□ 연구개요 - 방사선 근접치료 중 선원의 잘못된 체류위치는 환자 정상조직에 과다피폭 위험을 유발하기 때문에, quality assurance(QA)로써 선원의 위치 정확성을 검증해야함. - 하지만 이를 검증하기 위해 사용되는 ruler와 film은 점검자가 육안으로 눈금을 확인하기 때문에 정확도가 낮은 실정임. - 이에 본 연구에서는 광도전체 물질을 활용한 직접선량계를 바탕으로 방사선 근접 치료 중 선원 위치를 파악할 수 있는 디지털 선량계를 제작하고 정도관리에 사용 할 수 있는 디지털 자동 검출시스템을 개발하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 본 과제는 근접방사선의 선원 위치 정확성에 대한 정도관리를 위한 디지털 자동검출시스템 개발을 위한 연구로써, 본 과제는 제시된 목표에 따라 성실하게 수행한 결과, 연구 계획서에서 상정한 연구 목표 대비 목표 달성도 100% 이상의 연구 과제를 수행하였다고 판단됨. - 1차년도에서 선량계 제작에 사용될 후보 광도전체 물질들을 선정하고, 형태학정 분석과 simulation 분석을 통하여 TlBr 물질을 선량계 재료로 선정하였으며, 방사선에 대한 반응 특성을 평가하여 선량계 적용가능성을 제시하였음. - Ir-192 선원에 대한 TlBr 물질의 재현성, 선형성, PID 반응특성을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, RSD 1.5% 이내의 재현성, R² 0.9990 이상의 선형성으로 평가되어 평가기준을 만족하였음. - 2차년도에서 line 선량계를 제작하고 신호수집 매커니즘을 확립하여 디지털 자동 검출시스템을 개발하고 활용 가능성을 제시하였음. - 선원 위치 및 체류시간에 대한 반응성 평가를 통하여 0.5 mm 이내의 정확성과 0.1 sec 이내의 Dwell time 일치성을 만족하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 제안 기술은 국외 의존도가 높은 방사선 치료분야에서 안전관리 기술의 자립화를 뛰어넘어 세계시장을 선도하기 위한 원천 기술을 확보할 수 있으며, 전 세계적으로 기술 성숙도가 낮은 근접방사선 치료의 QA 기술을 성장시킴으로써 방사선 치료의 품질을 높일 수 있음. - 고에너지 측정을 위한 기능성 소재 제조 기술, 신호 처리를 위한 다채널 H/W 기술 그리고 선량분포 정보를 분석하기 위한 S/W 기술의 집적기술로써 첨단화/전문화되는 계측분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박성광
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선근접치료;정도관리;체류위치;체류시간;방사선 검출기; 2. Brachytherapy;Quality assurance;Dwell-position;Dwell-time;radiation detector;

□ 연구개요 ● 연구목표 섬광검출기 기반의 품질보증 방법과 입자치료기 Log-file을 이용한 품질보증 방법의 통합으로 환자 치료 전 QA와 치료 시작 후 All fractions에 대한 입자 방사선치료의 차세대 품질보증 통합시스템을 구축한다. 그리고 이를 통하여 입자 방사선치료에 최적화된 품질보증 원천기술을 확보한다. ● 연구 배경 및 개요 - Bragg peak의 물리적인 성질을 가지는 입자선 (양성자, 탄소, 헬륨등) 치료기는 정상조직에 전달되는 선량이 현저히 적어 세계적으로 입자 치료기의 도입이 증가하는 추세임. - 입자선 치료기법 중 세기조절이 가능해서 정상조직 피해감소와 2차 중성자 발생의 부작용이 덜한 Scanning 방식의 치료가 주도적인 치료기법 선택됨. - 치료기법의 첨단화 추세와는 달리, 그에 따른 품질보증(QA) 방법은 입자선 치료의 특징을 반영하지 못하고 아직 전통적인 X-ray 치료의 품질보증 방식을 사용. - 입자 방사선의 물리적 