□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구는 은편모조류의 핵 유전체 정보를 이용한 비교유전체 연구 및 phycobilisome 관련 유전자 발굴을 통한 홍조기원 세포내공생 진화 연구를 수행하는데 그 목적이 있다. 최종목표에 도달하기 위해 1) 다양한 색소를 갖는 은편모조류의 무균 배양체 확보, 2) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석, 3) 발현 유전체 분석, 및 4) Phycobilisome 등 색소 관련 유전자를 발굴한다. 분석된 자료를 종합하여, 핵 유전체 해독, 세포내공생 기원 유전자와 외부기원 유전자 이동 등 진화적 근거를 도출하여 은편모조류의 홍조기원 세포내공생 가설을 증명한다. ○ 전체 내용 은편모조류는 단세포성 편모조류로 해양과 담수에 서식한다. 대부분의 은편모조류는 광합성을 하며, 매우 다양한 색소를 갖는다. 색소체는 붉은색, 녹색, 갈색을 띄며, 각 분류군에 따른 뚜렷한 차이를 보인다. 진핵생물에서 다양한 색의 색소체를 갖는 분류군은 은편모조류가 유일하다. 은편모조류는 endosymbiont 기원의 색소체와 핵양체 (nucleomoph) 유전체와 host 기원의 미토콘드리아, 핵 유전체에 유전정보를 가지고 있다. 은편모조류는 홍조류로부터 색소체를 획득하여 2차 세포 내공생 과정으로 기원하였다고 알려져 있다. 특히, 색소체의 4중막 구조와 핵양체의 존재는 2차 내공생 과정으로 색소체를 획득하였다는 확실한 세포 형태학적 증거를 보여주고 있으며, 이들의 색소체 유전정보는 홍조류로부터 기원하였다는 증거를 보여준다. 은편모조류는 진화적으로 광합성 능력을 획득한 이후에 다양한 색소를 갖는 분류군으로 분화하였다. 본 연구는 “은편모조류의 핵 유전체 정보를 비교 분석하여 홍조기원 세포내공생에 의한 진화 과정을 증명하고 다양한 색소 관련 유전자 발굴”하기 위해 기획되었다. 은편모조류의 핵 유전체와 공여자인 홍조류의 유전체 비교분석 연구는 홍조기원 세포내공생설을 유전적으로 증명할 수 있을 것이다. 아울러, 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 핵 유전체 비교분석 연구는 색소체 획득 이후 은편모조류의 종분화와 진화적 패턴을 해석 할 수 있을 것이다. 또한 기존에 잘 알려지지 않은 새롭고 다양한 색소관련 유전자 발굴 가능성을 제시하고 있다. 최근 빠르게 발전하는 유전체 분석 기술과 생물학적 정보들의 활용 및 도입은 본 연구를 수행하기에 최적의 시기로 사료되며, 기 확보된 연구 자료의 활용과 선행연구 결과는 본 연구의 최종목표 도달 가능성을 보여주고 있다. 가설 1: 은편모조류 핵 유전체에 홍조기원 유전자가 EGT 과정을 통해 이동하여 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 은편모조류 핵 유전체와 단세포 홍조류 유전체 비교 분석 기대효과: 은편모조류의 기원과 색소체 획득 진화 과정-홍조기원 세포 내공생 증명 가설 2: 다양한 색소 조성을 갖는 은편모조류의 색소관련 유전자는 핵 유전체에 암호화 되어 있을 것이다. 방법 1: 다양한 색의 은편모조류 핵 유전체 비교 분석: 빨간색/녹색/갈색/무색 은편모조류 방법 2: 다양한 빛 조건 (red/yellow/green)에서 은편모조류의 색소 관련 발현 유전자 비교 분석 방법 3: 색소 관련 유전자, 빌린 유전자, phycobilisome 관련 유전자 탐색 기대효과: 색소체 획득 이후의 은편모조류의 각 다양한 색소조성 분류군으로 진화적 패턴 해석과 색소 관련 유전자 발굴 ○ 1단계 ● 연구 목표 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 ● 연구 내용 목표 1: 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 목표 2: 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모 3종 (Red/Green/Brown) 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 구축 ○ 2단계 ● 연구 목표 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 ● 연구 내용 목표 3: 색소 관련 빌린 유전자 발굴 - 색소 조성에 따른 발현 정도 DEG 분석 - 색소 관련 유전자 발굴 :phytochrome, carotenoids 관련 - 은편모조류 4종의 색소 관련 유전자 비교분석 목표 4: Phycobilisome 관련 유전자 발굴 - APC(Allophycocyanin), PE(Phycoerythrin), PC(Phycocyanin) 관련 유전자 발굴 - 홍조기원 Phycobilisome 관련 유전자를 통한 은편모류의 세포내공생 검증 목표 5: 비교 유전체 분석 및 홍조기원 세포내공생 검증 - 은편모조류의 핵으로 전이된 홍조기원 유전자 탐색 - 핵 유전체 자료를 이용한 홍조기원 생물의 계통 진화 