□ 연구개발 목표 • 전사인자 기능제어를 통하여 염증성 자가면역 미세환경을 조절할 수 있는 맞춤형 신약개발 • 염증성 자가면역 미세환경을 유도하는 전사인자의 기능을 제어하는 단백질신약의 개발 및 작용기작 연구 □ 연구개발 내용 • 핵심 전사인자에 의하여 유도 발현되는 다양한 염증인자들로 구성된 염증성 자가면역 미세 환경은 자가 면역질환의 유도 및 진행에 핵심적인 병인요소로서, 이들 전사인자의 기능제어를 통한 염증 미세 환경의 제어는 first-in-class 맞춤형 미래신약전략임. • 본 연구에서는 in vitro and in vivo에서 이들 핵심전사인자 (NFkB, Tbet, GATA-3, Foxp3 및 RORgt)의 중요기능부분 (TMD=Transcription Modulation Domain)을 선택적으로 타겟 세포의 핵 내로 전달하는 단백질신약 (ntTF-TMD)을 개발하여, 유전적 변이가 없는 정상적인 생체환경에서 이들 신약의 자가면역 미세환경 제어에 의한 질환치료효과, 작용기작 및 선택성을 실시간 이미징 기술을 이용하여 검증한 다음, 전임상시험 단계로 진입하고자 함. • 특정한 타겟 세포에 ntTF-TMD를 전달할 수 있는 타겟 특이적인 ntTF-TMD를 제작하여 다양한 자가 면역질환 동물모델에 제작한 타겟 특이적인 ntTF-TMD를 주입하고 in vivo에서 질환 치료효과를 분석할 것임. □ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함) • ntTF-TMD와 이에 의해 병인적 T 세포를 기능 전환하는 새로운 유전자들에 대한 mAb/IgG-chimeric receptor는 염증성 자가 면역 미세 환경을 제어할 수 있는 first-in-class 맞춤형 미래신약이 될 것임. • 특정한 전사인자가 병인적인 역할을 하는 질환에서 전사인자의 기능을 제어할 수 있는 신약개발을 위한 핵심기반기술로서, 염증성 자가 면역질환뿐만 아니라 다양한 다른 질환들에 대한 새로운 치료제개발로의 큰 파급효과가 있음. • Specific T cell subset의 기능적 plasticity를 조절할 수 있는 ntTF-TMD를 이용하여 자가면역환경의 면역 밸런스를 바로 잡을 수 있으며, 이는 자가면역질환의 종류에 따라 환자를 선택적으로 치료할 수 있는 새로운 면역억제 치료제로 이용될 수 있음. • 특정 세포의 면역활성 전사인자를 조절할 수 있는 Target-specific ntTF-TMD는 기존의 mTOR, Calcineurin target 면역 억제제가 가지고 있는 side-effect를 최소한으로 하는 단백질신약으로 자가면역질환과 장기이식에 광범위하게 이용될 수 있을 것으로 예상됨. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이상규
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword : 1. 자가면역질환;만성염증질환;T 세포 아형;전사인자;핵 내로의 단백질전달;염증미세환경;단백질 신약;면역 가소성; 2. Autoimmunity;Chronic inflammation;T cell subsets;Transcription Factor;Intra-nuclear delivery;Inflammatory micro-environment;Protein drug;immune system plasticity;

□ 연구의 목적 및 내용 < 최종목표 > 의료영상의 자동 분류 및 전처리를 통해 영상 빅데이터 및 인공지능을 위한 데이터웨어하우스의 품질을 향상. < 연구내용 > ○ 1-2차년도 - DICOM 영상의 내용과 헤더정보로 검사 및 시리즈 종류의 자동 분류 - DICOM 영상의 내용과 헤더정보로 재생성된 검사 및 시리즈이름을 PACS DB에 저장된 정보와 비교 - DICOM 파일의 오류 검출 - 1차년도 외부영상 핵의학검사(PET, 뼈스캔 등)에 대해 시행 - 2차년도 외부영상 검사(CT, MR, US 등)에 대해 시행 ○ 3차년도 - 인공지능 연구에 사용하기 쉽도록 초음파영상의 전처리를 시행 - DICOM 영상에서 초음파 영역을 검출하여 crop - 영상의 병변주위에 표시된 