특징에 최적화된 3차원적 선량분포 확인과 전 치료 기간 동안의 입자 치료선 모니터링을 통해, 최첨단의 입자방사선 치료기법에 부합하는 품질보증 통합 시스템 개발과 그 시스템의 임상 적용 계기를 마련하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 섬광검출기에서의 IDD와 2D 분포확인 - 대표에너지 (70 MeV, 110 MeV 등)에서 의 Bragg Peak IDD 및 Profile 측정 - 다양한 갠트리 각도에서 Profile 측정 ● Multi Energy의 환자 치료계획 선량분석 - Patient-specific QA시의 Image 분석 (position, intensity, range) ● Log-file을 이용한 off-line QA - 실 조사된 Machine log-file 분석 및 해석 - 계획된 Scanning pattern file 분석 - Scanning Pattern과 실제 Log와 비교 해석 ● 섬광검출기 QA와 치료기 Log 분석 결과의 통합 및 연동 - Clinical planned vs. delivered pattern 분석 - 모든 Energy Layer에서의 Log-file 분석과 실제 2D-Array 측정 결과와 비교 - 섬광 검출기 분석 결과와 환자 치료 Log를 통합한 치료 전 QA와 치료시작 후 All fractions QA-tool 개발 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구의 최종목표인 통합시스템의 결과로는 환자별 품질보증 보고서를 가지게 될것이고, 이는 기존의 “치료전”에 “측정”기반의 품질보증 방식에서“모든 치료”에서“측정과 기록”이 기반으로 제시되는 입자선 품질보증의 개념이 획기적으로 변하게 될것임. 그리고 한 단계 더 높아진 품질보증의 효과로 인해, 보다 더 안전한 입자방사선 치료와 향상된 환자 치료성적에 기여하게 될 것임. 또한, 이러한 품질보증 방식은 광자선 치료에도 확대 적용 될 수 있고, 수집된 매 환자치료에 대한 기록은 환자별, 치료 횟수별, 치료 부위별 등으로 분류되어 환자와 치료기 시스템에 대한 Big data를 구축하게 되고, 이를 활용하여 기계학습(인공지능)을 이용한 입자치료기 고장예측과 환자 치료효과 예측 등의 다양한 분석에 사용될 수 있어, 본 연구의 파급효과와 잠재성은 매우 크다고 할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 안성환
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선 치료;입자 치료;양성자 치료;치료 선량 검증;품질 보증; 2. Radiation Therapy;Particle Therapy;Proton Therapy;Dosimetric Verification;Quality Assurance;

□ 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;

□ 연구개요 본 과제의 최종 연구 목표는 Ran/TC4 small G-protein이 어떠한 방식으로 전사인자 등 주요 신호전달 매개 단백질의 핵 내 이동을 조절하여 호르몬의 활성, 특히 살리실산에 의한 노화를 조율하는지를 밝히는 것이다. 이를 위해서는 첫째, 단백질의 핵 내이동을 조절하는 Ran-GTP/-GDP의 영향과 함께, 이들 과발현체의 식물 노화, 호르몬 관련 표현형을 유전적 교배체를 통해 분자 생리학적으로 분석하였다. 둘째, Ran-GDP/Ran-GTP 특이적 전사체(RNAseq 활용) 및 표적유전자 프로모터의 cismotif 조사하여 호르몬 상호 간 협업을 매개하는 주요 단백질을 동정하고 그들의 transcription regulon을 확립하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 잎의 노화는 다양한 요인으로 인해 조절되고, 특히 호르몬이나 빛이 중요 촉발 조절요인이다. 