□ 연구개요 각 장기의 움직임/형태변화 정보를 결합하여 Augmentation 방법을 최적화하는 알고리즘을 연구하여, 개별환자 CT정보만 사용하는 자동도해 알고리즘을 개발하고, 셋업 CT의 품질 고도화을 구현하여 빅데이터 없이 단계적 지능형 네트워크 (셋업CT 고도화, 환자특이적 학습데이터 생성, 장기의 자동도해)를 개발하여 On-line ART를 가능하게 함. □ 연구 목표대비 연구결과 환자 셋업용 CT 고도화 : 환자 셋업용 저화질의 MVCT와 고화질의 kVCT 영상을 이용하여 딥러닝 cycleGAN 네트워크를 이용하여 셋업용 MVCT를 synthetic kVCT로 변환하여 영상 품질을 고도화에 성공함. 고화질로 변환된 MVCT는 셋업영상으로서의 환자의 내부장기의 위치는 유지되면서 영상의 대조도 및 영상품질지수는 kVCT와 유사하게 측정됨. 주요 장기에서 kVCT와 유사한 HU분포 값으로 선량계산에도 적합함을 확인함. 환자 특이적 학습데이터 생성 : 동일한 환자의 2회 촬영한 두 세트의 kVCT 영상을 이용하여 환자 특이적 augmentation 방법을 개발함. 두세트의 kVCT 정합과정에서 발생하는 Deformable Vector Filed (DVF)변화를 딥러닝을 통해 학습하며 학습단계에서 추출한 DVF를 적용하여 원본CT에서 변형된 100 개 세트의 kVCT를 성공적으로 생성하여, 환자 특이적 augmentation을 수행함. 장기의 자동도해 :두 개의 kVCT에서 생성된 환자 특이적 학습데이터를 가지고 딥러닝 기반 U-net segmentation 알고리즘을 학습하여 kVCT의 전립선 주변 장기 Dice coefficient 90% 이상의 정확도를 보여주었음. 위 3가지 방법들을 통합하여 두 개의 kVCT 영상으로 학습한 장기의 자동도해 모델에 고도화된 MVCT 영상을 전달학습으로 자동도해를 진행함. 고화질로 변환된 MVCT에서의 자동도해결과 femoral head의 경우 80% 이상의 정확도를 보여주지만, bladder, prostate, rectum의 경우 영상고도화를 하여도 유사한 장기 사이에 HU분포 구별이 어려워 50% 정도의 정확도를 보임. 전립선 암이 아닌 타 장기에서의 활용 가능성 평가와 영상 고도화 방법의 추가적인 연구가 필요로 함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ■ 임상적 측면 - 본 과제로 전립선 암의 적응방사선 치료의 자동화 구현이 가능해 지면, On-line ART가 실현되어 개인 맞춤형 방사선 치료가 실현 될 것으로 기대됨. 또한 타 질환의 On-line ART 치료 확장 가능함. ■ 기술적/학문적 측면 - 의료에서의 인공지능 적용은 세계적인 추세이며, 앞으로도 부가가치가 큰 사업으로 전망되고 있음. 현재 우리나라에서도 몇 군데의 의료 기관에서 인공지능을 활용한 환자 진료 및 치료를 개발 하고 있으나, 방사선 종양학에서 상용화된 기술은 없기 때문에, 본 연구결과는 상용화 기술로 발전 가능함 ■ 사회적/경제적 측면 - 본 프로젝트는 의료 융합 기술의 발전에 기여할 것으로 예상된다. 국내의 고도화된 IT/ software 기술의 의료기술에 적용함으로써 관련 산업의 국내성장에 기여할 수 있을 것임. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 한영이
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 적응 방사선 치료;딥러닝;영상 고도화;자동도해;영상증강; 2. Adaptive Radiation therapy;Deep learning;Image improvement;Auto segmentation;Image augmentation;