annotation을 제거 - 영상의 annotation 위치를 추출하여 인공지능의 관심영역으로 사용할 수 있도록 함 □ 연구개발성과 < 정성적 성과 > ○ 영상정보 저장상황 보고서 ○ DICOM 영상을 이용한 검사이름 및 시리즈 이름을 유추하는 프로그램의 개발 ○ 초음파 DICOM 파일에서 영상추출, 마커제거 등을 수행하는 프로그램의 개발 □ 연구개발성과의 활용계획(기대효과) ○ 영상빅데이터 및 인공지능을 위한 데이터웨어하우스 품질 향상 ○ 연구자들의 영상을 이용한 인공지능 연구 아이디어의 실현 가능성을 높임 ○ 영상데이터 수집 및 클리닝에 소요되는 연구기간을 단축 ○ 국립암센터 외 여러기관 영상을 데이터웨어하우스에 추가하여 인공지능 연구결과의 신뢰성을 높임 ○ 머신러닝 학습이 가능한 데이터 기반을 구축하여, 국가 암 빅데이터로 확대할 수 있으며 연구자 맞춤형 DB를 제공 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김태성
• 주관연구기관 : 국립암센터
• 발행년도 : 20221000
• Keyword : 1. 영상정보;인공지능;데이터웨어하우스;핵의학; 2. Imaging Information;Artificial Intelligence;Data Warehousing;DICOM;Nuclear Medicine;

연구개발 목표 및 내용 최종 목표 ○ 불소를 기반으로 하는 신소재 섬광단결정의 성장 및 개발된 섬광단결정의 특성 연구를 통한 방사선 검출 및 의료영상에 적용 가능성 연구 전체 내용 ○ 문헌 조사를 통한 불소 기반의 섬광 단결정 후보군 선택 ○ 후보 물질의 상 분석 및 특성 분석을 위한 다결정 물질 합성 ○ 섬광 단결정 성장 프로토콜 작성 ○ 불소 기반의 신소재 섬광 단결정 성장 ○ 섬광 검출기 제작, 가공 및 특성 평가 ○ 선량계 응용 적합성 확인을 위한 TL 평가 ○ 최적화 설계 및 특성 평가 연구개발성과 ○ 불소 기반의 섬광 단결정 성장 방법 최적화. ○ 최적화된 성장 방법으로 TlAlF4 섬광 단결정 성장. ○ 총 9개의 논문 출판 및 1건의 해외 학회 발표 성과 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ TlAlF4 섬광 단결정의 높은 섬광량 및 다른 특성들로 인해 다양한 활용 가능성 확인. ○ 초기 연구 단계지만 좋은 특성이 기대되므로 성능 향상 연구 및 다른 새로운 불소 기반의 섬광 단결정 연구 필요 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 죠셉 다니엘
• 주관연구기관 : 경북대학교
• 발행년도 : 20220600
• Keyword :

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 420여종 kinase library와 Seesaw2.0 system를 가지고 스크리닝한 인산화 효소가 DNA 손상 복구 시스템에 미치는 영향을 확인하고, 이미 스크리닝한 Akt1이 DNA 손상 복구 시스템에 미치는 영향을 확인하고 Akt1에 의한 새로운 DNA 손상 복구 시스템의 기전 제시와 세포와 마우스를 이용하여 1-2차년도 생화학적 기초실험들을 바탕으로 새로운 인산화 효소에 의해 DNA 손상 복구 시스템을 조절 관련된 단백질의 동정 및 조절인자의 분자기전 규명을 이해함으로써 DNA 손상 복구 시스템의 새로운 조절인자들을 타겟으로 DNA 손상에 의한 발암기전에 대한 이해를 확립하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1. Akt1 억제제에 의한 비상동 말단연결 복구 메커니즘의 영향. - U20S 세포주에서 Fok1 endonulase을 활용하여 DNA 손상에 의한 Akt 억제제의 영향을 확인하기 위한 실험을 수행하였음. Fok1 엔도뉴클레이즈는 DNA의 일부분에 결합하여 절단을 일으킴. 이 방법을 통하여 DNA 손상을 일으킨 후 DNA 손상 부위에 필수적인 인자들의 영향을 관찰하였음. 대표적인 DNA 손상 마커인 gH2AX와 R NF168은 손상 후 Fok1과 같은 위치에서 확인할 수 있었고, 반면에 Akt 억제제인 M K2206을 처리하자 이들이 DNA 손상부위로 모이지 못하는 것을 확인하였음. 