우리는 이번 연구에서 Ran1-GTP의 과발현은 잎의 노화를 효과적으로 유도한다는 것을 밝혀내었고, 이와 함께 이러한 Ran1의 작용이 살리실산 신호를 매개하는 TGA2와 NPR1 전사인자의 핵 내 축적을 유도하여 달성된다는 것을 증명했다. RNAseq을 활용한 전사체 분석 결과, Ran1-GTP 과발현체에서는 노화 촉진 관련 유전자의 발현이 증가하였고 엽록체나 엽록소 생산에 관련된 유전자의 발현은 억제되었다. 또한 노화 촉진 호르몬 표적유전자의 발현도 증가하였는데, 특히 살리실산 신호전달 관련 표적유전자의 발현이 TGA2와 NPR1의 핵내 축적의 결과로 급격하게 증가하였다. 우리 연구진은 이러한 결론을 유전학적으로 확인하기 위해 다양한 Ran1점돌연변이 과발현체를 살리실산 신호전달이 저해된 npr1 기능소실돌연변이체, 살리실산 생합성 돌연변이체 sid2, 그리고 에틸렌신호전달 결핍돌연변이체 ein3eil1과 교배하여 이중 또는 삼중 돌연변이체를 확보한 후 이들의 age-dependent leaf senescence 와 dark-induced leaf senescence 표현형을 비교 분석하였다. 분석 결과 npr1이나 sid2 genetic background에서는 Ran1-GTP 과발현에 의한 잎의 노화촉진이 심각하게 방해받아 둔화되었으나, ein3eil1 식물체에서는 Ran1-GTP/-GDP 발현 여부에 관계없이 이미 노화가 충분하게 진행되었다. 이와 같은 사실은 Ran1-GTP/-GDP가 매개하는 잎의 노화 조절은 살리실산 특이적으로 작용하고 EIN3와 EIL1이 매개하는 에틸렌 신호전달과는 연관이 없다는 것을 증명한다. 연구 결과는 2022년에 Plant physiology (IF 8.3) 논문으로 출간하였다. 이에 따라 본 연구는 최초의 연구 목표의 상당 부분을 달성하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) Ran/TC4 small G-protein은 생물계를 통해 그 서열이나 기능이 잘 보존되어 있으므로 노화/발달 등에 대한 식물호르몬 협업기작을 규명하는 본 연구의 결과물은 동물의 발달 생물학 분야에서도 아주 중요하다고 할 수 있겠다. 특히나 본 과제의 수행 결과 얻어지는 노화 조절에 대한 정보는 농업적으로도 작물의 빛 이용 효율을 제고하기 위한 노력에 효과적으로 응용될 수 있을 것이다. Ran과 그 결합단백질들의 활동은 단백질이동, RNA의 processing 과 이동, 세포주기 진행조절 등 세포의 필수적인 활동에 매우 중요한 단백질 군이다. 또한 이러한 단백질들이 gene silencing이나 agrobacterium- mediated gene transformation에 관련되는 단백질들의 기능에도 미친다는 사실은 Ran과 그 결합단백질에 대한 연구가 유전체 전달을 위한 생물기반기술 개발로도 바로 응용될 수 있음을 보여준다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김수환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 브라시노스테로이드;에틸렌;살리신산;노화; 2. Brassinosteroid;Ethylene;Salycylic acid;Ran small G-protein;Senescence;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 조정혁
• 주관연구기관 : 동화하이테크
• 발행년도 : 20221100
• Keyword : 1. 방사통;에너지효율 증대;제품 규격화;불량률 저감;유도가열; 2. a radiation cylinder;Increase energy efficiency;product standardization;reduction of defective rate;induction heating;

