 기전을 더욱 구체적으로 규명한 것으로서, 이전까지 gluconeogenesis 조절에 관여한다고 알려진 전사 관련 다양한 인자들과의 상호작용 및 균형에 대한 후속 연구의 근거로 활용 될 수 있다. 또한, 응용개발의 측면에서 작용기전 상 NCOA6의 작용점을 표적으로 하여 gluconeogenesis 과정을 제어할 수 있는 수단을 개발함으로써 당뇨병치료제 개발연구에 활용할 수 있다. 2) 연구개발성과의 기대효과 본 연구개발성과를 통해, 우리는 과학기술적 측면에서 대사유전자를 포함한 모든 유전자의 전사조절 과정에서 전사조인자의 작용 방식과 다양한 방향성에 대한 이해를 심화시킴으로써, 생체 현상을 조절하는 유전자 수준의 과정에 전사조인자가 가지는 의미와 비중에 대해 연구자들이 인식하게 되는 계기를 제공하고, 한편 gluconeogenesis 같은 생체 항상성 유지를 위한 과정을 인위적으로 조절할 수 있는 새로운 기술개발에 기여할 것으로 기대된다. 경제·산업적 측면에서는 인류가 겪고 있는 가장 보편적인 만성질환 중 하나가 제2형 당뇨병이기 때문에, 관련 연구 성과가 제품개발로 연계될 경우 얻을 수 있는 국가 경제와 산업 발전에 미치는 긍정적 파급효과는 매우 클 것으로 예측할 수 있다. 사회적으로는 서구화된 식습관이 보편화 되어 가고 있는 현대사회에서 더욱 유병률이 증가하고 있는 질환을 치료 또는 관리함으로써, 지속가능한 인류사회의 안정적 발전에 기여할 수 있을 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김승환
• 주관연구기관 : 울산대학교
• 발행년도 : 20220900
• Keyword : 1. 핵수용체 전사활성조인자-6;포도당 신생합성;포스포에놀피루브산 카르복시키나아제;글루코스 6-포스파타아제;전사활성조인자; 2. nuclear receptor coactivator-6;gluconeogenesis;phosphoenolpyruvate carboxykinase;glucose 6-phosphatase;coactivator;

□ 연구개요 혁신적/실용적 의료용 마이크로/나노 로봇 개발을 위하여 본 연구 개발에서는 전자기장에 의해 고정밀 표적이 가능하며 국소적 암치료를 위한 열치료/약물 치료를 동시에 할 수 있는 새로운 의료용 마이크로/나노 로봇을 개발함. 또한 로봇의 위치를 검출하기 위해 사용되던 CT, X-ray의 방사선 피폭의 위험성을 피할 수 있는 고안전성의 위치검출 시스템 개발 □ 연구 목표대비 연구결과 연구목표 본 연구에서는 전자기장으로 제어되는 고정밀 표적형 열치료/약물치료가 가능한 의료용 마이크로/나노 로봇 및 방사능 피폭이 없는 마이크로/나노 로봇의 위치검출 시스템을 개발하고자 함. 목표대비 연구결과 본 연구를 수행하면서 목표로 했는 마이로로봇 메커니즘, 제작기술, 제어시스템, 위치검출기능 모두를 개발하였으며 정량적, 정성적 목표를 달성하였음. - 1차년도 연구목표인 기능성 전기방사 장치를 개발하여 열발생 및 약물전달가능한 로봇 소재 및 메커니즘을 구현 하였음. - 2차년도 3차년도 주 목표인 로봇메커니즘과 위치검출 시스템 개발을 완료 - 4차년도 세포실험을 통한 의학적 유효성 검증을 완료 본 연구의 지원으로 2022년 1월, 3월에 주요성과가 논문으로 출판되었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구성과를 기반으로 의료용 마이크로/나노로봇의 고도화를 위한 후속연구를 추진할 것임. 특히 AI기술 기반의 자동화된 진단 및 치료가 가능한 전자기테라노스틱스 시스템 개발을 추진할 것임. - 본 연구개발성과의 사업화를 추진을 위한 방안을 모색 기대효과 (연구개발의 중요성) - 마이크로/나노 로봇을 활용한 제어,센싱, 진단, 치료의 복합적 기술의 집적화 - 로봇형 내시경, 혈관용 로봇 (능동형 카테터, 스텐트 응용, 혈전제거, 약물전달) 등 다목적으로 적용할 수 있는 인체 삽입형 로봇메커니즘에 관한 원천기술 확보. - 기계공학, 전기공학, 전자공학, 의공학 등 다양한 학문 분야를 포함하는 의료용 마이크로로봇 연구는 새로운 의료 기술 분야를 창출하여 기존 의료기술의 패러다임을 바꿀 수 있는 융복합 의료 신기술임. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김성훈