□ 연구개요 본 연구는 유방보형물을 삽입 후 방사선 치료가 진행되었을 때 무세포 동종 세포의 역할 및 이상적 수술 방법 확인을 위한 연구였다. 먼저, 유방보형물을 이용한 동물모델을 확립하고 구형구축을 유발할 수 있는 최적의 방사선 농도를 확인하였다. 이후 보형물이 접촉하는 조직의 종류에 따라 피막의 형성 및 구형구축의 발생율이 달라질 수 있음을 확인하였고 근육의 사용이나 접촉 없이 무세포동종진피로 보형물을 최대한 감싸는 형태가 방사선으로부터 피해가 가장 적은 것을 확인할 수 있었다. 또한 무세포 동종진피의 세척 및 소독과정에서 멸균 효과가 가장 뛰어난 소독용액을 확인하고 이를 임상에서 사용할 수 있는 기반을 마련하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 유방보형물 동물 모델을 만들고 적정량의 방사선 조사량을 확인하여 동물모델에서 방사선 조사를 통한 구형구축을 현상을 재현하였다. 본 연구의 1차 목표인 최소치사량이면서 최대조사량 확인을 위한 과정을 거쳤고 35Gy를 5회 분할하여 조사한 형태가 최대한 구형구축을 유발하면서도 쥐에 치사량에 도달하지 않는 이상적 조사량으로 확인되었다. 2차 목표인 방사선 조사 시 피해가 최소화 될 수 있는 수술 방법을 찾기 위한 연구를 수행하였다. 근육이나 흉벽 등과 달리 무세포동종진피와 접촉한 부분은 피막의 형성과 염증의 형성이 적어 방사선 조사 상태에서 구형구축의 가능성이 낮은 것으로 확인되었다. 따라서 방사선 조사시 무세포동종진피의 보호 효과가 있는 것으로 입증되었기에 무세포동종진피로 보형물을 완전히 감싼 형태가 방사선으로부터 보호 효과가 가장 큰 것을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구를 위해 사용한 무세포동종진피에서 발생하는 균 오염을 제거하기 위해 세척 용액의 멸균 효과에 대한 연구를 추가로 진행하였다. 이는 1,2차 목표를 달성 후 추가적 연구 성과를 위해 진행하였다. 무세포동종진피에 유방보형물 수술 중 가장 많이 오염되는 MSSA, MRSA, S. epidermidis 세균을 배양시킨 후 이를 10% povidone-iodine, 0.5% chlorhexidine, antibiotics, taurolidine에 30분간 세척하였고 이 실험을 통해 조직의 변형 없이 통계적으로 의미 있는 멸균 효과는 10% povidine-iodine 과 taurolidine solution에서 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 현재 임상에서 유방보형물의 삽입하는 수술 방법에서 특히 방사선 조사가 예상될시에 무세포동종진피로 보형물을 완전히 싸고 이를 근육위로 삽입하는 것이 방사선 조사로부터 피해가 최소화 될 수 있다는 것을 확인하였다. 이를 통해 현재 시행되고 있는 새로운 임상 수술 방법의 유효성에 대한 기초 근거를 마련하게 되었다. 또한 유방보형물 재건 동물 모델을 확립하였고 구형구축을 만들기 위한 이상적 방사선 조사량도 확인하였다. 이를 통해 구형구축과 및 방사선 관련된 연구에서 관련 치료제나 약물을 적용하는 연구에 이를 적용할 수 있는 기반을 마련하였다. 또한 무세포동종진피의 이상적 세척 용액의 유효성에 대한 근거를 마련하였다. 실제 임상에서 균오염에 취약하여 무세포동종진피의 세척 방법에 대한 가이드라인을 제시할 수 있게 되었고 이를 통해 보형물 재건 수술 후 감염 발생의 감소를 기대할 수 있게 되었다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 한현호
• 주관연구기관 : 서울아산병원
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 보형물;유방재건;방사선치료;구형구축;무세포동종진피; 2. implant;breast reconstruction;radiation therapy;capsular contracture;acellular dermal matrix;