□ 연구개요 급성췌장염은 임상에서 흔하게 볼 수 있으며 발생률이 증가하고 있는 질병이다. 급성 췌장염 환자는 대부분 보존적인 치료로 증상이 좋아지나 20-25%에서는 장기 부전을 동반한 중증췌장염으로 진행하여 중환자실 치료가 필요하며 전체 급성췌장염 환자중 2-9%는 사망할 수 있다. 특히, 췌장염으로 인한 사망은 5-7일 내에 발생하므로 초기치료가 매우 중요하다. 하지만, 현재까지 치료 방법은 금식 및 수액요법 이외 효과가 입증된 다른 약물 치료는 없다. 급성췌장염에 대한 연구가 오랜 기간 되고 있으나 아직까지 제대로 된 치료제가 없다. 급성췌장염 시작단계는 췌장 세포를 손상하는 세포엽세포 내 변화와 nuclear factor-kappa B (NF-κb)를 통한 췌장내 국소 염증 반응이 시작되는 단계이다. 여러 연구에서 NF-κB를 억제하는 실험을 해보았으나 실질적으로 직접 억제하는 치료제는 없었으며, 실험에서 억제한다고 하여도 임상에서는 모두 실패하였다. 실패한 원인으로는 NF-κB를 효과적으로 억제하지 못한 점, 환자들이 이미 염증반응이 시작된 이후에 와서 효과가 적었던 점, NF-κB외에 다른 염증 매개체들을 억제하지 못한 것으로 분석하고 있다. 또한, NF-κB외에 다른 염증관련 경로를 밝혀 췌장염의 기전을 이해한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 급성췌장염 코호트 구축 급성췌장염 환자 코호트를 구축하고 매년 100명 이상의 환자를 등록하여 현재 350여명의 데이터를 가지고 있다. 타기관과의 협업을 통해 연구의 범위를 넓히고 추가 연구에 따라 더 많은 연구결과가 나올 것으로 기대된다. 2. 기초실험 기초실험의 기반을 마련하고 추가적인 연구가 가능하도록 세팅하였다. 기초연구는 시간도 많이 걸리고 결과가 나오기까지 반복적인 실험이 필요하므로 추후 여러 개의 연구결과들이 나올 것으로 기대한다. 3. 연구결과 임상연구와 기초연구를 진행하면서 총 4편의 논문을 발표하였다. 각종 학회에서 연구결과를 발표하였고 한 차례 수상도 하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 췌장염에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있지만 현재까지 병태생리에 대한 이해도가 부족하고 치료도 금식과 수액요법 외에는 큰 변화가 없는 상황이다. 이번 연구를 통해 급성췌장염과 FGF21 연관성에 대한 몇 가지 연구를 진행하였다. 총 4편의 논문을 통해 FGF21과 급성췌장염의 중증도와 밀접한 관계가 있음을 밝혔다. 향후 기초 연구에도 도입하여 급성췌장염의 병태생리를 더 깊게 이해하고 치료에도 적용해보고자 한다. 췌장염 코호트 구축은 앞으로도 계속 이어나가서 향후에도 새로운 연구결과들이 나올 것으로 기대하고 있다. 연구 결과들을 더 다듬어서 급성췌장염에 대한 개념을 잡고 새로운 방향에서 질병에 대해 접근하고자 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이경주
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 급성췌장염;바이오마커;중증도;치료제; 2. Acute pancreatitis;Biomarker;FGF21;Severity;Treatment;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 금속수소화합물의 수소 저장 능력 향상과 이를 위한 핵자기공명기법 개발 ○ 전체 내용 ● 다양한 크기와 특성을 갖고 있는 mesoporous materials(기공 구조물)에 금속수소화합물을 침윤(infiltration)시켜 수소 기체의 탈착/흡착을 향상시키는 과정을 물리화학적으로 이해함. ● 금속 촉매가 금속수소화합물의 산화 및 수소 탈착에 미치는 영향을 확인함. ● 금속수소화합물의 산화정도가 수소 탈착 온도에 미치는 영향 파악함. ● 기공 구조물의 물리화학적 특성을 파악함. □ 연구개발성과 ● 고체 핵스핀 이완 현상이론으로 LiBH₄, Mg(BH₄)₂와 Ca(BH₄)₂ 등의 금속수소화합물의 BH₄ 원자단의 회전 운동에 대한 정밀한 해석과 함께 열역학적 함수값을 측정함. ● MCM-41과 ZSM-5, SBA-15 제올라이트에 침윤된 Mg(BH₄)₂의 탈수소화 과정 확인함. 