• 주관연구기관 : 원광대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 전자장 제어시스템;위치검출;능동적 표적치료;열치료 기반 약물치료;마이크로/나노로봇; 2. Electromagnetic control system;Position sensing;Actively targeted therapy;Hyperthermia based chemotherapy;Micro/Nanorobot;

□ 연구개요 공기 중에 존재하는 라돈과 라돈의 자핵종은 자연 방사성 물질로 그 위험이 더욱 심각한 상태이다. 자연 방사선은 전체 방사선 노출량의 85%를 차지하며, 인간이 피폭되는 총 방사선 피폭 중 단일 피폭원으로는 가장 큰 비율을 차지한다. 또한 라돈은 균열된 암반 사이에서 대기중으로 방출되므로 환기가 잘 되지 않는 건물의 실내나 지하실에서 대기 중의 라돈 농도에 비해 현저히 높은 농도로 존재한다. 이러한 라돈은 기체상태로 존재하며 3.83일의 반감기로 붕괴하여 ²¹⁸Po으로부터 ²⁰⁶Pb에 이르는 연쇄붕괴를 계속하는데 이때 만들어지는 ²¹⁸Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi, ²¹⁴Po와 같은 입자상의 방사성 핵종들을 라돈 자핵종이라도 부른다. 이중 방사선 피폭의 측면에서는 반감기가 긴 ²¹⁰Pb 이하는 방사능이 극히 작아 무시할 수 있고 중요 관심사인 폐암 유발 위해도가 낮은 베타 방사선을 내는 핵종이나 생성확률이 1%도 안되는 핵종(²¹⁸At)등도 무시할 수 있다. 이런 이유로 라돈 자핵종은 알파방사선을 내는 ²¹⁸Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi, ²¹⁴Po 네 핵종으로 범위를 좁혀서 생각할 수 있다. 라돈가스가 폐암을 유발하는 과정은 다음과 같다. ²²²Rn은 붕괴하면서 ²¹⁸Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi, ²¹⁴Po등의 라돈 자핵종을 만들어 낸다. 라돈 자핵종들은 공기 중에 존재하는 분진이나 연무질에 흡착되는데 라돈 자핵종이 흡착된 분진이나 연무질은 사람의 호흡을 통하여 폐에 달라붙는다. 이때 폐에 달라붙은 라돈 자핵종들이 알파 붕괴를 통해 강력한 에너지를 방출하면서 폐세포가 손상되어 폐암을 유발하는 것이다. 그러므로 라돈 자핵종들의 폐암유발 메커니즘을 파악하는 것이 필요하다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 과제에서는 천연에 존재하는 우라늄과 토륨의 붕괴 과정에서 생성되는 라돈 자핵종의 핵구조 및 성질을 연구하였다. 이를 위해 적당한 핵모형을 이용하여 라돈과 자핵종의 기저상태 및 행렬요소 계산이 이루어져야 하고, 이를 통해 라돈과 그 자핵종의 에너지 스펙트럼과 전자기 전이를 계산할 것이다. 이러한 물리적 측정 가능량을 이용하는 것이 이론적으로 라돈의 핵구조를 파악하는 가장 좋은 방법이기 때문이다. IBM은 짝수-짝수 핵을 낮은 에너지 준위와 전자기 전이와 같은 집단운동을 설명하는 대수적 구조로 기술한다. 양성자 및 중성자 보오존을 구별하지 않는 가장 기본적인 모형을 IBM-1이라한다. IBM-1은 보오존 수가 보존되는 U(6) 군의 구조를 가진다. 보오존 연산자의 조합으로 교환관계에 닫혀있는 생성자의 집합으로 얻은 부분 대수를 이용하여 군사슬을 구할 수 있다. 핵의 상태를 기술하는 좋은 양자수인 각운동량을 표현하는 O(3) 군을 군사슬에 포함시키면 세 가지 극한으로 분류된다. IBM-1에서는 세 가지 다른 대칭성[U(5), SU(3) 및 O(6)]이 존재한다. 