추론 □ 연구성과 1) 은편모조류 4종의 전장 유전체 분석 - 기반 유전체 정보 확보 - 무균 배양주 확보, 대량 배양 (4L 이상) - 붉은색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 갈색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 녹색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 - 무색 은편모조류 1종 전장 유전체 분석 2) 은편모조류 4종의 발현 유전체 분석 - 파장에 따른 발현량 분석 - [빨간색/노랑색/녹색] 빛 조건에서 은편모조류 4종 배양 - 발현유전체 확보 - 기능 단백질 유전자 정보 수집 - SCI급 논문 출판 3편 (주저자), 2편 (공동저자) - 국내외 학술대회 발표 □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구는 세포내공생에 의한 생물의 기원과 진화를 이해하기위한 적합한 연구주제로 순수기초분야 뿐만 아니라, 보다 신뢰할 수 있는 유전자 정보 기반 확보 및 다양한 응용 연구를 위한 생물 소재 자료를 제공 할 수 있는 계기가 될 것이다. 1) 기술적 측면 ● 미세조류에 적합한 생물정보학 분석 기술의 확립과 인프라 구축 ● 유전체 분석, 유전자 발굴 기술 인프라 구축 2) 경제, 산업적 측면 ● 미세조류 유전자원 확보 ● 새로운 자원 발굴 및 미세조류 자원 활용을 통한 생명공학적 신산업군 창출 ● 다양한 색소 생산 생물 소재 제공 ● 다양한 환경에 적응관련 유전자 정보 활용 관련 산업 분야에 기초자료로 제공 3) 환경/생태적 측면 ● 적조생물 저감 제어를 위한 유전 정보 활용 ● 친환경 자원 활용산업 및 바이오그린 에너지용 모델 활용 4) 학술적 측면 ● 유전체 정보 기반 유전자 서비스 제공 및 확보 ● 생물 유전체 정보 수집 및 유전자 정보 축적 ● 광합성 진화 모델 생물 구축 및 광합성 생물 진화 연구분야 선점 ● 새로운 물질 발굴 및 물질 대사 과정 정보 제공 5) 다양한 생물 맞춤 유전체 분석 프로그램 개발 ● 기존에 국한된 모델 생물 또는 박테리아 자료에서 벗어난 새롭고 다양한 진핵생물 유전체 자료를 활용한 생물 맞춤 분석 방법 개발 6) 국제 연구 네트워크 형성 및 국제 협력 ● 미세조류 유전체연구와 유전자 정보 활용은 국내외에서 도입 단계에 있음. ● 국내외 네트워크를 통해 미세조류 유전체 연구 선점 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김종임
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 은편모조류;진화;세포내공생;비교유전체;계통유전체; 2. Cryptophytes;Evolution;Endosymbiosis;Comparative genomics;Phylogenomics;

□ 연구개요 중성자 과잉이나 양성자 과잉, 또는 찌그러진 핵등 특이한 성질을 가지는 핵을 포함하는 핵반응에 대한 모델을 연구하고 실험 결의 분석을 진행한다. 그 결과를 현재 사용하고 있는 초중핵 생성 핵반응 모델에 반영 및 그 모델의 개선을 목표로 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 중성자 과잉핵 뿐 아니라 양성자 과잉핵을 입사핵으로 하는 실험 결과들이 발표되기 시작함에 따라, 양성자 과잉핵인 17F+208 208Pb 탄성 산란 실험 결과를 확장된 광학 모형을 이용하여 분석을 시도하였다. 양성자 과잉핵의 경우는 중성자 과잉핵과 비교했을 때, 좀 더 높은 각도 다른 채널이 열리는 양상을 보여주었다. 그로 인해 상대적으로 작은 깨짐 반응을 가지게 되는데, 이는 약한 결합을 가지고 있는 핵임을 생각하면 특이한 결과라고 볼 수 있다. 아울러 실험적으로는 제시되지 않은 비탄선 산란반응의 크기에 대해서도 예측해 보았다. 2. 실험적으로 잘 알려진 이론 모형보다 더 큰 산란 단면적이 발표된 9Li+ 70Zn 에 대한 핵융합 반응에 대한 분석을 시도하였다. 이를 위해 실험에서 산출된 각 핵들의 밀도를 이용하여 겹침 포텐셜을 새롭게 구성하였고, 많이 사용하는 범용 포텐셜과 그 변화를 비교해보았다. 이 경우는 핵의 들뜸의 영향이 별로 크지 않기 때문에, 전이 반응을 포함한 결합 채널 방법으로의 해석을 시도하였다. 3. 특이핵의 경우는 약한 결합으로 인하여 쉽게 들뜨며, 또 깨어잔다는 것이 실험을 통해 잘 알려져 있다. 이러한 실험 분석 과정에서 쿨롱 쌍극자 강도 분포를 계산하기 위해서는 광자수 계산이 필수적인데, 이러한 광자수를 결정짓는 방법에 대해 고찰하고, 실험결과와 비교 하였다. 4. 2023년에 양성자 과잉핵인 17Ne을 포함하는 17Ne+208Pb의 탄성 산란과 깨짐 반응에 대한 실험 결과가 발표되었고, 그에 따라 확장된 광학 모형을 이용, 실험 결과에 대한 분석을 시도하였다. 