기공 구조에 따른 큰 차이를 보이지는 않음. ● MCM-41 기공 속에 침윤된 Mg(BH₄)₂과 MCM-41 고체 표면에 침착된 Mg(BH₄)₂의 수소 탈착 반응에 대한 DSC 측정 연구를 수행함. ● LiBH₄ , Mg(BH₄)₂ 화합물에 대한 촉매 (ScCl₃, TiF₃, NiCl₂) 효과를 검증하고, 촉매의 첨가량에 따른 탈수소화 반응 온도의 변화를 측정함. ● LiBH₄, Mg(BH₄)₂와 Ca(BH₄)₂ 등의 붕화수소화합물이 산화되어가는 속도 및 산화정도에 따른 탈수소화 온도의 변화를 측정함. 산화의 정도가 미치는 영향은 미미함. ● 붕화수소화합물의 산화에 대한 금속 촉매의 영향을 파악함. 금속 촉매의 산화 방지 및 탈수소화 온도에 미치는 영향은 미미함. ● 금속수소화합물을 침윤시킬 기공 구조물의 하나로 제올라이트의 내부 구조에 대한 실험을 수행함. CPMAS와 REDOR 기법을 활용하여 인으로 개질된 제올라이트 내부의 화학적 특성을 파악함. 알루미늄에 결합되지 않는 인 화합물은 열화 과정에 의해 제거되었고 알루미늄에 결합한 인 화합물은 열화 과정 중에도 살아남아 산 촉매로서의 기능을 할 수 있는 구조를 유지함을 확인함. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ● 사중극자 핵스핀-격자 이완 현상에 대한 분광학적 이론 및 동력학적 해석에 대한 결과를 이용하여 topological insulator와 같은 물질의 전기적 특성을 확인하기 위한 electron band structure 연구에 활용함. ● 금속수소화합물의 특성 개선 및 물리화학적 특성 연구에 활용함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김철
• 주관연구기관 : 한남대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 금속수소화합물;수소저장물질;핵자기공명분광학;사중극자원자핵;금속촉매; 2. Metal hydrides;Hydrogen storage materials;Nuclear magnetic resonance spectroscopy;Quadrupolar nuclei;Metal catalysts;

□ 연구개요 - 본 연구에서는 기존 digital tomosynthesis(DT) 기술의 단점을 극복할 수 있는 stationary-inverse geometry digital tomosynthesis(s-IGDT) 시스템 및 딥러닝 기반 저선량 영상화 기술 개발을 통해 초고속, 고정밀 영상유도 방사선 치료를 위한 기술을 제공할 수 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 1차년도 - s-IGDT 시스템의 영상획득 속도, 영상화질 특성 분석 및 평가: 기존 DT 시스템 대비 영상획득 속도, 기하학적 구조에 따른 재구성 영상의 화질 특성 분석 및 평가 완료(달성도 : 100%) - s-IGDT 시스템의 방사선량 분포 특징 분석 및 평가: s-IGDT 시스템의 기하학적 구조 및 획득 투영상 수에 따른 흡수선량 분석 완료(달성도 : 100%) - s-IGDT 시스템의 영상획득 속도, 영상화질 및 방사선량 상호관계 모델 정립: 신뢰도 95%의 수학적 상호관계 모델 정립(달성도 : 100%) - s-IGDT 시스템의 기하학적 구조 최적화: 비제약적 비선형 최적화 방법을 이용하여 영상획득 시간 최대 92% 경감 가능한 기하학적 구조 결정(달성도 : 100%) 2. 