이 때 Hamiltonian은 동역학적 대칭을 이루고, 에너지 준위 등을 포함한 핵 구조를 닫힌표현으로 나타낼 수 있다. IBM의 U(5) 대칭성을 가지는 핵으로 특히 Pd(Z=46), Xe(Z=54), 및 Pt(Z=78) 등이 알려져 있다. IBM-1의 일반적인 Hamiltonian에서 SU(3) 대칭은 회전운동하는 축대칭 변형핵을 잘 설명한다. 변형핵의 스펙트럼을 설명하는 SU(3) 대칭은 희토류 핵종인 Sm-Gd-Dy-Er 등 동위원소에 적용된다. O(6) 대칭은 기하학적으로 감마-불안정핵에 대응된다. O(6) 대칭은 특히 Xe-Ba 영역의 핵에 많이 적용되고 있다. 양성자와 중성자를 구분하는 IBM-2는 원자핵 각모형과 직접 관계가 있으므로, IBM-1에 비해 매개변수는 풍부한 물리적 의미를 가진다. 이 모형은 매개변수의 수가 많아 대수적으로 복잡하고 어렵지만, 훨씬 풍부한 상태와 핵의 성질을 설명한다. IBM-2는 IBM-1으로 설명하지 못하는 양성자-중성자 교환에 대한 대칭상태를 포함하고, 양성자-중성자 대칭성을 F-spin으로 설명한다. 뿐만 아니라 IBM-1에서 금지된 M1 전이도 F-spin 혼합을 이용하여 설명한다. IBM-2에서도 짝수-짝수 핵의 집단운동을 IBM-1과 같이 U(6), SU(3) 및 O(6)의 세가지 기본 대칭으로 분류한다. IBM-2의 동역학적 대칭에서 basis는 IBM-1의 U(6)양자수인 총 보오존 수를 제외한 나머지 양자수 대신 양성자 및 중성자 수를 고려한다. IBM의 기본적 수학 구조를 홀수-A 핵까지 확장시킨 모형이 IBFM이다. IBFM에서 홀수-A 핵은 및 보오존으로 이루어진 짝수-짝수 핵심과 단일 입자의 결합으로 가정한다. IBFM의 대수적 구조는 전적으로 단일핵자의 외각궤도에 의존한다. IBM에서와 유사하게 IBFM의 Hamiltonian이 동역학적 대칭을 이루면 보오존과 페르미온 사이에 대칭성을 가지고, 이 때 보오존과 페르미온은 초대칭을 이룬다고 한다. 단일입자궤도가 j=1/2, 3/2 및 5/2 로 주어질 때 U(6/12)의 초대칭을 가지고, 이때 페르미온 군은 보오존 군 U(5), SU(3) 및 O(6)와 결합한다. 그러므로 초대칭 U(6/4)는 불안정핵만 적용되지만 U(6/12)는 U(5)로 기술되는 진동핵, SU(3)로 기술되는 축대칭 변형핵 및 O(6)로 기술되는 감마-불안정핵 모두에 적용된다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 과제에서는 중간 및 무거운 영역의 홀수-A 핵 구조 연구를 위해 IBFM의 U(6/12) 대칭으로 제한한다. 이 모형을 통해 낮은 에너지 준위의 에너지 스펙트럼과 전자기 능률, M1 및 E2 전이를 포함하는 전자기적 성질을 논의한다. 그리고, ²²²Rn과 그 자핵종 중 짝수 핵은 IBM-1과 IBM-2를 이용하고, 홀수 핵은 IBFM을 통해 에너지 스펙트럼 및 전자기전이율과 같은 핵구조를 계산할 것이다. 그런데 선행 연구들에서는 라돈의 핵구조에 해당하는 실험데이터가 현저히 부족한 상태이다. 그러므로 본연구의 계산 결과는 라돈의 핵구조 및 핵분광학 실험의 지침을 마련하는데 기여할 것으로 보인다. 또한 전자기 전이의 메카니즘과 라돈핵의 에너지 준위 사이에서 일어나는 전자기 전이의 수치계산 결과에 대한 통찰력을 제공할 수 있을 것이다. 또한 천연에 존재하는 우라늄과 토륨의 붕괴 과정에서 생성되는 라돈과 그 자핵종의 핵구조를 연구하고자 한다. 연구 과정의 초기 단계에서 앞서 설명한 대표적인 핵모형을 이용하여 기저상태를 구축하고 코딩을 통해 구체적인 행렬요소 계산을 하여 연구 과정의 중반에서 라돈과 그 자핵종의 에너지 스펙트럼, 그리고 전자기 전이율을 계산할 것이다. 연구 과정의 후반에서는 계산한 결과를 물리적 측정 가능량을 통해 이론적으로 라돈 및 그 자핵종의 붕괴과정과 핵구조를 파악할 계획이다. 천연 방사성 동위원소의 붕괴과정과 그 과정에서 생성되는 라돈 자핵종의 핵구조를 계산한다면 공기 중 존재하는 생활방사선인 라돈 가스의 폐암유발 메커니즘의 파악 뿐 아니라 실내 대기 중의 라돈 농도를 감소시키는 등의 대처 방안과 대기와 수중의 라돈 저감법에 관한 가이드 라인을 제시 하는데에도 큰 역할을 할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이수연