확장된 광학 모형의 장점에 따라 탄성과 비탄성, 깨짐과 융합 반응에 대한 결과도 함께 얻을 수 있었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이번 연구를 통하여, 특이핵을 포함하는 경우에 대한 확장된 광학 모형을 이용한 분석 방법에 대한 개선과, 핵융합 반응의 해석 방법에 대한 확장을 가져올 수 있었다. 특히, 이 시기에 양성자 과잉 핵을 포함하는 핵융합 반응의 실험 결과 발표가 많이 이루어졌으며, 그 결과는 중성자 과잉 핵을 포함하는 핵반응의 결과와는 전혀 다른 결과였으므로 그 해석에 있어 의미가 있다고 볼 수 있다. 이를 위해, 밀도를 이용한 겹칩 포텐셜 구성, 편광 포텐셜을 이용한 포텐셜 모형의 확장, 비탄성 산란등의 다른 채널을 고려하기 위한 결합 채널 방법의 적용등 핵반응을 좀 더 잘 이해하기 위한 여러 방법들을 활용하는 기회가 되었다. 이를 이용하여 차후 RI 시설들에서 제공되는 여러 실험 결과들을 분석하는데 큰 도움이 될 것으로 생각된다. 아울러 같은 질량을 가지는 중성자 과잉핵과 양성자 과잉핵의 실험들이 앞으로 진행될 것으로 생각되는데, 그 결과는 이번 연구의 결과로 서로 큰 차이를 보일 것으로 예상된다. 이러한 질량수는 같으나 양성자 수가 다른 핵인 거울핵(mirror nuclei)에 대한 실험 결과의 해석 및 이해에도 도움을 줄 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최기석
• 주관연구기관 : 한국항공대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵융합 반응;특이핵;양성자 과잉핵;광학 모형;결합채널 방법; 2. fusion reaction;exotic nuclei;proton rich nuclei;optical model;coupled channel method;

◻ 연구개요 1. 환자맞춤형 방사선치료를 위한 딥러닝(인공지능) 기반 CT/CBCT (Cone-beam CT) 영상의 금속인공음영 제거 기술 개발 2. 개발된 금속인공음영 제거 기술을 적용한 CT 영상을 기반으로 방사선치료계획을 수립 및 분석을 통한 기술의 임상적 유효성 평가 3. 기술 이전을 통한 환자맞춤형 고품질 방사선치료계획 수립 기여 ◻ 연구 목표대비 연구결과 1. 딥러닝 모델 개발을 위한 데이터셋 구축 • 두경부암 환자의 CT 영상 데이터셋 구축 완료 • 딥러닝 모델 학습을 위한 금속인공음영 시뮬레이션 데이터 생성 완료 (총 92,806장) 2. CT/CBCT 금속인공음영제거를 위한 딥러닝 모델 개발 • 우수한 성능의 CT/CBCT 금속인공음영 제거 딥러닝 모델 학습 완료 • 개발된 금속인공음영 제거 모델의 정량적/정성적 성능 평가 완료 (여러 딥러닝 비교 모델들과의 성능 비교 및 검증 완료) 3. CT/CBCT 금속인공음영제거 모델의 타기관 검증 수행 • 개발된 모델의 타기관 데이터에서의 성능 검증을 위하여 TCIA (The Caner Imaging Archive) 로부터 외부 데이터셋을 획득 • TCIA 데이터에의 적용 및 평가를 통해 타기관 성능평가 수행 완료 4. CT/CBCT 금속인공음영제거 모델의 임상적 유효성 평가 • 서울대학교병원 방사선종양학과와의 협력을 통한 임상적 유효성 평가 진행 • 방사선치료계획 수립 및 방사선량 평가를 통해 임상적 유효성 평가 완료 ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1. 연구결과의 의미 및 중요성 • 본 과제를 통해 CT/CBCT 영상을 위한 우수한 성능의 인공지능 기반 금속인공음영 제거기술이 성공적으로 개발되었음 • 개발된 기술을 통해 환자맞춤형 방사선치료계획 수립 및 치료품질 향상에 기여할 수 있음 2. 연구 성과의 활용방안 및 활용 분야 • 본 과제를 통해 개발된 딥러닝 모델의 임상적 유효성이 확인되었기 때문에, 기술이전 등을 통한 실용화 가능 • 제품화된 방사선치료용 CT/CBCT 금속인공음영 제거 플랫폼을 도입할 경우, 방사선종양학과 의료진이 진단 및 치료를 위해 편리하게 사용할 수 있음 • 개발 예정 기술의 고도화 및 의료진의 수요 발굴을 통해 다양한 연구 주제로 후속연구가 진행될 수 있음 3. 기대효과 • 금속인공음영 제거로 인한 방사선치료계획 수립의 정밀도 향상을 통해 환자 맞춤형 방사선치료를 제공함으로써, 두경부암 환자의 부작용을 최소화하고 방사선 치료 효과 개선에 큰 도움을 줄 것으로 기대함 • 방사선의학과 딥러닝(인공지능) 분야를 접목하는 융합 연구 활성화에 기여하며, 두 분야를 아우르는 전문 인력 양성 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이지민
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 컴퓨터단층영상;금속인공음영제거;딥러닝;방사선치료; 2. Computed Tomography;Metal Artifact Reduction;Deep Learning;Radiation Treatment;