2차년도 - 딥러닝 기반 truncation 복구 기술 개발 및 평가: Truncation artifact 90% 이상 제거 가능한 U-Net 및 GAN 기반 truncation 복구 기술 개발(달성도 : 100%) - GPU 가속 컴퓨팅을 통한 초고속 재구성 기술 개발 및 평가: GPU thread 및 병렬연산을 이용하여 재구성 시간 최대 8.98배 단축 가능한 기술 개발(달성도 : 100%) - 저선량 s-IGDT 영상화를 위한 딥러닝 기반 재구성 기술 개발 및 평가: Fully-connected layer 및 domain transformation 기술을 이용한 방사선량 30% 이상 경감 가능한 재구성 기술 개발(달성도 : 100%) 3. 3차년도 - 딥러닝 기반 초고해상도 s-IGDT 영상화 기술 개발 및 평가: Auto-encoder 결합을 통해 PSNR 최대 30.3%, MTF 최대 33% 향상 시킬 수 있는 영상화 기술 개발(달성도 : 100%) - 개발한 기술을 동시 적용한 s-IGDT 영상획득, DVH 최적화를 위한 딥러닝 기반 segmentation 기술 적용: SSIM 31.42% 향상된 s-IGDT 영상 획득, ResNet 기반 segmentation 기술 적용하여 목적 물질의 위치정보 획득(달성도 : 100%) - 초고속, 저선량 및 고화질 s-IGDT 영상화 기술을 이용한 영상유도 방사선 치료 정확도 평가 및 검증: 모의 방사선 치료 시 정상조직의 흡수선량 39% 감소(달성도 : 100%) □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - s-IGDT 시스템과 딥러닝 기반 영상화 기술 개발 및 융합을 통해 영상유도 방사선 치료의 정밀도를 향상시키고, 생물학적 부작용을 경감시킬 수 있는 방사선 치료 기술 개발이 가능함. - s-IGDT 시스템은 스캔 속도 및 재구성 시간을 극소화할 수 있기 때문에 폐, 심장과 같은 장기를 대상으로 실시간 4차원 영상유도를 위한 기술로 활용 가능함. - Intra-oral 촬영, 방사선 민감도가 높은 영·유아 촬영과 같이 작은 filed-of-view(FOV)를 필요로 하는 촬영 등에 활용하여 진단의 정확도를 향상시킬 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이승완
• 주관연구기관 : 건양대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 고정형 반전구조 디지털 토모신세시스;딥러닝;영상유도 방사선치료;초고속 영상화;저선량 영상화; 2. s-IGDT;Deep learning;IGRT;Ultra-fast imaging;Low-dose imaging;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 NOD2 유전자가 장점막 손상 후 장점막 재생에 미치는 역할과 염증성장질환 발병에 기여하는 기전을 밝히는 연구 ◼ 전체 내용 1) Wild-type mice와 NOD2-knockout mice에서 radiation을 이용한 장손상 후 장점막 재생 능력 평가 2) Wild-type mice와 NOD2-knockout mice에서 유래한 intestinal organoid 모델을 구축하고 radiation을 이용한 손상 후 재생 능력평가 및 기전 분석 １> Wild-type mice와 NOD2-knockout mice에서 유래한 intestinal organoid 모델을 구축하고, 방사선 조사를 이용한 재생 능력 평가 2＞ Wild-type mice와 NOD2-organoid 재생 능력에 영향을 미치는 기전을 RNA seq을 통해 발굴 3) 마우스 모델에서 확립된 method를 바탕으로 Human 샘플에 맞게 변용하여 인체 유래 intestinal organoid model을 구축 및 gene editing 1> human organoid에 gene editing방법을 통해 NOD2유전자 발현을 knock-out 시킨 모델 확립 2> NOD knock out 된 human organoid 모델에 장 손상 후 재생 능력 평가 □ 연구개발성과 ○ 마우스 모델에 방사선 조사 선량에 따른 장 손상 분석하여 WT 마우스보다 NOD2-/-마우스에서 대.