2. Akt1에 의한 RNF168 인산화가 RNF168 안정성에 미치는 영향. - Akt1에 의하여 RNF168의 인산화가 RNF168 단백질 안정성에 영향을 미치는지 확인하기 위하여 HEK 293 세포에 GFP-RNF168 본래의 형태와 인산화가 일어날 수 없는 형태인 S60A,인산화가 이미 일어난 구조를 나타내는 S60D , S60E를 발현시켰음. 이들의 단백질의 반감기를 확인한 결과, RNF168 인산화가 일어날 수 없는 형태에서 단백질 반감기가 현저히 감소되는 결과를 확인하였음. 이러한 현상이 HE K 293 세포내에서 Akt1 발현을 막았을때와, DNA에 손상이 일어났을 때의 영향을 확인하기 위해 IR (Ionizing radiation) 이온화 방사선을 투과한 후 RNF168 단백질의 반감기를 확인하였음. 그 결과 Akt1 발현을 막았을때 RNF168 단백질의 안정성이 현저히 감소됨을 확인하였음. 3. Akt1에 의한 RNF168 인산화가 RNF168 안정성에 미치는 영향. - Akt1에 의하여 RNF168의 인산화가 RNF168 단백질 안정성에 영향을 미치는 지 확인하기 위하여 HEK293 세포에 GFP-RNF168 본래의 형태와 인산화가 일어날 수 없는 형태인 S60A, 인산화가 이미 일어난 구조를 나타내는 S60D, S60E를 발현시켰음. 이들의 단백질의 안정성을 확인하기 위하여 knock-down 기법을 이용하여 단백질의 유비퀴틴화를 확인하였음. Akt1이 knock-down 되었을 때, RNF168의 유비퀴틴화를 확인하기 위하여 endogenous 유비퀴틴 항체를 이용하여 실험을 수행하였음. Akt1이 knock-down 되었을 때 GFP-RNF168 본래의 형태와 인산화가 일어날 수 없는 형태인 S60A의 유비퀴틴화를 비교해 보았을 때, GFP-RNF168 본래의 형태의 경우 Akt1 knock-down에 의하여 유비퀴틴화가 증가됨을 확인할 수 있었음. 이를 통해 Akt1에 의하여 RNF168의 유비퀴틴을 통하여 단백질의 안정성을 조절함을 확인하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 생물학적 시스템에서 DNA 손상반응 조절 기전을 분자수준에서 밝힘으로써 생체의 항상성에 대한 시스템간의 이해를 높이고 목표 집약적인 연구를 통하여 국제적으로 DNA 손상 반응 기전 연구의 발전에 공헌과 DNA 손상 반응에 관여하는 조절인자들과 상호작용하는 조절 분자들 간의 인식네트워크를 구축하여 DNA손상 반응 제어를 위한 물질개발과 효능의 검증이 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박희세
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 인산화 효소 Akt1;E3 리가아제 RNF168;DNA 손상 반응;이중가닥절단 복구;상동재조합; 2. Akt1;RNF168;DNA repair system;Double Stand Break Repair;homologous recombination;

□ 연구개요 ● 본 연구과제의 궁극적인 목표는, 통합 방법론 (integrative approach)을 기반으로 (1) NPC 및 핵막를 통해 일어나는 HPV(인유두종 바이러스)의 다이내믹한 감염 과정을 분자수준에서 규명한다. HPV 감염의 다이내믹한 복잡성을 고려하여 물리학 / 화학 / 생명과학 / 의과학 / 계산 과학적 방법을 아울러 여러 다양한 데이터를 통합적으로 적용한다. (2) 위에서 얻어진 연구 결과를 다른 바이러스의 감염과정 규명에도 확장하여 독창적인 생물학적 발견과 이해, 그리고 의학적 진단과 질병퇴치의 토대가 되도록 한다. ● HPV의 세포핵 내부 감염 과정을 분자 수준에서 좀 더 자세히 알게 되면, 이는 궁극적으로 바이러스의 감염을 막는 antiviral therapy의 개발에 중요한 밑거름이 된다. 