□ 연구개요 세기조절방사선치료(IMRT)는 종양에 근접한 정밀 치료로, 치료 효과를 높이고 정상 조직의 손상을 줄인다. 환자별 품질 관리(QA)의 정확성이 중요하며, 현재 감마 분석 방법은 선량 분포 오류 감지에 한계가 있다. 이에 따라, IMRT 치료의 안전성과 정확성을 높이기 위해 오류를 정밀하게 감지할 수 있는 환자별 오류분석·예측 연구의 필요성이 대두되었다. 본 연구는 IMRT의 기계적 오류를 분석하고 예측하는 모델을 개발 및 최적화했다. 연구는 인체 모사 팬텀을 이용한 시뮬레이션, 환자 데이터를 바탕으로 한 오류 패턴 분석, 그리고 다양한 치료기와 프로토콜에 적용하여 모델의 유효성 및 실용성 평가로 진행되었다. □ 연구 목표대비 연구결과 세기조절방사선치료(IMRT)의 효과적인 환자별 정도 관리(Quality Assurance, QA)를 위한 오류분석 및 예측 모델 개발에 초점을 맞추었다. IMRT는 정밀한 치료 기술로서 종양에 대한 치료 효과를 극대화하고 정상 조직의 피폭을 최소화한다. 이러한 치료법의 복잡성으로 인해, 환자별 QA의 정확성이 중요해지고 있으며, 기존의 감마분석 방법으로는 선량 분포의 오류 감지와 임상적 영향의 반영에 한계가 있다. 이를 해결하기 위해, 본 연구에서는 1차년도에 환자모사 팬텀을 사용하여 치료기의 기계적 오류를 시뮬레이션하고 오류 패턴을 분석하였다. 이를 바탕으로, 2년차에는 실제 환자 데이터에 대한 오류 시뮬레이션을 진행하고 분석하여 기계적 오류와 Organs at Risk (OAR)의 Dose-Volume Histogram (DVH) 변수 간의 상관관계를 규명했다. 이러한 분석을 통해, 감마라디오믹스와 SSIM 결과를 기반으로 머신러닝 기술을 적용한 IMRT 환자별 정도관리 오류분석·예측모델을 개발하였다.3년차에는 개발된 모델의 최적화를 실시하고, 다양한 치료기와 치료 프로토콜에 모델을 적용하여 그 유효성 및 실용성에 대해 평가하였다. 이 과정에서 모델의 임상적 효과를 검증하여, 실제 치료 환경에서의 적용 가능성을 확인했다. 연구 결과, 본 연구가 개발한 IMRT 오류분석·예측모델은 기존의 감마분석 방법이 가지고 있는 한계를 극복하고, IMRT 치료 과정에서 발생할 수 있는 기계적 오류를 보다 민감하게 감지하고 예측할 수 있는 능력을 보였다. 이로 인해 환자별 QA의 정확성이 향상되어, 환자의 안전과 치료 효과를 동시에 높일 수 있는 기반이 마련되었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 개발된 IMRT 오류분석·예측모델은 방사선 치료의 정밀성을 획기적으로 향상시키고, 환자별 정도관리(QA)의 불확도를 줄임으로써 임상적 영향을 정확하게 판단할 수 있는 새로운 기준을 마련할 것입니다. 이는 환자의 안전과 치료효과를 동시에 높이는 데 결정적인 역할을 하며, 머신러닝 기술을 이용한 예측 모델은 임상 결정에 중요한 정보를 제공하게 될 것입니다. 또한, 양성자 치료와 중입자치료 등의 다양한 방사선 치료 방식에 모델을 적용함으로써, 방사선 치료의 개인화와 정밀도를 더욱 실현할 수 있습니다. 이와 함께, 본 연구성과는 국내외 기관과의 협력을 통한 환자별 정도 관리 시스템 구축과 방사선 치료 품질 관리 프로그램의 상품화로 이어질 것이며, 방사선 치료뿐만 아니라 다른 의료 분야에서도 중요한 기초 자료로 활용될 가능성을 내포하고 있습니다. 이러한 연구성과는 향후 방사선 치료의 안전성과 효과를 극대화하고, 의료 서비스의 질을 한 단계 높이는데 크게 기여할 것으로 기대됩니다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 신희순
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세기조절방사선치료;환자별정도관리;라디오믹스;머신러닝;구조적 유사성 지수; 2. Intensity-Modulated Radiation Therapy;Patient-Specific Quality Assurance;Radiomics;Machine Learning;Structural SIMilarity(SSIM) Index;

□ 연구개요 본 제안은 병원 내부 시설에서 스티로폼 절단과 중금속 합금(납, 비스무스, 카드뮴 등)을 녹여 제작하는 기존 방사선치료용 차폐 블록(shielding block) 제작 방법의 문제점을 개선하기 위해, 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 절차를 정립하는 연구를 수행하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 가능성을 평가하는 연구 수행. 아래와 같은 세부 연구 내용을 목표로 함. 1. 재사용 가능한 방사선 빔 차폐 블록 제작용 금속 FDM(fused deposition modeling) 3D 프린팅 물질 개발 연구 -전자선 빔 몬테칼로(Monte Carlo, MCNP 코드 이용) 전산 모사를 통해 재사용 가능한 새로운 방사선 차폐용 금속 FDM 3D 프린팅 물질 발굴: 적합한 금속 파우더 2 종류와 고분자 바인더(결합제, 가소제, 윤활제로 구성) 조성비 도출. -시험용 시편 제작 및 방사선 선량 측정/평가를 통한 최종 후보 물질 선정. -분쇄, debinding, sintering을 통한 차폐 블록 재사용 방법 고안 및 바운딩 재료 변경을 통한 재사용 횟수 증대 연구 수행. 2. 