□ 연구개요 - 앵거로직 기반의 위치추적 알고리즘 기술을 적용하여 대면적 감시 공간 내의 위치한 방사성물질의 공간적 분포를 영상화 할 수 있는 4π 구형 방사선 감시 시스템을 개발함. - 높은 검출효율을 갖는 섬광체 및 반도체 광센서를 기반으로 민감도의 한계성을 지닌 감마카메라 및 컴프턴 카메라 대신 고민감도의 스펙트로스코피를 활용하여 짧은 시간에 방사성물질의 분포 및 이동을 판별할 수 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 기존 국내외 방사선 감시 장치 기술 적용 방법을 통해 방사선 감시 시스템의 핵심기술에 대한 특성 평가를 진행함. - 몬테칼로 전산모사를 기반으로 다양한 조건에서의 감마선 선원 모델링 및 조준기와 섬광체 종류, 형태, 두께, 수 등 최적 설계 변수를 도출하였으며, 다양한 측정 실험 조건에서의 감마선 에너지 및 위치에 따른 반응 데이터베이스를 구축함. - 방사선측정 환경에 최적화하여 검출기의 특성평가를 진행하였으며, 시뮬레이션과 실험적 검증을 통해 시스템 최적화를 진행함. - 선원 위치별 검출 데이터를 활용하여 자율신경망 알고리즘에 학습하여 반응위치 추적의 정확도를 확인하였으며, 앵거로직을 대입하며 영상으로 보다 더 정확한 방사능 물질의 위치 및 분포를 구분할 수 있는 알고리즘을 개발함. - 신호처리 및 무선데이터 전송을 위한 신호처리기술 알고리즘을 실험을 통해 검증하였음. - 획득된 검출 데이터 재구성을 통해 제안된 검출기의 에너지분해능 성능 및 에너지 스펙트럼을 획득하였으며, 핵종 판별 및 위치 구분이 가능함을 확인함. - 각 차년도에 개발된 핵심 기술들을 적용하여 4π 구형 감시 시스템을 제작하였으며, 모의실험 환경 제작을 통해 실측 및 방사선 분포 측정을 통한 시스템의 유용성을 검증함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 방사성물질의 이동을 구형 검출기를 활용하여 실시간 감시함으로써, 방사선사고의 사전예방이 가능하며, 이를 통해 공공장소 및 방사선 사용시설에서의 원자력 및 방사선 이용에 대한 국민의 안전 신뢰도를 제고할 수 있을 것으로 기대함. - 기존의 방사선감시망과 연동을 통해 방사선사고 전후의 영향평가로 활용될 수 있으며, 사고확대의 방지 및 피폭 저감, 신속한 방사성물질의 이동을 감시하여 사고 대책 방안 마련이 가능할 것으로 기대됨. - 산업공학적/방사선 지식을 기반으로 저비용 및 저인력의 방사선 이용 안전성을 높일 수 있음. - ICT 융합분야와 방사선 분야 등 다학제간의 융합연구를 통해 융합적/창의적 사고를 지닌 융합기술 전문 인력 양성을 기대할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정용현
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선 감시 시스템;4π 구형 검출기;몬테칼로 전산모사;머신러닝;광무선통신; 2. Radiation monitoring system;4π sphere detector;Monte-Carlo simulation;Machine Learning;Optical wireless;

□ 연구개요 ■ 충수염 진단에 저선량 CT 사용의 근거를 확립하고, 저선량 CT 사용을 확산함. - 국내 의학연구 역사상 최대 규모 임상시험의 데이터 공유 - 저선량 CT 검사가 가능한 충수염 의증 환자 선별기준 제시 - 충수염 진단 교육 프로그램 개발 및 판독의 교육 □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 충수염 진단에 저선량 CT 사용 근거 확립 - 우리나라 의학연구 역사상 최대 규모 (피험자 수 3,074) 임상시험인 LOCAT의 (Low-dOse CT for Appendicitis Trial) 데이터를 다른 연구자들에게 공개함. - 공개한 임상시험 데이터를 사용하여, 환자의 특성에 따른 저선량 CT와 표준선량 CT의 진단능을 비교함. 