◻ 연구개요 노인성 황반변성(Age-related macular degeneration, AMD)은 50대 이상의 중장년층에게서 나타나는 실명 질환으로 약 70~80%의 AMD 환자가 건성 노인성 황반변성을 앓고 있으며, 발병 기전이 분명하지 않아 치료에 어려움이 있다. 망막과 맥락막 사이에 위치하여 시기능에 중요한 역할을 하는 망막 색소 상피 (Retinal pigment epithelium, RPE)의 변성과 손상이 건성 노인성 황반변성의 원인으로 알려져 있다. 본 연구에서는 CCN5가 망막 색소 상피의 변성을 억제하여 노인성 황반변성을 치료할 수 있는 치료제로서의 가능성과 CCN5의 작용기전을 규명하고자 한다. ◻ 연구 목표대비 연구결과 Adeno-associated virus (AAV), modified mRNA (ModRNA) 및 self-amplifying RNA (saRNA)를 매개로 한 CCN5 발현 확인: CCN5 유전자가 삽입된 AAV 또는 mod RNA를 설계 및 제작하였다. 망막과 망막 색소 상피에서 AAV2-CCN5의 발현을 IHC와 WB로 확인하였다. ModRNA-CCN5의 발현은 ICC와 WB를 통해 확인하였고, 24시간 만에 CCN5 발현이 유도됨을 확인하였다. RNA-seq & ChIP-seq: TGF-β에 의한 ARPE-19 세포의 상피-간엽 이행과 CCN5에 의한 간엽-상피 이행에 어떠한 유전자들이 관여하는지 규명하기 위하여 RNA-seq을 진행하였다. 섬유화에 관여한다고 알려진 유전자들이 TGF-β에 의한 ARPE-19 세포의 상피-간엽 이행에 관여한다는 사실을 확인하였다. 다음 단계로 CCN5가 이러한 상피-간엽 이행에 관여하는 유전자들의 발현 패턴에 미치는 영향을 확인하고 있다. 면역질 면역 침강법 (Chromatin Immuno-precipitation, ChIP)을 진행하기 위해 CCN5 또는 tag와 반응하는 항체를 선별하였고, 그 항체를 이용하여 침전된 chromatin에서 변화를 확인 중에 있다. 동물 모델에서의 AAV2-CCN5 치료 효과 검증 : Sodium iodate 주사로 망막에 손상을 유도하여 노인성 황반변성모델을 유도하였다. AAV2-CCN5를 주사한 그룹에서는 이러한 sodium iodate에 의한 손상이 발견되지 않았다. 망막 전위도 검사에서도 AAV2-CCN5를 통한 손상 방지를 확인하였다. 망막 기능검사에서도, AAV2-CCN5를 주사한 그룹의 경우, 망막의 기능이 대조군과 유사한 수준으로 유지되는 것을 확인하였다. 기능 저하의 작용기전을 확인하고자, sodium iodate에 의해 망막의 outer nuclear layer (ONL)에서 세포사멸이 일어남을 확인하였고 CCN5에 의해 이러한 세포사멸이 저해됨을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 AAV2-CCN5는 sodium iodate에 의한 망막 손상으로 인한 망막 기능 저하를 억제할 수 있음을 확인하였다. CCN5가 건성 노인성 황반 변성의 치료제가 될 가능성을 제시한다. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 현재 CCN5가 망막 색소 상피에서 어떠한 기전으로 간엽-상피 이행을 유도하는지 밝혀진 바가 없다. 본 연구를 통해 CCN5에 의한 간엽-상피 이행에 관여하는 유전자를 동정하고 그 유전자들이 CCN5에 의해 어떻게 변화하는지 밝혀낸다면 건성 노인성 황반 변성 뿐 아니라 망막 색소 상피 손상 및 변성으로 생기는 안질환을 치료하는데 있어 크게 기여할 것으로 기대한다. CCN5를 노인성 황반 변성 유전자 치료제로 개발하고자 하며, 이에 관한 특허는 국내 등록이 완료되었다. 국내 벤처 기업인 ㈜올리브바이오테라퓨틱스에 기술이전이 완료되어 임상 연구로 진행될 예정이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박우진
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 노인성 황반변성;유전자 치료제;망막 색소 상피;간엽-상피 이행; 2. CCN5;EMT;

◻ 연구개요 1) 연구 배경 - 암은 사망률 1위 질환이며, 암환자의 90%가 전이암으로 인해 사망함 - 전이암의 경우, 면역항암제와 방사선 병용 치료를 통해 생존율이 향상됨 - 그러나 면역계는 방사선에 매우 취약하므로, 면역 장기를 보호하기 위한 새로운 치료계획 전략이 필요함 2) 연구 목적 - 방사선 피폭시 혈액 선량을 계산하여 방사선 혈액 독성 사전에 예측 모델 개발 - 개발된 모델 고도화를 통해 병용 치료 예후를 환자맞춤형으로 극대화 ◻ 연구 목표대비 연구결과 1) 주요 연구 변경사항 - 기존 연구 목표였던 폐암에서 추가로 간암 및 골반 암 환자 데이터도 수집하여 혈액 선량 유효성 확인 - 기존 연구 방법이었던 딥러닝 및 머신러닝에서 추가로 수리 모델(Markov-chain 및 Voxel-based analysis) 등을 추가하여 해석력을 증대하였음 2) 주요 연구 결과 - 3차원 선량 분포 – 방사선 혈액 독성 사이에 유의미한 영역 도출. Voxel-based analysis을 방사선 분포 분석에 적용. 