3D 프린팅을 위한 전자선 빔 차폐 블록 자동 설계 프로그램 개발 연구 -방사선치료계획 정보 해석을 통해 치료기(Varian사 선형가속기 기준)에 장착 가능한 차폐 블록 설계 및 3D프린터로 출력 가능한 파일(STL) 변환 프로그램 연구. 3. 3D 프린팅을 이용한 친환경 전자선 빔 차폐 블록 제작 시스템의 임상 적용 연구 -유방 암 및 두경부 체표 종양 환자의 전자선 빔 치료용 차폐 블록 제작 및 임상 적용 가능성 평가, 임상 적용 절차서 개발 연구. 위 게획한 목표를 모두 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 과학/기술적 효과: 본 연구는 관련 분야 최초의 연구로 방사선치료뿐만 아니라 영상의학, 핵의학을 포함한 의료기기용 차폐체, 차폐 시설 제작 등에 적용 가능한 원천 기술로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 경제/산업적 효과: 기존 대비 약 1/8의 면적과 1/10의 저비용으로 친환경 제조 공정 구축이 가능하여 방사선 관련 의료 장비 산업 분야 파급효과가 매우 큰 새로운 산업 모델로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 사회적 효과: 친환경 제조 공정으로 작업 공간 내 중금속 오염 위험 감소, 작업자 안전 향상, 폐기물 재활용 등 친환경 제작 공정 구축에 크게 기여할 것으로 생각됨: 병원내 공작실 대체. ○ 임상적 효과: 전자선 빔 치료뿐만 아니라 양성자 및 X-선, 근접방사선치료 등에서 방사선 빔 조형 및 특수 방사선 치료용 차폐체 제작 정확도를 향상하고 제작 환경 개선에 크게 기여할 것으로 생각됨. 특히 환자 맞춤형 차폐체 제작에 적극 활용될 것으로 생각됨. ○ 연구를 통해 관련 제반 지식을 정립했으며 기술적 한계를 극복하여 새로운 제작 기술 개발에 성공함. 본 연구 결과를 근거로 기업과 공동으로 산업화 과제 도출 및 새로운 의료 기기 제조 모델 구축 연구로 확장하고자 함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 주상규
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 삼차원 프린팅;방사선 차폐 블록;재사용 금속 3D프린팅 물질;방사선치료; 2. 3D printing;radiation shielding block;reusable metal 3D printing material;radiation therapy;

□ 연구개요 본 연구는 방사선 유도 종양엑소좀을 암치료제로 개발하기 위한 가능성을 연구하는 기반 연구로, 방사선 유도 종양엑소좀에 의한 종양의 성장변화를 확인하고, 정량/정성적 분석을 통해 유의미한 인자를 발굴하고자 하였음. 총 3년으로 계획되었고, 1차년도에는 다양한 종양 세포주를 이용한 동물모델에서 방사선 유도 종양엑소좀의 분리법을 최적화하였음. 2차년도에는 분리된 종양엑소좀에 대해 질량분석법과 바이오인포매틱스 분석을 통해 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 내 특이적 단백질들을 프로파일링하였음. 3차년도에는 방사선 유도 종양 엑소좀의 항암활성 기능을 마우스 종양 내 주입 후 성장 억제를 통해 확인하였고, 유세포분석 기반 면역세포 프로파일링을 통해 방사선 유도 종양 엑소좀이 T세포 활성화를 유도하고 특히 항 PD-L1 요법과의 병용 효과를 함께 확인하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도 목표: 방사선 유도 종양엑소좀의 분리 및 정량 분석 - 4T1 마우스 유방암 세포주를 대상으로 in vitro 와 in vivo 조건에서 방사선 조사 후 유도되는 종양 엑소좀을 분리하였음 - 분리된 엑소좀에 대해 나노입자분석을 시행하고 정량화 하였음 2) 2차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 종양 억제 기전 발굴 - In vitro 와 in vivo 조건에서 분리된 방사선 비유도/유도 종양 엑소좀에 대해 TMT 기반 proteomics 분석을 시행하였음 - 각 조건별 공통적/특이적 단백질 리스트를 확보함과 동시에 관련 pathway 분석을 완료하였음 3) 3차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 치료적 효용성 연구 - In vivo 종양 엑소좀의 생체 내 분포를 생물발광법으로 확인하였고, 분리된 수지 상세포에 처리 시 수지상세포의 활성도가 증가됨을 확인하였음 - 4T1 마우스 종양 모델을 수립하고 종양 내 주입시 방사선 유도 엑소좀이 비유도 엑소좀에 비해 종양 성장 억제 효과가 크다는 것을 확인하였음. - 항PD-L1 항체와 병용 시 방사선 치료군과 동일한 종양 억제 효과가 관찰되었음 - 유세포분석법과 효소면역측정법으로 평가한 결과 방사선 유도 종양 엑소좀은 종양내 세포 독성 T 세포의 활성도를 증가시켰고, 림프절에 수지상세포의 