이는 기존 예방 백신의 영역 밖인 바이러스의 핵막/NPC를 통한 유전정보 전달과정을 막는 새로운 치료용 백신 및 치료제 개발에 대한 토대를 제공한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 대표적인 Viral System중의 하나인 HSV-1의 Self-assembly에 관한 리뷰 논문을 비롯하여 총 4편의 논문을 발표하였다. (1) 기존에 알려져 있거나 새롭게 생성되는, 대용량의 생명 정보 및 실험 데이터를 물리/화학/생명/계산과학 등 학문의 경계를 넘어, 통섭/통합적으로 아우르는 보편적인 integrative approach를 개발 및 확장시켜왔다. (2) SAXS 장비 실험실 셋업 및 최적화 작업: ● NPC 구성 단백질들이 HPV Capsid-Importin 복합체와 어떻게 상호작용을 하는지를 명확히 규명하기 위해 Small angle X-ray scattering (SAXS) 실험을 준비하였다. ● SAXS 실험을 위해 Xenocs Nano-inXider라는 in-house SAXS 장비를 본 연구실에 2019~2020년에 구축하였고, preliminary data를 얻기 위한 최적화 작업을 진행하였다. (3) Cryo-EM 최적화 작업: ● Cryo-EM / Tomography 를 이용해서 importinβ—capsid 복합체가 실제 NPC의 cytoplasmic filament에 도킹하는 과정을 관찰하기 위해 세포를 배양하고 급속동결 후 세포핵과 NPC를 관찰하는 실험을 진행하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 현재 시판 중인 예방 백신 (가다실, 써바릭스, 가다실 9)은 중화 항체를 생성 하여 HPV 감염을 막는 방식으로서, 모든 type 의 HPV 를 예방할 수는 없다. HPV의 세포핵 내부 감염 과정을 분자 수준에서 좀 더 자세히 알게 되면, 이는 궁극적으로 HPV의 감염을 막는 antiviral therapy의 개발에 중요한 밑거름이 된다. 이는 기존 예방 백신의 영역 밖인 HPV의 핵막/NPC를 통한 유전정보 전달과정을 막는 새로운 치료용 백신 개발에 대한 토대를 제공한다. - 의학적으로 중요한 antiviral 치료제의 개발에 적용되면 궁극적으로 병원, 제약회사, 바이오 벤처 회사 등에 기술 이전 및 사업화가 가능하다. 현재 치료용 백신은 ‘바이오리더스’, ‘제넥신’ 등 국내 제약사들이 임상 연구를 진행하고 있어, HPV 감염 과정을 규명하면 이러한 국내 바이오벤처 회사 등에 기술 이전을 통한 사업화가 용이하다고 본다. - 향후 국내외에 이와 관련한 새로운 연구센터를 설립할 수 있고, 다른 바이러스 (HIV, Zika, Ebola 등)의 NPC를 통한 감염과정으로 확장하여 의학적 진단과 질병 퇴치에 크게 공헌할 수 있다. ● 본 연구는 학제 간의 장벽을 넘어 생물, 물리, 화학, 계산과학 등 여러 학문분야의 융합을 통해 새로운 영역을 개척하는 다학제적 연구이다. - 기존 학계에서 단편적으로 물리/화학/생명/계산과학 학문영역의 인위적인 분류를 따라 유통되거나, 개별적으로 database에 저장되어 왔던 '생명 정보' 및 '실험 데이터'들을 통합적으로 사용하게 됨으로써, 데이터 통합과정을 통해서 얻은 최종 결과물의 효율성, 정확성, 해상도, 그리고 완결성을 극대화한다. - 기존의 이론의 틀에서 벗어나 실용적 문제 해결 능력을 갖춘 연구자를 배출하여 학계 및 산업계에 경쟁력 있는 인력을 키워낼 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김승중
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20221200
• Keyword : 1. 통합 방법론;계산 생물학;핵공막 복합체;바이러스 감염;저온 전자현미경; 2. Integrative approach;Computational Biology;Nuclear Pore Complex;Viral Infection;Cryo-Electron Microscopy;