간암(n=66) 환자군에서 간 상부 분절 (2,7,8)이 하부 분절 (5,6) 보다 중증 림프구 감소증과 높은 연관성을 보임. 골반암(n=122) 환자군에서 엉치뼈와 양쪽 넙다리뼈에서 중증 림프구 감소증과 높은 연관성을 보임. - 확률적 혈액 선량 모델 (HEDOS) - 방사선 혈액 독성 사이에 유의미한 상관 관계. Markov-chain 기반 혈액 선량 모델 구축. 간암(n=66) 환자군에서 로지스틱 모델기반 예측 모델 수립. - 결정론적 혈액 선량 모델 (EDIC) - 방사선 혈액 독성 사이에 유의미한 상관 관계. Equation 기반 혈액 선량 모델 구축. 폐암(n=260) 환자군에서 혈액 선량이 odds ratio 3.31로 높은 상관 관계를 보임. - 위 선량들 – 생존율 및 암 재발율 사이에 상관 관계 도출. 폐암(n=260) 환자군에서 혈액 선량이 2.7 Gy 보다 낮으면 암환자 생존율이 10개월 이상 길어짐. - 머신러닝 모델을 통한 암 환자맞춤형 치료후 생존율 예측. Random survival forest 및 Support vector machine 등 예측력 비교. 뇌종양(n=467) 환자군에서 머신러닝 모델을 사용하면 예측력 70%이상 효율로 환자군 선택이 용이해짐. 폐암(n=79) 환자군에서 전이암을 많이 조사할수록 생존율이 8개월 이상 길어짐. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 활용 계획 - 개발된 예측 모델을 임상에 적용하여 환자맞춤형 방사선 치료계획 수립 - 면역항암제와 방사선 병용 치료시 최적의 방사선 조사 계획 설계 - 다양한 암종 및 전이암 환자를 대상으로 한 대규모 임상 연구수행 2) 기대효과 - 면역항암제와 방사선 병용 치료 효과를 극대화하여 전이암 환자 생존율 향상 - 방사선 피폭에 의한 면역 장기 손상을 최소화하여 환자 삶의 질 개선 - 환자맞춤형 치료계획 수립을 통해 불필요한 방사선 조사 줄이고 효율성 증대 - 면역항암제 및 방사선 병용 치료 새로운 가이드라인 제시 및 치료 패러다임 변화 - 국내 의료기술의 선진화 및 경쟁력 강화 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 성원모
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 치료;면역항암제;혈액 독성;머신러닝;수리 모델; 2. radiation therapy;immunotherapy;blood toxicity;machine learning;mathematical model;

□ 연구개요 선행적 재활치료를 통해 방사선 치료 후 발생하는 림프부종을 감소시키고, 치료 후 발생한 림프부종 증상완화를 통해 유방암 환자의 삶의 질을 높이며, 더불어 유방암 치료 후 발생하는 수술흉터 구축, 유착성 관절낭염, 근위축, 피로도 증가 같은 근골격계 합병증 또한 예방하여, 최종적으로 기존의 유방암 환자 방사선 치료요법과 함께 시행할 수 있는 병용 재활치료 프로토콜을 정립하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 1. 방사선-재활치료 프로토콜 확립 - 유방암 방사선 치료 후 림프순환 마사지 및 운동프로그램 설립 - 4주간의 단계적 재활운동 프로그램 정립 2. 방사선-재활치료 연구 진행 - 사전 검사(부종, 어깨관절 운동범위 평가) 진행 - 연구 전, 후 림프신티그래피 진행 - 림프부종 예방 재활치료 시행(도수림프배출법 및 근골격계 회복운동) - 삶의 질 및 피로도 설문 진행 3. 환자군 모집 - 총 31명의 환자 등록, 6명 환자 중도탈락, 최종 25명 환자가 최종 등록됨. 4. 연구 현황 및 관련 논문 - 최초의 편측의 유방암 수술 후 방사선 치료가 예정된 환자 중 연구를 희망하는 환자를 대상으로 연구를 진행함으로써, 환자 모집에 있어 시간이 많이 소요되는 점 감안하여 연구 3년차 종료시점까지 환자군 모집을 진행하였음 - 3년차 종료시점까지 모집된 환자 31명의 데이터를 분석 및 논문 초안 작성 중에 있으며, 1년 이내에 논문으로 출판할 예정임. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 유방암 환자에게 방사선 치료와 병행하여 선행적 림프부종 재활치료를 적용함으로써, 림프부종의 발생률을 감소 또는 완화시키고 동반되는 많은 근골격계 후유증들을 조기에 억제 및 예방하여 유방암 환자들의 삶의 질을 크게 향상시키며, 지속적인 유방암 치료 진행에 있어 치료 순응도를 높일 수 있을 것임. 재활의학과, 방사선종양학과 및 핵의학과 등 유방암 치료의 다학제적 연계를 통해 환자에게 보다 효율적인 의료서비스를 제공하고, 의료만족도와 삶의 질의 높은 향상을 가져올 수 있을 것임. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 도환권
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 림프부종;유방암;재활;방사선치료;회복운동; 2. Lymphedema;Breast cancer;rehabilitation;Radiation therapy;Remedial exercise;