소장 crypt 생존에 더 큰 영향을 미침을 보임. ○ 방사선 조사 후 마우스 모델에서 장 점막 epithelial 세포의 분화, 재생 및 세포 사멸 분석하여, NOD2 유전자의 발현이 LGR5 positive ISC뿐만 아니라 BMI1 positive (quiescent stem cells) 세포의 역할 및 생존을 지원할 수 있다는 것을 확인함 (관련 내용의 논문 발표함: Int J Mol Sci. 2019;20(17):4297. Lee C & Hong SN et al.). ○ WT 및 NOD2-/- 마우스 모델의 소장 유래 Organoid 모델 구축하고 방사선 조사 후 Organoid 재형성 실험을 통해 WT 마우스보다 NOD2-/-장 organoid의 상피 재생 능력이 손상에 더 민감하다는 것을 확인함. ○ Wild-type 과 NOD2-/-organoid에 radiation 후 RNA sequencing 으로 유전자 발현 변화 분석 ○ 인체 유래 intestinal organoid model을 구축 및 NOD2유전자 발현을 조절 모델 확립하고, 오가노이드 재형성 분석, MTT assay, EdU assay 및 상처 치유 분석(wound healing assay)으로 재생 능력을 평가 방법을 확립함. ○ 위 연구 과정에서 염증성 장질환의 감소한 줄기세포 증식과 상처 회복 능력 향상을 유도할 수 있는 점막치유물질로서 PGE2 발굴함 (관련 내용의 논문 발표함: Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2022;13(3):789-808. Lee C & Hong SN et al.).(특허 출원) ○ Lentivirus transfection을 통해 Intestinal organoid에서 CRISP/Cas9 system을 이용한 유전자 편집 NOD2-KO 소장 오가노이드 두 라인을 확보함. ○ 염증성 장질환이 주요한 사이토카인을 이용하여 유전자 편집된 NOD2-KO organoid을 분석 진행 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 1) 본 연구는 NOD2 유전자 역할을 지금까지와 다른 손상된 장점막의 재생과 관련하여 연구 분석하였음. 이는 기존의 염증성 장질환 치료법 이외에 점막 치유를 유도하는 새로운 치료법 개발의 기초 연구 자료로서 사용될 수 있으며, 이는 염증성장질환의 치료 예후를 개선 시키는데 도움이 될 수 있음. 2) 장 줄기세포를 이용한 염증성 장질환 연구에서 장상피의 재생능력 평가 방법을 확립하기 위해 연구를 진행하면서, 염증성 장질환에 주요하게 작용하는 사이토카인인 TNFα가 장 상피 재생에 미치는 영향을 분석하였음. TNFα는 분화된 세포의 사멸을 유도하고 줄기 세포 단독의 증식을 유도하였고 이는 Cox2-PGE2 signaling에 매게되어 발생함 따라서 점막치유물질로서 PGE2는 염증성 장질환의 감소한 줄기 세포 증식과 상처 회복 능력 향상을 유도할 수 있다고 사료됨. 3) 본 연구를 통하여 CRISP/Cas9 system을 이용한 유전자 편집 기술을 확립하였음. 즉, 장내 염증 환경에서의 NOD2 뿐만 아니라, 기존에 보고되었건 다양한 유전자 등의 발현을 조절한 오가노이드 확보가 가능하게 된 것을 의미함. 이는 장 점막 재생과 유전자의 상관관계를 분석하는데 유용한 방법으로 사용할 수 있으므로 향후 진행될 연구에 도움이 됨. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이찬수
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 엔오디 투;장 점막 재생;장 오가노이드;마우스 모델;유전자 편집; 2. NOD2;Intestinal mucosa regeneration;Intestinal organoid;Mouse model;Gene editting;