□ 연구개요 Probably all galaxies host supermassive black holes in their centers, which have masses from a few million to a few billion Suns. In some cases, these black holes accrete interstellar gas which leads to the emission of large amounts (brighter than billions of Suns) of electromagnetic radiation - an 'active galactic nucleus' (AGN) is formed. Some AGN eject a small fraction of the accreted gas in the form of relativistic plasma jets. Despite substantial efforts by the global astrophysics community however, the launching, collimation, and propagation of AGN jets is only partially understood. We executed a dedicated long-term study of the physics of AGN jets and of the black holes from which they originate. □ 연구 목표대비 연구결과 We used several Korean and multinational radio interferometric arrays to study the structure, kinematics, brightness variations, and magnetic fields of AGN jets. By using multi-wavelength (radio to gamma-rays) observations, we were able to constrain the mechanisms responsible for launching AGN jets. This largely corresponds to our initial research goals; we estimate that we fulfilled 100% of our goals. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) Since our project was a basic science project (in the field of astrophysics), our activity is mostly expressed in peer-reviewed journal articles. We published, or contributed to, 26 journal papers in total. One group member (the PI) was awarded a share of the 2020 Breakthrough Prize in Fundamental Physics. Two group members received PhD degrees and moved on to postdoctoral position and leading international research institutions. (source : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Sascha Trippe
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 블랙홀;활동성 은하;플라즈마 제트;전파 천문학;편광; 2. Black holes;Active galaxies;plasma jets;radio astronomy;polarization;

Ⅳ. 연구개발결과 - 방사광 X-선 형광 이미징 기반 스테레인스강 2종의 2차원 화학 성분 분포 가시화 - 방사광 X-선 투과 이미징 기반 세라믹 소재 3종의 내부 기공 분포 정량화 - 방사광 X-선 회절 분광 기반 자성 분말 소재 상전이 거동 측정 조건 최적화 - 백색광 X-선 리소그래피 기반 고종횡비 고분자 마이크로 패턴 제작 공정 최적화 - 백생광 X-선 투과 이미징 기반 다층적층금속소재 3종의 3차원 내부구조 가시화 가능성 평가 - 방사광 기반 실험 및 데이터 분석 관련 교육 실시 (출처 : 요약문 4p)

• 연구책임자 : 박이호
• 주관연구기관 : 한국재료연구원