저선량 CT 검사가 가능한 충수염 의증 환자 선별기준을 제시함. ■ 저선량 CT 충수염 진단 온라인 교육 프로그램 개발 - 공개한 임상시험 데이터에서 무작위 추출한 저선량 CT 증례 30례를 이용하여, 도제식 훈련을 시뮬레이션 하는 충수염 진단 온라인 교육 프로그램을 개발함. -개발한 프로그램을 활용하여, 판독의에게 저선량 CT 충수염 진단 교육을 함. ■ 충수염 진단에 저선량 CT 사용 확산 - 60명 이상의 판독의에게 온라인 교육을 실시하고, 충수염 진단에서 저선량 CT의 선호도를 조사함. - 교육에 참여한 판독의의 경력에 따른 learning curve를 측정하여, 저선량 CT 충수염 진단에 차이가 있는지 확인함. - 공개된 LOCAT 데이터를 활용한 파생연구 진행함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ■ 보다 안전한 저선량 CT 기술 보급 - 의료진에서 지속적인 교육을 통해, 저선량 CT에 대한 의료진의 거부감을 낮추어 충수염 진단에 저선량 CT 기술을 보급함. - 대단한 장비나 경험 없이도 새로운 진료지침을 확산할 수 있는 공익성 높은 연구임. ■ 즉각적이고 실효성 있는 암 예방 효과 - 무작위배정 임상시험 데이터로 얻은 높은 수준의 근거들은 임상에 당장 적용이 가능하므로, 궁극적으로 많은 생명을 구할 수 있음. ■ 대형 데이터베이스의 개방으로 여러 파생연구 촉발 - 일률적인 수술 대신 환자 맞춤형으로 충수염을 치료하는 진료지침 개발, 딥러닝 알고리즘 구축으로 저선량 CT 화질 향상 등의 파생연구가 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이경호
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 컴퓨터단층촬영;방사선;교육;자료 공유; 2. CT;Radiation;Education;Data sharing;

□ 연구개발 목표 및 내용 ■ 최종 목표 • 수차례의 파단에도 재치유가 가능한 초분자형 고분자 네트워크의 자가치유 현상을 동역학적 관점에서 규명하고 그 원리를 확립하여 자가치유 현상에 대한 근원적 이해를 높임은 물론, 차세대 자가치유 재료개발에 대한 원천 기술 기반을 구축하고자 함. ■ 전체 내용 • 자가치유형 초분자 네트워크는 비공유-동적결합을 기반으로 반복적 치유가 가능하여 집중 조명되고 있음. • 최근에는 자가치유 효율을 결정짓는 요소로 초분자간 결합 강도 못지않게 재결합하기까지의 동적 시간, 즉 분자 사슬의 확산, 완화거동, 분자운동성과 같은 동역학적 움직임이 매우 중요하다는 사실이 밝혀지고 있음. • 특히, 강도를 위한 초분자 네트워크의 결합력은 분자의 동역학적 거동 운동성과 상충 관계에 있어 치유-동역학이 현저히 감소됨. • 이러한 이유로 결합 강도와 분자 운동성이 최적화된 분자구조를 설계해야만 보다 우수한 자가치유형 초분자 네트워크를 구현해 낼 수 있음. 이런 관점에 서, 초분자형 고분자 네트워크 모델로부터 자가치유 현상을 동역학적으로 규명하는 것은 자가치유에 대한 근원적 요구사항임. • 이를 위해 물리적/화학적 구조변수를 갖는 네트워크 모델을 설계 및 제조하고 자가치유 특성을 파악하여 향후 자가치유 동역학 연구의 기틀을 마련함. • 또한 다양한 상태의 초분자형 고분자 네트워크들의 분자 동역학적 거동을 동적 점탄성 거동(DMA/Rheometer), 고체 핵자기 공명 분광법(solid-state NMR), 광자 상관 분광법(PCS)을 이용하여 분석하고 자가치유 현상에 접목하여 초분자형 고분자 네트워크의 자가치유 거동을 이해함. • 더 나아가, 형광분광법(fluorescence), 유전률완화분광법(DRS)을 이용하여 두께(마이크로~나노)에 따른 자가치유 특성과 분자 동역학을 고찰함. □ 연구개발성과 • 초분자형 고분자 네트워크 제조 및 이들 구조가 자가치유에 미치는 영향을 파악하고, 기계적, 자기적, 광산란적 기법을 이용하여 벌크 형태의 초분자형 고분자 네트워크가 용융, 고체, 액체 등 상태일 때의 각각의 자가치유 동역학을 해석하고 이와 관련된 자가치유 원리를 이해함. • 더 나아가 초분자형 고분자 네트워크를 제조하고 형광-분광학적, 전기적 기법을 이용하여 자가치유 동역학을 해석함으로 자가치유 원리를 이해함. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 • 자가치유 재료는 자체 균열을 감지하여 치유하는 지능형 소재로, 화학, 기계, 항공, 자동차, 조선, 전자, 전기, 건축, 우주 등 산업 분야 및 하이테크 응용 분야에 큰 수요가 예상됨. • 수차례의 빠르고 완벽한 치유가 자가치유 재료 개발의 가장 큰 키워드라는 점에서 본 과제에서 목표로 하고 있는 초분자형 고분자 네트워크의 자가치유 현상에 대한 동역학적 이해가 성공적으로 이루어진다면, 다양한 산업에 적용할 수 있는 기틀을 마련 할 수 있어 국내 소재 원천기술을 선진국 수준으로 끌어올릴 수 있을 것으로 기대됨. • 아울러, 향후 진일보한 자가치유 재료를 개발할 수 있는 초석이 되어 자가치유 재료 및 시스템 개발에 대한 포괄적 역량을 높일 수 있을 것으로 판단되며 가치가 매우 크고 거의 모든 산업 및 재료에 적용될 수 있는 과학기술이라는 점에서 인류의 생활양식에 새로운 패러다임을 불러일으킬 것으로 예상됨. (출처 : 요 약 문 2p)

• 연구책임자 : 정재우
• 주관연구기관 : 숭실대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 자가치유;초분자형 고분자 네트워크;고체핵자기공명 분광분석;동적기계 거동분석;나노구속환경; 2. Self-healing;Supramolecular Polymer network;Solid-State Nuclear Magnetic Resonace;Dynamic Mechanical Analysis;Nanoconfinement;

연구개요 · RIS와 spontaneous sarcoma간의 임상적 특성의 차이는 세포적, 유전적인 차이 보다 종양이 발생하는 in vivo의 환경적인 차이(inflammation, hypoxic environment) 에서 비롯되었을 가능성이 있다는 가설을 증명한다 (즉, cell, DNA level의 유의미한 차이는 없을 수도 있다) · 따라서 세포의 성장 특성, DNA sequencing 등이 큰 차이가 없음을 증명하고 in vitro에서 진행하는 radiotherapy나 chemotherapy에 대한 반응 유사성을 찾는 것을 목표로 한다 · 하지만 만약 이러한 세포학적 특성에서 significant difference가 나타난다면 RIS와 Spontaneous sarcoma의 임상적 특성 (RIS의 poor prognosis)의 차이는 세포적 특성에서도 영향을 받았을 가능성이 있고 그에 따른 적합한 치료 방법을 유추해 볼 수 있다. 연구 목표대비 연구결과 ◼ 선행 과제에서 수립된 방사선 유발 육종의 세포주를 이용한 후속 연구로, 드물고 완치가 어려운 방사선 유발 육종의 종양학적 특성을 연구하여, 최적의 치료 방법을 고안하고자 함. ◼ 자연 유발 육종과 비교하여 종양학적 특성을 분석 - 종양 성장 속도, 성장관련 인자 발현, 항암제 및 방사선으로 인한 성장 억제 반응 (치료 효과) 비교 결과) 실제로 방사선 유발 육종과 자연 유발 육종의 세포적 특성에는 큰 차이가 없음을 증명하였고, 방사선 노출로 인해 발생한 종양이 특별히 항암제/방사선 민감성이 떨어지는 것이 아님 역시 밝혀냄. ◼ 방사선 유발 육종의 세포주유래 암조직 이식 (cell line-derived xenograft, CDX) 동물 모델수립을 통해 다양한 항암제 및 면역 치료 등에 대한 감수성을 확인할 수 있는 기틀을 마련 결과) 다양한 항암제 선별 실험 수행을 통하여 기존 자연 유발 육종과 상이하지 않음을 알게 되면서, 전장 유전체 분석을 통한 방사선으로 인한 암 발생에 더 초점을 맞추게 되어 xenograft 모델의 중요도가 감소하였음. Xenograft 는 보다 target을 특정한 후 수행할 계획임. ◼ 희귀 암종인 방사선 유발 육종의 세포주 유래 암조직 이식 모델의 개발은 이후 다양한 특성분석 및 효능 평가의 기본이 됨. 결과) 1. 여러 항암제(docetaxel, cisplatin, doxorubicin, olaparib) 들을 테스트해보았을 때 docetaxel에 더욱 민감한 반응을 보였으며, 2. 