• 주관연구기관 : 동의대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 보오존 상호작용 모형;보오존-페르미온 상호작용 모형;라돈; 2. IBM;IBFM;Radon isotopes;

□ 연구개요 1) 최종 목표: 본 연구는 인공 지능을 이용하여 심장의 구획 자동화 알고리즘과 심장 세부 구조 별 방사선 견딤 선량 지표를 개발하여 환자 개인 별 심장 보호 맞춤형 방사선 치료가 가능케 하고자 함. 2) 세부 연구 목표 ➢ 1차 세부 목표: 심장 세부 구조와 유방암 방사선 치료시 필요한 정상장기에 대한 매뉴얼 구획화 (manual contouring)한 레이블링 데이터 확보 ➢ 2차 세부 목표: 유방암 방사선 치료에 필요한 영상 자동 분할 인공지능 알고리즘의 개발 ➢ 3차 세부 목표: 심장 세부 구조를 포함한 정상장기 별 방사선 견딤 선량 지표 개발. 3) 연구 내용 ➢ 유방암 방사선 치료 후 심장병 발생 데이터 베이스 구축 및 인공지능 학습 데이터 구축 ➢ 유방암 방사선 치료 관련 심장 세부구조 자동 구역화 인공지능 개발 및 타당성 유효성 검증 ➢ 심장 구조의 방사선 선량-3차원 체적 정보를 이용한 방사선 심장병 유발 선량 및 예측 모델 개발 □ 연구 목표대비 연구결과 1) 최종 목표: 목표하였던 연구 내용을 100% 달성하였음. 2) 세부 연구결과 ➢ 레이블링 데이터 구축: 유방암 환자 >1000명의 진단, 치료, 심장독성 데이터 확보하였고, 심장내과 전문의와의 협력체 구성을 통한 데이터 관리 질향상 및 관리 하였음, >200 명의 방사선치료계획용 CT에 심장세부구조를 포함한 20개이상의 정상구조를 레이블링 작업을 진행하여 학습/검증 데이터 확보하였음. ➢ 인공지능 모듈 개발: 구축한 학습 데이터를 이용하여 U-Net with Efficient Net를 통해 자동분할모듈을 개발하였음. 성능의 타당성 및 일관성, 범용성을 다각도로 검증하기 위하여 dosimetric 연구, 설문지 연구, 일치도 평가 연구 (Dice, Hausdorff 등), 다기관 전문가 집단 비교 연구를 통해 성능을 확인하였음. ➢ 인공지능 모듈을 통해 개발한 자동분할기능을 이용하여 심장독성을 비롯한 방사선 치료 독성 예측 모듈 개발을 진행하였음 (예: Acute coronary event, 갑상선기능저하 등). □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구개발 성과의 활용 계획 1) 유방암 방사선 치료 계획에 사용되는 영상 분할에 활용하고 있음. 2) 다기관 연구의 치료 질 관리 프로그램에 활용하는 임상연구를 진행 중. 3) 국가 의료 질 향상 정책 및 프로그램에 활용될 수 있음. 4) 심장독성을 비롯한 방사선 치료 독성을 예측하는 영상 분할 작업에 활용하고 있음. 기대 효과 1) 기술적 효과 ➢ 유방암 뿐 아니라 두경부암, 폐암, 직장암, 간암 등 타 장기의 방사선 치료용 자동 영상 분할 기법에 활용되어 방사선 치료의 치료 기술 향상 ➢ 방사선 치료 부작용을 치료 계획시에 예측하여 부작용을 줄이는 환자 맞춤 정밀 설계가 가능케 함. ➢ 방사선 치료 뿐 아니라 영상자료를 활용한 다른 치료 기술에 활용될 수 있음. ➢ 환자 및 학생 교육 자료에 활용 될 수 있음. 2) 사회적 효과 ➢ 방사선 치료를 시행하는 유방암 환자의 치료시 부작용 감소를 통한 유방암 환자의 삶의 질 향상 ➢ 환자/ 학생 설명 자료에 활용되어 의학적 영상 자료의 이해도 증가. 3) 경제적 효과 ➢ 방사선 치료 계획에 필요한 의료진, 인력의 시간 및 인건비를 절약하여 병원 및 국가 의료 재정을 절감하고 더 많은 환자에게 양질의 치료를 제공. ➢ 영상 데이터 활용을 통한 지속 가능한 의료사업의 경쟁력 기반 확보. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 장지석