◻ 연구개요 환자의 호흡에 의한 체표면의 변화에 따른 움직임에 대한 평가를 위한 작업으로 1차년도에는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하고 2차년에도는 개발된 팬텀을 기반으로 TOF 센서 카메라를 사용하여 호흡패턴을 얻어내었고 팬톰을 통한 단층영상(CT) 촬영 데이터를 가지고 체표면 추적 방사선 치료장치의 인공지능 학습 구현을 하는 작업을 수행했다. 3차년도에는 실제 환자의 호흡패턴을 포함하는 4차원 환자 데이터를 기반으로 체표면 추적 인공지능 학습 평가를 수행하였다. ◻ 연구 목표대비 연구결과 1차년도의 목표는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하는 작업이였고 이에 대해 CAD도면 작업을 통해 3D 프린팅 작업을 이용하여 모션 팬텀개발을 하였다. 2차년도에는 TOF 센서 카메라를 이용해 1차년도에 구현한 체표면 팬텀을 사용하여 호흡패턴 데이터를 얻고 단층촬영을 통한 아크릴로 제작된 종양부위의 움직임과 체표면 모사에서 얻어진 호흡 패턴과 기존의 상용화되어있는 적외선 마커를 이용하여 호흡패턴의 추이를 비교하였다.모션팬톰의 CT데이터를 가지고 인공지능(딥러닝)학습을 통해 호흡에 기반한 4차원 CT영상을 학습시켰다. 3차년도에는 실제 환자의 4차원 CT자료를 인공지능학습을 시켰다. 호흡패턴에 따른 위상에 변화와 이에 따른 CT영상을 예상을 구현하였다. 몬테카를로를 사용한 CT영상 구현에는 1차년도 이내에 작업이 가능한 범위를 넘어서는 작업으로 3차년도 연구에 적용하기는 어려움이 있었다. 시간에 따른 콘빔단층촬영(CBCT)를 사용한 영상을 각 시간 10개의 프레임으로 구성해 이를 기반으로 CBCT 합성 영상에 대한 구현으로 대체하였다. 1차년도의 경우 체표면 모션 팬텀 구성에 대한 목표 달성을 이루었고 2차년도에는 개발된 체표면 팬텀을 가지고 호흡패턴을 얻고 팬텀의 영상을 통한 인공지능학습을 구현하였다. 다만 너무 규칙적인 면이 있어서 실제 인공지능 학습에 대한 결과값이 예상치와 동일한 부분은 추후에 수정해야 될 부분이 있을 것을 생각된다. 3차년도의 경우 실제 환자의 호흡자료와 CT영상 자료를 통해 인공지능학습이 수행되었고 학습에 대한 결과가 상대적으로 부족한 영상자료의 영향으로 학습에 대한 정확도에 대한 개선이 필요할 것으로 보인다. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 정확한 환자 치료를 위한 영상 촬영 시 추가적으로 조사되는 방사선의 위험이 없이도 환자 체표면 추적기술을 이용해 환자 맞춤형 치료가 외국에서는 널리 활성화되고 있는 상황이다. 기존 시장에 큰 점유률을 가지고 있는 글로벌 기업에 대해 팬톰 개발은 체표면 추적기술의 요소 기술로서 상용화가 가능해서 시장 진입이 용이하게 할 수 있고 국내의 높은 IT기술을 기반으로 추후 보다 진보된 체표면 추적 시스템을 독자적으로 구축할 수 있는 발판이 될 수 있다고 본다. 특히 인공지능 및 TOF 센서 기술 을 활용하여 기존의 글로벌 기업에서 아직 점유하지 못한 기술에 대한 상대적인 우위를 가질 수 있을 것으로 생각되어진다. 방사선치료와 관련한 의료산업 분야의 수입대체 효과와 기술 고부가가치화, 의료기술 국제 경쟁력 강화 등을 기대할 수 있고, 병원 및 의료산업 분야의 활성화에 따른 인력양성과 고용의 증가도 기대할 수 있을 것으로 여겨진다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박소아
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체표면 추적;팬텀;인공지능;호흡패턴;비행시간; 2. Surface guided;Phantom;Artificial Intelligence;Respiration Pattern;Time of Flight;

□ 연구개요 만성 염증성 질환인 류마티스 관절염은 장기적인 치료가 필요하며, 고가 치료약제의 사용이 증가하고 있어 질병 부담금이 높은 대표적인 질환입니다. 또한, 해당 질병에서 주로 사용되는 생물학적 제제의 사용은 부작용으로 감염의 위험성을 증가 시킬 수 있어 류마티스 관절염의 새로운 치료 전략의 개발이 필요합니다. 본 연구에서는 류마티스 관절염에서 저선량방사선의 항염증효과를 확인하고, 그 기전을 규명하며, 적정 선량, 분획, 최적의 치료시기를 제시하여 류마티스 관절염에서 새로운 치료 방법으로서의 가능성을 타진하고자 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 Collagen-induced arthritis mouse에서 항염증효과를 보이는 저선량방사선의 적정선량, 분획, 최적의 치료시기를 결정하기 위해 반복 실험을 진행하였고, 그 결과 류마티스 관절염 증상이 발현된 후 총 2 Gy의 방사선량을 4 분획에 걸쳐 조사하는 것이 항염증효과를 가장 크게 보인다는 것을 알게 되었습니다. 