수립한 1가지 세포주 뿐만 아니라 여러 건의 환자 기반 세포주 수립을 시도중임. 국내 최고 세포주은행과의 협업에도 성공률이 낮을 만큼 세포주 수립이 어려운 암종이므로 이는 본 연구의 중요도를 설명할 수 있겠음. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) ◼ 본 연구진이 진행해온 방사선 유발 육종 연구는, 최근까지 발표된 논문들에 비해 검체의 수집과 분석의 양적, 질적 측면에 있어서 세계적으로 독보적임. 특히, 자료조사 과정에서 미국에서 수립했다고 발표한 방사선유발육종은 이미 사멸해버린 상태로, 본 연구진의 세포주가 세계 유일한 방사선유발육종 세포주임. ◼ 본 연구의 결과를 바탕으로, 방사선 유발 종양의 진단과 치료에 있어서 치료 방침 결정 및 효과적인 약제 적용에도 시도해볼 수 있었음. ◼ 희귀한 세포주를 확보하였으므로 이후의 cell engineering을 통한 therapeutic modulation의 기반을 마련할 수 있었음. ◼ 또한 관련 분야 후학들을 교육함으로써, 박사 학위 및 전문가 인력들을 배출에 기여함. 현재 본 과제 관련으로 서울대학교 의학과 박사 학생이 학위 과정 중에 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 장지현
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선;종양;육종; 2. Radiation;Tumor;Sarcoma;

□ 연구개요 핵 라민(nuclear lamin)의 3차원 그물막형성의 자가조립(self-assembly)과 리모델링 (remodelling)의 메커니즘을 단백질 결정구조를 통해 분자수준에서 규명함. 궁극적으로 인간의 노화현상을 분자적으로 이해하여 항노화 약물개발의 기틀을 마련함. □ 연구 목표대비 연구결과 [1차년도: 선형 폴리머 형성의 원리를 증명] - 알파헬릭스로 구성되어 있는 라민의 중심 rod 도메인이 선형 폴리머로 자가 조립되기 위해서는 A11, ACN, 그리고 A22 결합이 필수적임. - ACN 결합을 위해서는 rod 도메인의 N말단과 C말단 부분의 coiled-coil 구조가 해체가 선행되어야 한다는 것을 생화학 실험과 세포실험을 통해 증명. - 현재까지 밝혀지지 않았던 A22 결합을 coil2의 결정 구조를 통해 규명하여 선형폴리머 자가조립모델을 완성하였음. - A22 결합이 될 때, ACN 결합에 의한 말단 부분의 분리가 선형되고, 4개의 헬릭스가 서로 반대방향으로 사량체를 형성하는 것을 확인함. - 3가지 결합 모드를 연결하여 완성한 선형 폴리머 모델을 통해 세포핵의 탄성과 가소성의 근본을 분자적으로 이해함. [2차년도: 3차원 그물막 구조 형성 원리 규명] - 라민의 유전적 변이에 의해 비정상적으로 형성되는 3차원 그물막 구조를 x-ray 회절학으로 분석하여 조기노화가 발생하는 원인을 분자수준으로 규명함. - S143F 돌연변이 단백질은 표면의 소수성 잔기가 서로 모여 비정상적인 결합을 촉진하여 핵의 변형을 유발한다는 것을 구조분석, 생화학 실험, 세포실험을 통해 증명함. - 라민 A와 B의 Ig-like domain의 이량체 결정구조를 규명하여 3차원 그물막 형성과정의 차이점을 확인함. [3차년도: 라민 폴리머 리모델링 원리 규명과 노화 원리 규명] - 세포 분열기에 CDK에 의해 라민의 N말단 부분에 인산화가 일어나 3차원 그물막 구조가 해체되며 라민 선형 폴리머의 해체가 발생함. - 라민 유전자 변이로 생성되는 프로제린은 정상적인 라민 Ig-like domain과 결합력이 존재하며, 이로 인하여 세포핵이 찌그러지는 표현형을 보임. - 이러한 결합을 억제하는 천연물 억제제를 탐색하였고, 결과적으로 모린을 세포에 처리하였을 때 찌그러지던 새포핵이 완화되는 것을 확인함. - 결과적으로 조기 노화를 유발하는 라민의 돌연변이의 분자적인 기전을 증명하였고, 노화를 억제하는 메커니즘을 발표함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의중요성) - 과학기술적 측면: 최대 난제인 중간세사의 결합원리를 분자수준에서 이해함. 