활성을 증가시켰으며 혈액 내 면역 증진 관련 사이토카인을 활성화시킴을 확인하였음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발 결과의 중요성 - 학문적/과학적 측면: 방사선 치료의 종양 억제 기전 및 엑소좀의 기여에 대한 의과학적 탐구 - 사회적/경제적 측면: 차세대 암치료제로 개발 가능성과 기술 선점 가능성 2) 연구 개발 성과의 활용 계획 및 기대 효과 - 본 연구에서는 in vitro 조건에서 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 대비 in vivo 조건에서 유도되는 엑소좀 내 발현되는 다양한 단백질들의 리스트를 확보하였음. - 방사선 유도 엑소좀의 항종양능이 일반 엑소좀에 비해 우수함을 확인하였음. - 방사선 유도 엑소좀은 향후 진단이나 치료 영역에서 활용 가능할 것으로 기대됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조원경
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 엑소좀;방사선 치료;암치료;단백체분석;항암면역; 2. Exosome;Radiation therapy;Cancer treatment;Proteomic analysis;immuno-oncology;

□ 연구개요 본 연구는 암의 재발과 전이에 영향을 미치는 암 줄기세포를 치료하고자, 암 줄기세포의 특성분석을 기반으로 신호전달 경로와 그에 따른 세포 형질전환 및 종양 악성화 기전을 밝히고자 함. 암 줄기세포를 제거하는 표적 항암제의 표적이 될 수 있는 표적단백질이면서, 암에서 일어나는 면역회피 혹은 면역저항의 특징을 억제시킬 수 있는 단백질을 찾아 암 치료의 효능을 높이고자 함. 면역세포들과의 분자세포학적 작용 기전을 규명하여, 다각적인 방법을 통하여 효과적으로 암을 치료 할 수 있는 기반을 제공하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 암 줄기세포 특성분석을 기반으로 특이적 과발현 유전자들을 선별하였으며, 선별된 유전자들에 의한 암의 악성화 조절기전을 밝혔음. 이 과정에서 선별된 유전자들은 여러 싸이토카인들과 관계가 있음을 확인하였고, 분비물질들에 의하여 면역세포의 활성화가 조절됨을 확인함. 선별된 특이적 과발현 유전자들은 BIRC5, CTNNAL1, KIF4A, MCM2, RanBP1, WDR34, MFG-E8, EMP3 임. 분비인자들의 경우, 각각의 과발현 유전자들과 묶어 BIRC5, KIF4A - PAI1, CTNNAL1, EMP3 - CCL2, MCM2, WDR34 - CXCL1, RanBP1 - IL18, MFG-E8 – IL8, 을 확인하였음. 각각의 특이적 과발현 유전자들의 발현 유무에 따른 T-세포에 미치는 영향을 확인하기 위하여 공동배양을 실시 하였으며, 그 결과 T-세포에 영향을 주는 유전자는 BIRC5, EMP3, MFG-E8 임을 확인하였음. 관련 내용으로 SCIE 논문 6편을 발표하였으며, 특허는 9개를 출원하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구개발을 통해 획득한 유전자들의 경우 새로운 치료 표적으로 충분한 가능성을 확인한 바, 다양한 형태의 신규 약물후보물질의 표적으로 사용 가능 함. 또한, 다양한 분비인자들 또한 신규 약물후보물질의 표적으로 사용 가능 함. 선별된 표적 중 면역세포의 활성화에 관여하는 표적물질들은 일반적인 표적치료제의 역할 뿐 아니라 면역치료제로 사용가능 할 것으로 판단되며, 추가적인 연구의 밑바탕이 될 것으로 판단됨. 획득한 유전자들의 경우 방사선 저항능력이 있는 악성암의 방사선민감도를 증진시켜 방사선조사시 세포사멸을 유도하였음. 이에, 신규 약물로 개발시 방사선민감제의 역할도 가능할 것으로 사료됨. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김래권
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 암줄기세포;신규표적;표적치료제;면역치료제;방사선민감제; 2. Cancer Stem Cells;New target;Targeted therapy;Immunotherapy drugs;Radiation sensitizer;

□ 연구개요 ● 천체물리학적 현상 연구를 위한 저에너지 분야 핵물리 실험 수행 ● 폭발적인 천체인 X-ray burst 이해를 위한 24Mg(a,p)21Al 핵반응 측정 실험 ● X-ray bursth와 같은 폭발적 천체에서의 무거운 입자 핵합성 연구 ● 핵자 전달반응을 통해 생성된 방사성 핵종의 proton branching ratio 측정 □ 연구 목표대비 연구결과 ● 검출시스템 상세설계 및 제작 - 핵자 전달반응 측정을 목적으로 개발된 SSNAP을 활용한 (a,p) 복합핵 측정법 상세설계 - 실리콘 검출시스템 개발 완료 - DAQ 시스템 개발 완료 ● 전산모사 및 ²⁴Mg 표적 제작 - normal kinematics에서의 24Mg(a,p)27Al 핵반응 가능성을 파악하기 위한 R-matrix 계산 수행 - backing material을 활용하여 