• 발행년도 : 20221100
• Keyword : 1. 방사광;X-선 이미징;소각 X-선 산란;X-선 회절 이미징;고분해능 분말 회절;X-선 리소그래피; 2. Synchrotron radiation;X-ray imaging;Diffraction computed tomography;Small angle X-ray scattering;High resolution powder diffraction;X-ray lithography;

□ 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;

□ 연구개요 뇌종양 환자의 방사선 치료후 만성적으로 나타나는 방사선 신경손상(학습인지능력장애 등)에 대한 치료법 개발 기초연구의 일환으로 방사선에 의한 신경세포 손상 제어를 위한 생물학적 표적자로서 대사성 글루탐산수용체(mGluR1)의 유용성을 검증하고자 하였음 □ 연구 목표대비 연구결과 ○ in vitro에서 mGluR1와 방사선 신경손상과의 연관성 분석 - 신경세포의 방사선 손상과정에서 다양한 퇴행성 뇌질환과 연관된 것으로 보고된 대사성 글루탐산 수용체(metabotropic glutamate receptors, mGluRs)의 발현이 증가하는 것을 관찰함으로써, mGluRs의 발현증가와 신경세포의 방사선 손상이 연관될 수 있음을 확인하였음 - 방사선조사에 의해 미분화신경세포가 과다한 신경세포로의 분화가 유발됨을 확인하였고 mGluRs 중에서 mGluR1을 억제한 경우에만 이러한 과다 신경세포 분화 현상이 감소됨을 확인하여 mGluR1이 방사선에 의한 과다 신경세포 분화에서 중요한 역할을 함을 검증하였음 ○ in vitro에서 방사선에 의한 신경염증과 mGluR1의 연관성 분석 - 방사선 조사로 염증반응이 유발된 소교세포 배양액을 신경줄기세포주 배양시 첨가하였을 때, 신경줄기세포의 생존율의 감소와 과다 신경세포로의 분화 등 신경줄기세포에 방사선을 직접 조사했을 때와 유사한 손상이 관찰되었음 - 이로부터 방사선에 의한 신경줄기세포 손상 과정에서 방사선에 의한 직접적인 신경줄기세포 손상뿐 아니라 소교세포의 염증반응에 의한 간접적인 손상도 중요한 역할을 함을 제시하였음 ○ mGluR1 활성조절에 의한 방사선 신경세포 손상 조절 분석 - 신경줄기세포에 mGluR1 수용체에 대한 억제제가 방사선에 의해 유도되는 신경세포 과다 분화 등 신경세포 손상을 억제함을 확인하였음. - 두경부 방사선조사 마우스에서 mGluR1 억제제 투여시 일부 인지학습 관련 행동학적 지표에서 방사선 조사에 의한 행동변화가 감소됨을 확인함 - 이로부터 mGluR1 조절을 통해 방사선에 의한 신경손상과 행동장애를 조절할 수 있을 가능성을 제시하였음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 뇌종양에 대한 방사선 치료후 50% 이상의 환자에서 나타나는 학습인지기능 장애는 환자의 삶의 질을 하락시키는 원인이나 아직까지 효과적인 치료법이 없어 이를 극복할 수 있는 기술 개발이 절실히 요구되고 있음 ○ 방사선 신경세포 손상에 대한 새로운 생물학적 표적으로서 대사성 글루탐산 수용체를 발굴함으로써, 방사선 신경손상 저해제 발굴에 활용하여 뇌종양의 방사선치료시의 만성부작용으로 나타나는 학습인지능력 장애, 감정조절 장애 등을 예방/치료하고 또한 이와 유사한 메커니즘으로 유발되는 퇴행성 신경질환, 말초신경병증 및 할 수 있는 의약품 연구를 위한 개발위한 원천기술 구축이 가능할 것임 ○ 방사선 신경손상과 유사한 다양한 요인의 뇌질환/신경질환 치료기술 개발에 활용됨으로써 국민 보건증진에 기여 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정우희
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20220300
• Keyword : 1. 방사선치료;신경손상;대사성 글루탐산 수용체;신경분화;신경염증; 2. radiotherapy;neuronal injury;metabotropic glutamate receptor;neuronal differentiation;neuroinflammation;