라민의 유전적 돌연변이에 의해 발생하는 수많은 유전질환의 원인을 분석할 수 있는 기초를 제공함. 특히 노화와 연관된 라민 연구와 시너지를 이룰 것임. - 경제 산업적 측면: 잘못된 중간세사에 의한 각종 인간의 질병(머리카락 결손, 피부 진피 파괴, 조기노화, 근위축증 질환)의 치료 표적 사이트를 규명하여 신약개발의 기틀을 마련함. - 사회적 측면: 중간세사 관련 질환은 대체로 노화와 연관이 되어 있기 때문에, 이번 연구 결과는 인간의 노화를 지연하는 각종 약물 또는 식품 개발의 활성화를 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 하남출
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 중간세사;핵라민;프로제린;조기노화;자가조립; 2. intermediate filament;nuclear lamin;progerin;premature aging;self assembly;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 들뜬상태 동역학 현상의 정확한 이론 분석을 위해, 물질을 구성하는 전자-원자핵의 들뜬 상태 양자 동역학 분석 프로그램을 개발하고, 이를 적용함. ○ 전체 내용 • 들뜬 상태 전자-원자핵 양자 동역학 분석 프로그램 개발 - 효율적이며 계산 성능 향상을 위한 block decompose 방법, 병렬화 계산 방법 적용 - 계산 속도 향상을 위한 time evolution operator의 self-consistent 적용과 근사 방법 최적화 - 복잡한 다체 파동함수 파일 표준화 • 들뜬 상태 현상 적용 및 동역학 현상 분석 - OLED 물질의 들뜬 상태 소재 열화 현상 분석 - 반도체 내 결함에 의한 비발광 재결합의 구조 변형 효과 분석 - 그래핀 나노 리본에서의 들뜬 상태 전자-원자핵 상관된 동역학 특성 분석. □ 연구개발성과 • 물질 내 들뜬 상태 동역학 현상은 생명현상에서부터 여러 응용 연구에 이르기까지 다양한 영역에서 나타남. 하지만 들뜬상태에 대한 정확한 이론 분석 방법의 부재로 이들 현상에 대한 정확한 분석이 이루어지지 못하고 있음. • 본 연구에서 개발한 이론 분석 프로그램을 이용하여 들뜬 상태 현상들에 대한 새로운 이론 분석을 가능하게 만들었으며, 이를 통해 들뜬 상태 현상들에 대한 근본적인 이해를 높이는데 기여함. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 • 본 제안서에서 개발한 이론 분석 프로그램을 기존에 정확한 이론 분석이 제대로 진행되지 못한 다양한 들뜬 상태 현상에 대한 새로운 이론 해석 결과를 제공함. 이를 통해 들뜬 상태 현상에 대한 기초 이론 발전과 함께 다양한 공학적 응용에 큰 기여를 할 것임. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 방준혁
• 주관연구기관 : 충북대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 들뜬상태 동역학;시간의족 밀도 범함수 이론;전자-원자핵양자 동역학;제일원리 계산 프로그램; 2. Excited-state dynamics;Time-dependent density functional thoery;Electron-nuclear quantum dynamics;First-principes calculation;