evaporation 방식으로 24Mg 표적 제작 ● ²⁴Mg(a,p)²⁷Al 핵반응 측정 - alpha 빔을 활용한 정상운동학에서의 ²⁴Mg(a,p)²⁷Al 핵반응률 측정 - (a,p0) 및 (a,p1) 채널의 excitation function 도출 ● X-ray burst에서의 핵합성 연구 - X-ray burst 모델 수립을 위해 필수적인 관측결과를 보다 적절하게 해석하기 위한 evaluation 연구 수행 - type I x-ray burst에서의 NiCu cycle 세기 예측을 위한 ⁵⁹Cu(p,a)⁵⁶Ni 및 ⁵⁹Cu(p,g)⁶⁰Zn 핵반응률 업데이트 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ²⁴Mg(a,p)²¹Al 핵반응은 그 천체물리학적 중요성에도 불구하고, 실험 디자인 및 수행의 어려움으로 인해, 지금까지는 E_c.m. > 2.8 MeV 에너지 영역에서 측정된 적이 없다. 본 연구 수행을 통해, threshold 에너지보다 높은 영역에서 ²⁴Mg(a,p0)²¹Al 및 ²⁴Mg(a,p1)²¹Al 핵반응 채널의 excitation function을 최초로 도출하였다는 사실만으로도 저에너지 핵반응 연구 분야에의 기여도가 매우 크다고 자평한다. 1차적인 물리적 중요성 이외에도 새로운 핵반응 측정법 개발이라는 측면에서도 본 연구성과의 중요성이 크다. 본래 약 10 MeV/u 수준의 에너지에서 핵자 전달반응을 측정하기 위한 용도로 개발되었던 spectrometer인 SSNAP을 활용하여, 훨씬 낮은 에너지 영역에서 이루어지는 복합핵반응 (a,p)를 연구할 수 있는 방법을 제시했다는 것이 그것이다. 이를 통해, 향후에는 표적의 종류만 바꾸어가며, 매우 다양한 종류의 ap-process 관련 핵반응들을 직접 측정하게 되었다는 점은 매우 커다란 성과이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 채경육
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 핵천체물리;핵합성;솔레노이드;미분산란단면적; 2. nuclear astrophysics;nucleosynthesis;solenoid;differential cross section;R-matrix;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 자기음파 파동의 생성 및 전파를 이해하고, 이 파동이 방사선 대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량적으로 조사하는 것이다. 입자-파동 상호작용이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자의 양과 에너지를 결정한다는 것은 최근 종료된 NASA의 Van Allen Probe 미션으로부터 확실시되었다. 자기권 내에서 흔히 발생하는 플라스마 파동의 한 종류인 magnetosonic 파동 또한 입자 -파동 상호작용으로 이들에게 영향을 끼칠 수 있다고 알려져 있다. 그러나, 다른 파동들과 다르게 magnetosonic 파동의 본질에 대해서 더 깊은 연구가 필요하며, 이를 바탕으로 이 파동이 방사선대를 구성하는 고에너지 전자에 미치는 영향을 정량화하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 particle-in-cell 코드를 이용하여, 현실적인 다차원 공간에서 이 파동을 구현하고, 이로부터 관측적 제한으로 얻기 힘든 파동의 특성을 유추하며, 구현된 파동 내에서 운동하는 고에너지 전자들의 궤적을 추적 함으로써 전자에 미치는 영향을 정량적으로 알아보고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 첫째, 관측적 사실들을 최대한 반영한 particle-in-cell 시뮬레이션을 수행하여 얻은 결과를 분석한 결과, 링 형태의 양성자 분포가 넓은 위도상에 분포함에도 불구하고, 관측에서 나타나는 것과 같이 발생한 자기음파의 세기가 자기 적도 근처에서 피크를 이루고 적도에서 벗어날수록 그 세기가 지수함수적으로 감소함을 보였다. 우리는 적도에서 벗어날수록 자기장 세기 변화에 기인해 파동이 자기 적도를 향하는 굴절(refraction)을 겪어 파동의 지속적 증폭이 방해받지만, 적도 근처에선 자기력선의 곡률 변화가 미약해 한 장소에서 상대적으로 오래 머물면서 연속적으로 증폭될 수 있음을 밝혔다. 둘째, 자기음파의 수직 방향 전파 특성을 고려한 양성자 산란을 결정짓는 확산계수 계산 방법을 제시하였다. 기존의 확산계수 계산 방법은 수식의 발산을 피하고자 수직 방향의 파워를 인위적으로 제한해 왔다. 우리는 준 수직 방향의 파동 성분만큼(또는 그보다 더 큰) 수직 방향이 파동 성분도 환전류대 양성자 산란에 기여함을 보여주었다. 셋째, 자기음파와 상호작용에 의한 양성자 산란이 기존 믿음과 다르게 낮은 에너지 영역에서는 비효율적임을 이론적으로, 관측적으로 보여주었다. 따라서, 우리는 기존에 제시된 자기음파-저온 양성자-EMIC 파동의 에너지 전달 과정의 첫 번째 연결 고리를 재고해야 함을 제시하였다. 넷째, 산소 이온 자기음파의 발생빈도와 특성을 처음으로 통계적으로 조사하였다. 