□ 연구개발 목표 및 내용 ■ 최종 목표 DNA 복제실수교정 (mismatch repair; MMR) 유전자 변이에 따른 방사선에 의한 유전체 돌연변이 유발 정도를 마우스 정상 대장 조직 및 인체 정상 대장 조직에서 유래한 오가노이드의 전장유전체 염기서열분석(whole-genome sequencing; WGS)을 이용하여 단일 세포 수준에서 확인한다. ■ 1단계 ￭ 목표 MLH1^+/-, MLH1^-/- 마우스의 대장 오가노이드를 활용하여 in vitro, in vivo 방사선 조사 후, 방사선에 의한 유전체 돌연변이 차이를 정상 마우스와 비교한다. ￭ 내용 1. MLH1^+/+, MLH1^+/-, MLH1^-/- 세 군의 마우스에서 정상 대장 오가노이드 확립, 일정 시간 배양 후 (2 개월) 유전자 돌연변이 분석 및 in vitro 방사선 조사 (0, 8Gy) 후 유전체 돌연변이 분석 2. 마우스 세 그룹에서 in vivo 방사선 조사 후 (0, 8Gy) 대장 오가노이드 배양, 유전체 돌연변이 분석 3. 유전체 돌연변이 분석은 오가노이드의 단일세포 분리, 클론배양 후 whole-genome sequencing을 통하여 단위 베이스 당 돌연변이양, microsatillite instability (MSI) 및 유전체 변이 특성(mutational signature) 분석 ■ 2단계 ￭ 목표 인체 정상 대장 오가노이드를 확립하고, 유전자가위(Crispr/Cas9) 를 통해 MLH1 유전자 변이를 유도, in vitro 방사선 조사 후 유전체 돌연변이 차이를 확인한다. ￭ 내용 1. 인체 정상 대장 오가노이드에 유전자가위(Crispr/Cas9)를 이용하여 MLH1^+/-, MLH1^-/- 오가노이드 확립 - 대장절제술을 시행한 인체 대장 검체로부터 정상 대장 오가노이드 배양 -MLH1 유전자 변이를 유도하는 guide RNA를 제작하고 Crispr/Cas9을 이용하여 MLH1 유전자 변이가 유도된 오가노이드 확립 2. MLH1^+/+, MLH1^+/-, MLH1^-/- 인체 대장 오가노이드에서 in vitro 방사선 조사 (0, 8Gy) 후 whole-genome sequencing을 통해 유전체 돌연변이 차이 비교분석 □ 연구개발성과 ■ 정상 마우스 대장 오가노이드 확립 및 in vivo, in vitro 방사선 실험을 통해 상기 방법론으로 방사선에 의한 특이적 유전자 변이 측정이 가능함을 확인함 ■ MLH1 +/- embryo를 도입하여 배앙을 통해 MLH+/-, MLH-/- 마우스 생산에 성공함 ■ 정상 인체 대장 오가노이드 배양에 성공하여 후속연구에 대한 기반을 마련함 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ■ 오가노이드를 이용하여 방사선의 돌연변이 유발 정도를 측정하는 방법론은 향후 방사선유발 돌연변이 측정에 많은 도움이 될 것으로 사료됨 ■ 대장암의 MMR 유전자 변이외에도 유방암에서 BRCA1/2 변이 등 DNA repair 유전자의 변이가 암 발생에 중요한 역할을 하고 있어 이러한 유전자의 변이가 있는 암환자들에서 방사선으로 인한 이차암 발생 여부 및 방사선 민감성/저항성 여부는 개인 맞춤형 치료에 매우 중요한 요소로, 본 연구 방법이 널리 응용될 수 있으리라 생각함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김경수
• 주관연구기관 : 이화여자대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선치료;오가노이드;복제실수교정유전자;린치증후군;전장유전체분석; 2. Radiotherapy;Oragnoid;Mismatch repair gene;Lynch syndrome;Whole genome sequencing;