□ 연구개발 목표 및 내용 ○ 최종 목표 Morin을 이용하여 세 가지 유형의 대표적 유방암 세포 모델(에스트로겐 수용체 양성, 삼중음성 및 HER2 과발현)에서 전이활성 및 생존, 유방암 치료의 주요 표적인자에 미치는 효능과 그 작용기전을 분석하여 맞춤형치료 전략을 수립한다. 또한 소형 동물모델을 이용하여 치료효과를 검정하여 기존 유방암 치료기술의 한계를 극복한다. ○ 전체 내용 ● 유형별 유방암세포에 대한 독성 및 암의 전이 등에 미치는 효능 평가 : 세포독성 평가 (SRB assay) : 전이활성 평가(Wound healing assay, Invasion assay, MMP-9의 활성 및 유전자 발현 분석, uPA/uPAR 발현 분석) ● 유형별 유방암세포에 대한 전이 및 성장에 미치는 효능에 대한 기전 분석 : 전이인자 발현 조절 기전분석(MAPK, Akt 등의 신호전달인자의 인산화 등) : 신호전달 단백질(MAPK, Akt 등)의 저해제(inhibitors)의 처리에 따른 작용기전 분석 : Nuclear fractionation을 통한 전사인자의 발현 및 활성 분석 ● 유방암 치료표적인자(ERα 및 HER2)의 발현에 미치는 효능 평가 : ERα 및 HER2의 발현 변화분석(Western blotting) : 하부인자 및 신호전달 인자의 발현 또는 인산화 변화 분석 : 세포 생존, DNA 손상, DNA 수선 인자 등의 인산화 및 발현변화 분석 : 세포사멸 인자의 발현, 세포주기 변화 및 세포주기 조절인자의 분석 : Immunocytochemistry를 통한 DNA 손상인자 발현분석 ● 항암제 내성 유방암세포에 대한 효능평가 및 기전 분석 : 항암제 내성 유방암세포에 대한 세포독성 평가(SRB assay) : 세포사멸 인자의 발현 변화 분석 : Flow cytometric analysis를 통한 세포사멸기전 분석 : 세포주기 분석 및 관련 인자발현 분석, 세포생존인자 및 DNA 수선 인자의 발현 변화 분석 ● 실험동물을 이용한 항암효능 및 항전이효능 평가 : Balb/c nude mouse를 이용한 tumorigenesis : Pathological analysis □ 연구개발성과 정성적 성과 - Morin이 유형별 유방암세포에서 항전이 효능을 가짐을 입증하고, ER 양성 유방암세포인 MCF-7에서는 Akt/GSK3β 기전을 통해 항전이 활성이 조절됨을 증명 - Morin의 삼중음성 유방암세포의 치료를 위한 후보 소재로서의 활용 가능성을 입증하고, MDA-MB-231 세포를 통해 삼중음성 유방암에서의 항암활성이 cell cycle arrest를 매개하여 작동함을 확인함 - HER2 과발현 유방암 세포인 SK-BR-3 세포를 통해 morin이 HER2의 표적화를 통한 항암활성을 apoptosis와 autophagic cell death 기전을 통해 나타낼 뿐만 아니라 전이활성도 억제할 수 있음을 입증함 - Morin이 삼중음성 유방암의 치료에 사용되는 doxorubicin의 항암활성을 FOXM1과 EGFR1 기전 저해를 통해서 향상시킴을 입증함 -Morin이 항암제 내성 유방암세포 대한 항암활성도 가짐을 입증 정량적 성과 - SCI(E)논문: 5편 발표, 2편 준비 중 - 학술대회 발표: 국내 2편, 국제 6편 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 : 유방암 치료효율 개선을 위한 치료전략 수립을 위한 근거자료로 활용 : 전임상 및 임상 연구를 위한 기초자료로 활용 : 다양한 질환에 대한 morin의 약리활성 검증을 위한 연구 자료로 활용 : 유방암 및 기타 다양한 암의 치료를 위한 소재개발에 활용 : 기존 항암제의 한계성 극복 및 새로운 치료전략 수립을 통한 유방암의 치료효율 개선 : 저렴한 의약용 신소재의 공급으로 국민 보건비 지출 경감과 그에 따른 의료복지 증대 및 가게 지출경감 : Morin을 이용한 다양한 식의약품 개발로 부가가치 창출로 관련 산업에 대한 관심 증가 및 투자, 고용창출 효과 기대 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 남경수
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 유방암;전이;암치료;모린;세포사멸; 2. Breast cancer;Metastasis;Cancer therapy;Morin;Cell death;

□ 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;