우리는 이 파동의 공간적, 시간적 분포와 파동의 편극 특성을 통계적으로 보여주었고, Ion Bernstein 불안정성을 일으킬 수 있는 ring-like 분포함수가 동반되는 것을 확인하였으며, 이 파동에 의해 가열됐을 저온의 이온 분포함수의 특징도 발견하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 지구 방사선대의 고에너지 입자들은 인공위성에 작게는 single event upset과 위성 내부 대전, 크게 는 위성 통신두절 및 내부 시스템 손상 등을 유발하여 군사적, 사회적, 경제적 피해를 줄 수 있다. 따라서 방사선대 양의 정확한 예·경보는 인공위성에 줄 수 있는 피해를 미리 예방하는 데 중요하다. 자기권에서 입자-파동 상호작용이 고에너지 입자의 운동을 결정하는 것은 이미 잘 알려져 있다. 이 연구에서 얻어진 향상된 자기음파의 물리적 이해가 정확한 방사선대 예측에 큰 역할을 할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민경국
• 주관연구기관 : 충남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 플라스마 파동 및 불안정성;입자-파동 상호작용;수치 모델링;방사선대;자기권 자기음파; 2. Plasma waves and kinetic instability;Wave-particle interactions;Particle-in-cell simulation;Radiation belts;Magnetosonic waves;

□ 연구개요 항암면역치료(Immune Checkpoint Blockade)가 신규 항암치료의 주요한 방법으로 대두되고 있으나 많은 암에서의 낮은 반응성은 극복해야할 문제점임. 본 연구는 종양악성화에 중요한 Centrosome clustering현상의 억제를 통해 염증성 세포질 미세소핵(cytosolic DNA/micronuclei)유도-cGAS-STING 면역활성화 기전을 다양한 종양동물모델을 활용하여 이해하고, 이를 기반으로 면역치료 불응성 환자의 새로운 항암면역치료 전략을 제시하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 1)1차년도:Centrosome clustering억제를 통한 종양 면역활성화 기전연구 -CC단백질KO세포를 활용한 암세포/정상세포 cGAS-STING 면역활성화 조절규명 -CC항암저해제를 활용한 cGAS-STING 면역활성화 조절기전 규명: 논문 1건 2)2차년도:Centrosome clustering억제 면역활성화를 통한 면역치료 불응성 암 제어연구 -동종이식유방암 면역치료 불응성암 모델을 활용한 CC조절 치료효과 검증완료 -CC단백질조절 종양미세환경의 cGAS-STING조절 면역세포/인자의 동적변화분석 : 관련 논문 1건 3)3차년도:Centrosome clustering억제 방사선병용 면역치료를 통한 불응성 암 치료 극대화 연구 -CC표적 방사선면역치료에 의한 Abscopal동물모델/면역불용성모델 치료효과 검증 -면역세포/인자분석을 통한 방사선면역치료 효과 분석 및 검증완료 : 관련 논문 1건 4)4차년도:Centrosome clustering억제 항암제활용 방사선-면역치료 전임상 최적화 연구 -CC억제항암제 PI3K활용 최적의 방사선-면역치료 병용치료 프로토콜 연구 완료 -Abscopal동물모델/면역불용성동물모델을 통한 CC억제 전 임상연구 완료 : 관련 논문 1건 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) -기대효과 및 활용계획: -면역불응성 암의 신규한 치료전략 제시 : 면역불응성 암의 새로운 치료 표적으로 제시할 수 있을 것으로 기대되며 특히 방사선과 병용치료 함으로써 암 특이적 면역활성 -‘종양 특이적 세포분열 현상’과 ‘선천성 면역작용’과의 상관성 규명 : “염색체불안정성이 높은 전이 암세포가 어떻게 면역을 잘 회피 할 수 있는지?”에 대한 의문점을 cGAS-STING조절과 연관시켜서 설명할 수 있는 단서 제공 -면역항암제 CC억제를 통한 방사선치료의 전신치료효과(Abscopal effect) 증대 기대 : 방사선의 표적인 CC억제를 통하여 방사선의 abscopal effect(전신치료효과)를 암 특이적으로 증진 기대 -유전적불안정 상황에서 CC조절 및 cGAS-STING네트워크에 대한 새로운 개념 제공 -CC조절을 통한 신규 방사선 항암면역치료 전략제시 -신규 방사선면역치료제의 표적제공 및 치료방법 제시 -방사선병용치료의 신규 타켓 제공 가능 -현재 면역불응증 암에 대한 방사선 항암면역치료제 표적으로 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김재성
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세포질 미세소핵;면역치료 불응성;방사선-면역치료; 2. Centrosome clustering;Micronuclei;cGAS-STING;Immune resistant tumor;Radiation immunotherapy;