한 mouse model에 국한하지 않고 위와 같은 실험을 K/BxN mouse에서 반복하였고 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서도 같은 결과를 확인하였습니다. 그 기전을 알아보기 위한 실험들에서 저선량방사선은 류마티스 관절염 mice에서 lymphocytes의 activation, proliferation, differentiation, lnflammatory cytokine secretion에는 영향을 주지 않고 국소적인 lymphocyte apoptosis를 증가시키며 immune cell 수를 감소시켰습니다. 그리고 연골 파괴 정도를 감소시켰습니다. 기존 연구 목표에서 적정 저선량방사선 조사 방법의 확립과 항염증효과 기전 규명은 진행되었고, 목표했었던 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선 결합치료에 대한 시너지 효과 검증은 추가 실험을 계획하고 있습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 다양한 mouse model 및 류마티스 관절염 환자에게서 얻은 세포에서 저선량방사선이 안전하게 국소적인 항염증효과를 보인다는 것을 확인하였고, 그 적정 치료시기, 선량 및 분획을 확인하였기에 추가적인 임상시험 이후, 환자 적용을 고려해 볼 수 있습니다. 기존 류마티스 관절염 약제와 저선량방사선의 결합치료에 대한 추가 실험을 통해 기존 류마티스 관절염 치료의 효과를 증대시키며 부작용을 감소시키는 치료 전략을 구상해 볼 수 있습니다. 저선량방사선의 항염증효과를 확인했기에, 다른 염증성 질환에서도 해당 치료적용을 확대해 연구할 수 있습니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최훈식
• 주관연구기관 : 경상대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;류마티스관절염;항염증효과;세포자연사; 2. low-dose radiation;rheumatoid arthritis;anti-inflammatory effect;apoptosis;

□ 연구개요 우주탐사선 및 인공위성 전력시스템에서의 핵심부품인 전력반도체는 우주환경에서의 강건함을 보장하기 위해서 매우 높은 수준의 내방사선 신뢰성이 요구된다. 특히, 전력반도체는 우주환경에서의 발전, 에너지 저장, 전력 분산, 전력 제어 및 시스템 보호 역할을 하기 때문에 전력반도체의 우수한 내방사선 특성을 확보하고 수명을 정확히 예측하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 내방사선 특성이 우수한 SiC MOSFET을 활용하여 우주급 내방사선 검사와 함께 전기적특성의 열화현상을 모델링하고 신뢰성을 개선하기 위한 소자 구조 및 공정에 대한 연구를 수행하고자 한다. TCAD 시뮬레이션에서 우주환경을 전산 모사하여 SiC MOSFET의 TID (Total ionizing dose), SEE (Single event effects) 및 DDD (Displacement Damage Dose)를 분석하고 전기적 특성 열화 메커니즘을 해석한다. 또한, 실제 양성자 및 중이온 가속기를 활용하여 SiC MOSFET 개별소자에 조사하고 개발된 수명예측 모델을 검증 및 보완한다. 최종적으로는 규명된 열화 메커니즘을 완화할 수 있는 SiC MOSFET의 구조 및 공정을 연구·개발하는 것이 목표이다. □ 연구 목표대비 연구결과 실제 SiC MOSFET 소자에 감마선 및 양성자 등의 방사선을 조사하여, 전기적 특성을 측정하고 특성 변화에 관한 열화 메커니즘을 규명하였다. 실제 실험 결과를 TCAD 시뮬레이션에 대입하여 감마선 조사 전산 모사를 완료하였다. 감마선 조사 후 MOS capacitor를 통해 산화막 특성을 추출한 결과, ε_ox의 감소를 통해서 감마선 조사에 의한 물질의 결합구조 변화를 확인하였다. 감마선 조사 도즈에 따라 QF가 증가하는 것으로 총 이온화 선량 효과의 발생을 검증하였다. 또한, 감마선과 양성자를 조사하였을 때, BV가 6 % 정도 감소하였다. 이는 감마선 조사 영향으로 인해 Edge Termination에 위치한 두꺼운 field 산화막 내부 고정 전하량이 증가해 공핍 영역 의 곡률이 감소하게 되어 이 영역에 전계가 집중되면서 항복특성이 열화 된다. 이를 검증하기 위해 TCAD 시뮬레이션을 이용하여 SZ-JTE 구조 의 edge termination에 실험을 통해 추출한 산화막 내부 고정전하 값을 대입하였고, 전계 분포 분석으로 열화 메커니즘을 검증하였다. 아울러, 실제 우주환경과 유사하게 켜진 상태의 방사선 조사 영향을 분석하기 위해서 감마선 환경에서 SiC MOSFET에 인가된 게이트 바이어스에 따른 영향을 분석하고, 전기적 특성 측정 및 TCAD 시뮬레이션을 수행하여 열화 메커니즘을 검증했다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 전력반도체 감마선 및 양성자 조사 영향에 대한 분석과 내방사선 설계 및 검증 연구는 국내에서는 활발하게 진행되지 않은 부분이기 때문에 우주급 전력반도체 연구 활성화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 이러한 연구결과는 향후 고신뢰성 전기자동차용 전력 반도체의 개발에도 적용 가능하여 활용분야가 확대될 것이라고 예상된다. 향후 위 연구결과를 기반으로 내방사선 SiC 전력반도체의 설계 및 공정에 대해서 후속 연구를 진행하고자 한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 석오균