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 유방암;방사선치료;심장독성;영상분할;인공지능; 2. breast cancer;radiotherapy;cardiac toxicity;Image segmentation;Deep learning;

□ 연구개요 ○ 방사선 치료 전 위치 확인을 위해 촬영하는 콘빔 CT (CBCT)는 기기의 구조적 한계로 환자에 따라 다양한 아티팩트가 발생하며, 치료의 정확도를 저하시킴. ○ CBCT 영상의 통합적 품질개선시스템을 개발하여, 보다 안전하고 정확한 방사선 치료에 기여함. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 아티팩트 모사를 위한 플러그 제작 및 연구 프로토콜 - 알루미늄, 티타늄이 삽입된 플러그를 인체팬텀에 삽입하여 아티팩트를 모사함. - Varian사의 Trilogy™ 선형가속기의 on-board imager를 사용하고, 촬영 부위는 Head이며 stadard dose head (SDH)와 high-quality head (HQH)에 대한 평가를 수행함. - 진단용 CT에서 활용이 대두되는 주석 부가필터를 0.2mm, 0.4mm, 0.6mm로 제작하여 Bow-tie 필터 전면부에 부착하여 아티팩트 저감, 기타 영상품질지수, 선량지수를 확인함. - 임상 사용 프로토콜인 SDH를 기준으로 하였을 때, HQH와 주석 0.4mm 부가필터를 사용하였을 시, 아티팩트는 효과적으로 저감함과 동시에 25% 가량의 선량 저감효과를 확인함. ○ 광자극 발광 선량계의 민감도 향상 - 5 kGy 방사선 고조사를 수행하여 deep electron/hole trap이 채워진 OSLD_exp의 경우 채워지지 않은 OSLD_cont에 비하여 75, 80, 90, 95, 100, 105 kVp에서 각각 12.7%, 14.0%, 15.0%, 10.2%, 18.0%, 17.9%, 17.3%의 민감도 향상을 확인함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 치료 전 CBCT 품질 개선을 통한 환자치료의 위치 정확도 개선 → 고정밀 방사선치료에 기여 ○ 방사선 치료 시, CBCT 선량의 최소화 및 영상품질 최적화로 방사선에 민감한 국민의식 개선. → “안전하고 효과적인 방사선 치료”의 의식재고 ○ 조사야 크기가 작고, 높은 선량을 1회 분할치료에 조사하는 정위적방사선치료에서 종양위치가 정확하지 않을 경우, 종양에는 처방선량이 전달되지 않고 정상조직에만 고선량이 피폭되어 방사선 사고에 이를 수 있음. → 본 연구의 결과는 CBCT의 아티패트 저감에 기여함으로써 환자의 셋업위치 정확도 향상 및 보다 효과적인 방사선 치료에 기여. ○ CBCT 영상의 아티팩트가 빈번히 발생하는 환자군을 선별하여 이에 대한 임상시험 수행 → 환자의 전체 치료시간을 증가시키지 않으며 품질 향상이 가능함. → 임상시험 완료 이후 임상 활용이 가능하며, 이에 따라 환자의 셋업위치 정확도 향상 및 보다 효과적인 방사선 치료에 기여할 수 있음. ○ CBCT 아티팩트 정량화 기법 → 본 연구에서는 PIU, FFT, SD 등 아티팩트 정량화 기법을 제안하고 CBCT 영상 아티팩트를 평가함. → CBCT 뿐만 아니라, 일반 진단용 CT, 나아가 기타 영상 장비의 아티팩트 평가에 활용이 가능함. ○ 광자극발광선량계의 kV 영역대 임상 셋업 → kV 영역에서의 절대선량 측정 프로토콜 셋업과 광자극발광선량계의 교차교정계수를 확보함. → 방사선 치료 전 시뮬레이션 CT에서의 선량 측정으로 활용 → 방사선 치료 전 셋업용 CBCT에서의 선량 측정으로 활용 → 기타 X-ray 기반 영상 장비에서 선량 측정으로 활용 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 전민수
• 주관연구기관 : 중앙대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 콘빔CT;영상품질;물리적 여과;방사선 계측;방사선량; 2. Cone-beam CT;Image quality;Physical filter;Radiation dosimetry;Radiation dose;