□ 연구개요 • 전 세계 연구진에서 우수한 항암제를 개발하기 위하여 수십년 간의 부단한 노력을 기울였으나 임상적으로 사용 가능한 항암제는 수적으로 한정되어 있고 그의 적용범위도 암의 종류에 따라 제한되어 있음. • 임상적으로 사용하고 있는 기존 항암제의 활성, 독성 및 부작용, 내성 등의 문제점은 아직도 극복하여야 할 커다란 과제로 남아있으며, 기존 항암제의 문제점을 극복할 수 있는 효과적인 새로운 항암제의 개발에 지속적인 노력이 필요함. • Topoisomerase는 DNA topological change에 중심적인 역할을 하는 enzyme으로 DNA 전사, 복제, chromosome segregation에 필수적으로 필요한 nuclear enzyme임. • Topoisomerase 저해제 개발을 위하여 모핵에 벤조푸로 환과 인데노 환이 결합된 벤조푸로인데노피리딘 유도체에 대한 설계, 합성, Topo IIα 저해활성, 인간암세포에 대한 세포독성, 구조활성관계연구, docking study에 대한 연구를 수행함. □ 연구 목표대비 연구결과 • 수산기를 함유한 다이인데노피리딘 및 벤조푸로인데노피리딘 유도체를 설계하여 총 131종의 화합물 설계 및 합성 • topoisomerase IIα 저해활성 평가 및 human cancer cell line에 대한 세포독성 활성 평가 수행 • 수종의 화합물에서 대조화합물인 etoposide (87.9% topo IIα 억제활성) 보다 topoII α에 대한 선택적이며 강한 저해활성이 관찰됨. • 수종의 화합물에서 human cancer cell line에 대하여 대조물질인 etoposide 보다 강한 세포독성을 나타내었음. • 대부분의 화합물이 topoisomerase IIα 저해활성과 human cancer cell line에 대한 세포독성이 상관관계가 성립됨을 알 수 있었음. • 구조활성연구 결과 수산기를 함유한 화합물 혹은 수산기를 두 개 이상 함유하였을 경우 topoisomerase IIα 저해활성과 human cancer cell line에 대한 세포독성이 증가함을 관찰하였음. • docking study 결과 topoisomerase IIα 저해활성이 우수한 화합물이 topoisomerase IIα와 강하게 결합하여 저해활성이 나타남을 관찰하였음. • 본 연구결과를 토대로 연구기간 2년 동안 4편의 국제전문학술지(SCIE)에 게재하였으며, 4편의 특허등록을 완료하였고, 국제학술대회에 5회 발표하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 신규항암제 개발에 의한 자료 축적 및 항암제 개발연구를 수행하고 있는 타 연구진에 기초 자료 제공 • 효율적이며 경제적인 합성법 개발 및 공정 개선 등을 통한 기술축적 및 이의 응용 • 연구기술 및 능력의 축적에 따라 효율적인 검색 system의 개발 • 본 연구를 통해 합성된 화합물은 화합물 library에 추가되어 다른 후속연구에 활용 가능 • 기반특허권 확보: 신규 항암제에 관한 특허권을 확보함에 따른 안정적인 시장 확보 • 혁신 신약 개발에 대한 국가적 R&D 역량 강화에 기여 • 항암제의 넓은 시장성을 감안하여 볼 때 신규 항암제개발에 따른 경제성이 매우 높을 것으로 사료되며 관련 부가 가치 또한 매우 높으며, 국내 기술로 유용한 치료제를 개발할 경우 수입대체는 물론 해외시장 진출을 통한 이윤 창출 • 독성과 부작용이 적은 우수한 항암제의 개발은 신규 항암제에 대한 시장독점으로 이어져 정밀화학 산업의 기초 원료나 중간체 생산 산업 및 관련 시설, 설비 산업의 육성 발전에 기여 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이응석
• 주관연구기관 : 영남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 항암제 개발;토포이소머라제 저해 활성;벤조푸로인데노 피리딘;세포독성;구조활성관계연구; 2. development of anticancer agent;topoisomerase inhibition;benzofuroindeno pyridine;cytotoxicity;SAR study;

□ 연구개요 최근 맟춤의료 (personalized medicine)의 중요성이 커지면서 개인에 맞는 치료를 찾는 것이 중요해졌다. Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 (Random forest)는 널리 쓰이는 기계학습 방법의 하나로, 알고리즘이 분명하고 여러 통계 프로그램에서 설치되어 있어 널리 쓰이고 있다. Athey et al. (2019)는 이 랜덤 포레스트를 이용하여 개인별 이질적 치료효과를 계산하는 방법을 제시하고, Cui et al. (2023)은 Athey et al. (2019)의 방법론을 하나의 사건이 있을 때에 생존데이터에 대해서 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법을 제시했다. 하지만 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법이 제시된 바가 없다. 