• 주관연구기관 : 국립금오공과대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전력반도체;감마선;양성자;방사선;총 이온화 선량 효과; 2. Power Device;Gamma-Ray;Proton;Radiation;TID Effect (Total Ionizing Dose Effect);

□ 연구개요 • 체외충격파치료를 이용하여 피부섬유화에 주로 관여하는 근섬유모세포에 기계적 변환을 일으켜 방사선 조사에 의한 피부 섬유화로의 진행을 차단시키고, 섬유화된 피부를 가역적으로 회복시키려고 함. • 방사선 피부섬유화 동물모델을 이용해 체외충격파를 효과적으로 전달하여 실제 임상에서 적용될 수 있는 프로토콜을 제안하려고 함. □ 연구 목표대비 연구결과 A. 체외충격파치료에 의해 발생하는 기계적 변환이 방사선 손상 섬유모세포에 끼치는 영향에 대한 연구 • 방사선 20 Gy의 single dose 로 2 Gy/min의 rate로 조사한 뒤 4Hz의 frequency, 0.1mJ/mm²의 energy flux density, 1000 impulses/cm2로 체외충격파치료를 cell에 시행함 = 체외충격파 세포모델을 정립함. • cell proliferation test = 체외충격파의 다양한 세기에서 세포독성이 없는 것을 확인하였고, 방사선 조사 후 체외충격파 치료에 의해 proliferation이 유의하게 증가한 것을 확인함 • wound healing assay = 방사선 조사 후 체외충격파 치료에 의해 세포의 이동성이 유의하게 증가한 것이 확인됨 B. 체외충격파치료가 방사선 피부 섬유화에 관여하는 세포신호전달체계에 주는 영향을 밝히기 위한 연구 • 방사선 손상 섬유모세포에서 TGF-beta/Smad pathway 인자들에 대한 qPCR과 westen blot = 방사선 피부섬유화에 관여하는 성장인자인 TGF-beta의 억제를 확인할 수 있었으나, TGF-beta/Smad 세포신호전달체계의 간섭효과는 확인할 수 없었음. 고찰상 체외충격파 세기에 따라 Smad-independent pathway를 따를 수 있음을 확인함. • 방사선 동물모델에서 TGF-beta/Smad pathway 인자들에 대한 protein assay = Smad3의 phosphorylation 억제를 통해 방사선 피부섬유화에 관여하는 성장인자인 TGF-beta의 억제를 확인할 수 있었음. C. 방사선 피부 섬유화 모델을 이용하여 체외충격파치료를 방사선 피부손상 치료에 실제 임상에서 적용할 수 있는 프로토콜 개발에 대한 연구 • 방사선 피부섬유화 동물모델 = 방사선 조사 후 mouse back skin에서 fibrosis가 감소하는 것을 M-T stain을 통해 확인. • 면역조직화학검사 = TGF-beta와 myofibroblast의 감소를 조직에서 확인할 수 있었고, 형광 염색을 통해 성숙혈관의 증가에 의한 치유촉진 원리를 이해할 수 있었음. ※ 상기결과들을 취합하여 국제학술대회 발표1회와 논문 투고 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 종양 환자의 방사선 항암 치료 후 체외충격파 치료를 통해 방사선 손상시 가장 흔하게 발생하는 피부 손상을 줄일 수 있어 방사선 치료에 대한 환자 순응도를 매우 높일 수 있을 것임. • 방사선 치료시 발생할 수 있는 피부 손상을 줄임에 의해 치료가 지연되어 생길 수 있는 방사선 치료의 결과나 환자의 삶의 질의 변화를 최소화할 것임. • 방사선 조사 피부 부위의 발암 가능성과 상처치유에 대한 문제점이 사라질 것이고, 이를 치료하는데 드는 많은 비용을 줄일 것임. • 체외충격파치료는 현재 여러 의료분야에서 널리 사용되고 있고, 그 부작용이 미비하여 손쉽게 임상에서 적용할 수 있음. • 연구가 성공적으로 진행되었고, 실제로 임상에서 적용할 수 있는 프로토콜로 연구를 진행하였기 때문에 다른 시행착오 없이 손쉽게 임상에서 적용할 수 있을 것으로 사료됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박상우
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선 피부섬유화;체외충격파치료;기계적 변환;근섬유모세포; 2. Radiation-skin fibrosis;Extracorporeal shock wave therapy;Mechanotransduction;Myofibroblast;