이 연구에서는 경쟁위험 데이터 (competing risks data)에서는 이질적 치료효과를 랜덤 포레스트를 이용해서 계산하는 방법론을 제시하고자 한다. □ 연구 목표대비 연구결과 이 연구에서는 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 방법론을 바탕으로 경쟁위험 데이터에 대해서 랜덤 포레스트를 이용하여 인과효과를 계산하는 방법론을 만들었다. 이 방법은 Robinson (1988)의 추정함수를 랜덤 포레스트에 응용한 것으로, Breiman (2001)이 만든 랜덤 포레스트 방법론을 영향함수 (influence function)을 이용하여 누적사건함수 (cumulative incidence function)을 치료효과로 보고 추정하는 방법을 제시하였다. 이 때 Cui et al. (2023)에서 제시한 이중강건 (doubly robust) 랜덤 포레스트 방법을 경쟁위험 데이터에 적용해서 만들고 새롭게 Buckley and James (1979)의 방법을 응용한 랜덤 포레스트 방법 (BJ 랜덤 포레스트)를 제시하였다. 또한 Athey et al. (2019)과 Cui et al. (2023)에서 제시된 통계적 이론을 근거로 근사이론과 분산 및 신뢰구간을 계산하는 방식을 제시하였다. 시뮬레이션을 돌려보았을 때 평균제곱오차 상으로 Ishwaran et al. (2014)의 랜덤 포레스트를 이용한 방법보다 더 나은 결과를 보였다. 그리고 Radiation Therapy Oncology Group (RTOG 9410) 데이터에 이 방법론을 적용하였다. 그리고 하위그룹분석을 위해 선형회귀를 치료효과를 이용한 결과변수에 적용하는 방법을 제시하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 이 연구결과를 경쟁위험 데이터 하에서 개인별 이질적인 치료효과를 계산하고 그에 따른 통계적 추론을 할 수 있는 방법을 제시했다. 이 통계적 추론을 할 수 있다는 것은 굉장히 중요한데, 통계적 추론을 함으로써 일반적인 기계학습 방법론이 가지고 있던 취약점을 보완할 수 있기 때문이다. 이 방법은 여러 방면에서 사용될 수 있다. 우선 의학에서 다양한 경쟁적인 질병이 있는 경우에 각 질병에 대한 개인별 이질적 치료효과를 측정할 수 있다. 또한 정책결정을 할 경우에 경쟁적인 사건들이 일어나는 상황에서 정책결정이 어떤 분야에 각 개인마다 어떤 효과를 불러오는지 파악할 수 있다. 그리고 각 치료효과 또는 정책효과의 통계적 유의성을 신뢰구간 계산을 통해서 검정할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조영주
• 주관연구기관 : 건국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 경쟁 위험;랜덤 포레스트;이중 강건;인과 효과;하위그룹 분석; 2. Competing risks;Random forest;Doubly robust;Causal effect;Subgroup analysis;

□ 연구 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 유연 고체 냉매/열복사 소재기반 완전 친환경, 초고효율 온도 제어 소자 구현 ◼ 전체 내용 화석 연료 고갈 및 지구 온난화로 인해 차세대 냉/난방 시스템에 대한 급진적 수요와 더불어, 에너지를 효율적으로 이용하고자 하는 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있음. 이러한 노력의 일환으로 1) 수동 복사 냉각 기술과 2) 전기열소 냉매가 주목받고 있음. 복사 냉각 기술은 전력소모 없이 온도를 낮출 수 있는 초절전/친환경 냉각 기술이고, 전기열소 냉매는 강유 전체의 전기열소 현상(Electrocaloric effect)에 기반한 것으로 탄소 배출없는 고체 친환경/고효율 냉매임. ◆ Zero-에너지 복사 냉각: 복사 냉각 기술은 포토닉 구조를 이용하여 1) 280~3000 nm 파장의 빛은 최대한 반사하고 (반사율: 95% 이상), 2) 대기의 창 영역을 포함하는 8~30 μm의 광대역 열복사의 특징을 가져야 함 (방사율: 90% 이상) 특성이 요구됨. 이러한 광학적 특징을 통해 약 3K 의 온도의 우주와의 복사 열 교환을 통해 에너지 소모없이 대기 온도 이하의 냉각이 가능함. ◆ Zero-탄소 고체 냉매: 전기열소 현상은 강유전체에서 외부 전기장을 인가했을 때 발생하는 현상으로, 1) 외부 전계의 유무에 따라 변하는 물질 내의 분극 엔트로피를 보상하기 위한 포논 진동(Phonon vibration)에 의한 ‘단열적(Adiabatic)’온도 변화 현상을 의미하며, 2) 엔트로피 보상 흡열/발열 프로세스를 통해 탄소 배출없는 친환경 열 교환 사이클 및 냉/난방 시스템을 구현할 수 있음. ◼ 1단계 ❏ 연구 목표 본 연구의 1단계 연구목표는 크게 세 가지로 나뉨. 1) 대기 온도보다 낮은 냉각 또는 높은 가열을 달성하기 위해 복사 스펙트럼을 조절하는 수동 복사 소재를 개발하고, 2) 강유전체의 엔트로피 보상 흡열/방열 프로세스를 활용한 고체 냉매의 열교환 사이클 구현임. 이후 이 두 기술을 통합하여, 3) 온실가스 배출이 없는 완전한 친환경 및 초고효율 온도 제어 소자 개발을 목표로 하고 있음. ❏ 연구 내용 - 1차년도: 다공성 폴리머 기반 열복사 설계/제작 및 강유전성 전기 열소 소재 제작/특성평가 1) 3차원 파동광학 계산을 통해 고효율 태양광 반사/장적외선 열복사 구조의 최적 구조를 도출 2) 강유전성 폴리머 기반 전기열소 소재 제작 및 특성평가를 진행 - 2차년도: 수동 복사기 집적 전기 열소 냉각소자 제작 및 필드 테스트 1) 최적화된 복사 구조와 전기열소 소재를 집적한 냉각 소자의 구현 2) 필드 테스트를 통한 열교환 사이클 및 냉각 성능 검증 - 3차년도: 환경적응형 수동 복사 및 전기열소 기반 항온 소자 개발 및 특성평가 1) 환경적응형 복사 소재 기반 반사/복사 스펙트럼 변경 가능한 소재 개발 2) 냉각, 가열, 단열 3가지 기능의 항온 소자의 설계/제작 및 특성평가 ◼ 2단계 ❏ 연구 목표 본 연구과제의 2단계에서는 1) Si 멤브레인 구조를 기반으로 하는 3차원 형상 변환 전자소자를 구현함과 동시에, 2) 저전력/어레이 플렉서블 복사/전기열소 냉/난방 소자를 개발할 예정임. 이를 통해 연속적인 열교환으로 복사/전기열소 항온 소자의 냉/난방 효율을 극대화할 수 있을 것으로 예상됨. 이 과정에서 초저전력/대면적 항온 소자의 거동을 이해하고 소자를 제작하는 것, 어레이 구조를 도입하여 효율을 향상시키고 응용 분야를 확대하는 것도 중요한 과제임. 특히, 고성능 스마트폰과 같은 기기는 강력한 프로세서를 탑재하고 있으나 크기는 작아지고 있어, 열을 효과적으로 제어하는 것이 어려워짐에 따라 효율적인 냉각 기술이 필요함. 본 연구의 결과는 건물, 데이터 센터, 자동차는 물론, 스마트폰, 웨어러블 전자기기 등 소형 플랫폼에도 적용 가능한 새로운 냉/난방 솔루션을 제공할 것임. ❏ 연구 내용 - 4차년도: 초저전력/대면적 열복사/전기 열소 항온 소자 제작 1) 강유전성 폴리머의 물질적 특성 개선을 통한 저전력 동작 가능 소재 제작 2) 저전력/대면적 소재 집적을 통한 초고효율 고체 냉/난방기 개발(전력: < 1 mW/cm²/cycle) - 5차년도: 3차원 형상변화 플렉서블 어레이 타입 항온 소자 개발 및 특성 평가 1) 플렉서블 열복사/강유전체 폴리머 기반 소자 제작 2) 어레이 내 연속적인 전기열소 연교환 사이클 기반 냉/난방 효율 극대화 3) 곡면 플랫폼 및 소형 스마트 기기 등 다양한 응용 분야에 적용 □ 연구성과 1차년도 (정성적 성과) 1) Heat/Pressing 기법을 이용해 초고효율 다층 다공성 폴리머 복사방열 소재 제작 2) P(VDF-TrFE-CFE) 기반 강유전성 폴리머 전기열소 소재 제작 및 단열적 열변화 확인 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 2편 (Sol. Energy Mater Sol. Cells, Opt. Express) 2) 학술대회발표실적 2건 (IU-MRS, Nanokorea) 2차년도 (정성적 성과) 1) 복사방열/전기열소 소재를 집적한 냉각 소자 구현 2) 옥외 테스트를 통해 냉각 성능 확인 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 3편 (Adv. Energy Mater., IEEE Photonics J., J. Mater. Chem. C) 2) 학술대회발표실적 1건 (한국태양광발전학회) 3차년도 (정성적 성과) 1) 환경감응형 광학 스펙트럼 조절 포토닉 구조 설계, 제작, 특성 테스트 2) 냉각/가열/단열의 3가지 모드 구현 가능성 입증 (정량적 성과) 1) SCI 논문 주저자 3편 (Adv. Sci., ACS Appl. Mater. Interfaces, APL Photonics) 2) 국제 학술대회 초청강연 2건 (IMID 2023) 3) 학술대회발표실적 4건 (대한전자공학회) □ 연구성과의 활용 계획 및 기대 효과 경제적‧산업적 파급 효과: 환경적응형 친환경 온도제어 소자는 초기 연구 단계로, 성공 시 친환경 냉/난방 시스템으로 에너지 기술과 국가 경쟁력에 큰 영향을 미칠 것임. 이 기술은 건축 및 자동차 산업 등에 적용 가능하며, 에너지 효율성과 환경 보호에 중요한 역할을 할 것임. 학문적‧기술적 파급 효과: 수동형 복사 기술과 전기열소 냉매 연구가 저명 학술지에 실릴 정도로 인정받고 있으며, 복사/전기열소 기반 시스템은 새로운 형태로 큰 파급 효과 예상됨. 전자, 물리, 재료 분야 간 연구로 학문적 시너지 기대됨. 활용 계획: 이 기술은 건축물과 자동차에서의 에너지 효율적 온도 조절에 사용될 수 있으며, 장기적으로는 에너지 절약과 온실가스 감축에 기여할 것임. 또한, 연구 및 개발 과정에서 다양한 산업 분야와의 협업을 통해 시장 진입과 상업적 활용 가능성이 높음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이길주
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 수동 복사 냉각/가열;전기열소;고체 냉매;친환경 냉/난방;탄소중립; 2. Passive radiative cooling/heating;Electrocaloric effect;Solid-state refrigerants;Green cooling/heating;Net-zero emission;