1. 서론

대사체학(metabolomics)은 생체 시스템에서 생화학적 반응의 복잡한 네트워크의 결과물을 반영하며, 세포 및 유기체 대사로부터 유래된 저분자물질들을 연구하는 분야이다. 이런 이유 때문에 대사체학을 “omics of the small molecules”라고도 한다. 사실, 대사체들은 genomic, transcriptomic, proteomic 변화의 하류에 위치한 가장 안정적인 마커이다. 그래서 대사체 변화가 상류 수준에서 일어나는 genomic, transcriptomic, proteomic 변화보다 더 중요하다고 볼 수 있다. 그러므로 어떤 새로운 항상성 상태 또는 비항상성 상태에 대한 생명체의 적응에 대한 빠른 마커이다.[1]

현대 건강 및 의과학 연구에서 high-resolution 1H nuclear magnetic resonance(NMR) spectroscopy와 MS 같은 분석 방법을 이용한 대사체학 기법들이 암 또는 다양한 만성질환 같은 주요한 질병들에 대해 새로운 진단 및 예후 검사를 위한 혁신적인 도구로 활용되고 있으며, 또한 신약 개발, 영양과학, 독성학 및 법과학 등을 포함한 다양한 분야에서도 중요한 역할을 하고 있다.[2]
또한 대사체학은 혈액, 뇨, 타액, 땀 같은 다양하면서도 쉽게 접근 가능한 생물학적 시료를 이용하기 때문에, 분석 비용과 분석 시간을 감소시킬 수 있다는 점이 장점 중에 하나이며, mass spectrometry(MS) 같은 분석 플랫폼을 사용할 경우, 대량의 시료를 분석할 수 있다는 점도 장점으로 볼 수 있다.[3] 아울러 몇 가지 대사 경로가 질병 상태의 세포에서 up- 또는 down-regulated되므로, 대사체학 분석을 통해 건강한 상태 및 질병 상태를 민감하게 측정하여 정성 및 정량 분석이 가능하다. 현재 대규모 대사체학 연구가 분자역학, 정밀의학 및 genome-wide association studies with metabolomics(mGWAS) 같은 분야에 광범위하게 적용되고 있는 상황이다. 그러므로 대사체 변화 정보가 다양한 질병의 잠재적인 위험성을 발굴하고 확인하는 데 유용한 바이오마커가 될 수 있으며, 궁극적으로 대사체학이 개인 맞춤의학을 실현하는 데 필수 불가결한 분야가 될 것이다.[4]

본 보고서에서는 대사체학에 기반한 질병 진단을 위한 바이오마커 발굴 및 임상 적용 등 최근 연구 동향에 대해서 다루고자 한다.

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• 연구책임자 : 이상후
• 주관연구기관 :
• 발행년도 : 20200506
• Keyword :

- 저선량방사선 조사 시설을 포함하는 SPF실험동물실 유지 관리 ▢ 세포주 및 동물모델을 이용하여 저선량 방사선의 영향 및 선량률에 따른 조직의 반응 정도를 비교함 ○ 저선량률 chronic exposure (3.4mGy/h)그룹이 고선량 반복 조사 (2Gy x 2 or 4회, 50.9Gy/h) 그룹보다 고환 무게 더 감소하고, 조직의 손상 정도가 더 심함을 검증함 ○ qRT-PCR 및 western blot으로 검증을 수행하여 G6PC2 후보유전자를 확보함 ○ 저선량 방사선 조사가 CD8+ T cell activation의 정도와 activation 전, 후의 DNA damage 정도에 영향이 없음을 확인함 ○ γ-H2AX staining을 이용하여 저선량 방사선에 의한 adaptive response를 확인하고, 같은 조건에서 산소 농도에 따라 DNA damage 생성 정도에 차이가 있음을 확인함 (출처 : 요약서 3p)

• 연구책임자 : 이창근
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 저선량 방사선;선량률;고환;유전자 변이;산소; 2. low-dose radiation;dose-rate;testis;DNA damage;Oxygen;

혈소판, 대식세포 등이 종양세포의 성상 변화에 미치는 영향 연구 - 혈소판에 의한 종양세포의 종양생성능 변화 관련 유전자 변화 정보 라이브러리 구축 - 방사선에 의한 대식세포의 변화가 생리활성물질 분비에 미치는 영향 연구 및 제어 (출처 : 요약서 3p)

• 연구책임자 : 김성대
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 종양줄기세포;면역치료;혈소판;대식세포; 2. cancer stem cell;immunotherapy;platelet;macrophage;

1. 연구목표: 중성자 흡수 원소(B, Gd 등)을 활용한 중성자 차폐용 스테인리스강 합금 및 제조 기술 개발 2. 연구결과 ◯ 보론 함유 스테인리스강 (BSS) 제조 -. 다량의 보론을 포함하는 강종에서 유해한 석출상 형상을 제어함으로써, 강도와 연신율, 열간 성형성을 향상시킬 수 있는 최적의 구상화 열처리 조건 도출, 내식성 및 용접성 평가 ◯ 고유 성분계 개발 -. 열역학 계산 기반 합금 설계 -. 중성자 차폐 성능 측정을 통한 보론 함량 및 석출물 형상이 중성자 차폐 성능에 미치는 효과 분석 ◯ 경제성을 향상시킨 신합금계 기지 조성군 설계 -. 가돌리늄 포함 시험편 제조 : 다량의 가돌리늄 포함 시편 제조 기반 기술 확보 -. 가돌리늄 석출물의 미세조직 분석을 통한 물성과의 연관성 파악을 위한 데이터 확보 (출처 : 초록 3p)

• 연구책임자 : 이태호
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 중성자 흡수;중성자 차폐;스테인리스강;연신율;압연성;내식성; 2. Neutron absorbability;Neutron Shielding;Stainless;Elongation;Workability;

1-1.혈구세포와 혈장을 각각 분리해서 혈구세포에서 CLSTN1과 SHMT2의 mRNA량을 RT-PCR로 분석. 혈장에서는 해당 단백질의 절단형태를 ELISA 분석법으로 정량화함 2-1.동물의 유방, 폐, 소장, 대장, 위, 간, 췌장, 난소관으로부터, 인체의 유방 및 대장으로부터 오가노이드를 구축. 특히 배양 배지에 들어가는 Wnt3a 단백질을 안정적으로 생산할 수 있는 세포주를 일본 연구진으로부터 제공 받아 사용함 3-1.대조군 및 방사선 조사 장기의 단일 세포 유래 오가노이드를 일정량까지 자라게 한 후 해당 오가노이드로부터 DNA를 분리하여 전장유전체시퀀스 분석을 수행하고 결과를 다양한 형태의 구조적 돌연변이 정도를 분석함 (출처 : 요약서 3p)

• 연구책임자 : 손태건
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 혈구세포;혈장;생체 지표;오가노이드;전장유전체 시퀀스; 2. blood cell;plasma;bio marker;organoid;whole genome sequences;

□ 연구개요[Research Outline] The goal of this project was to construct, for the first time, an accurate self-consistent model of Galactic dust polarization by linking grain alignment to physical conditions and dust properties, and treating the realistic interstellar medium. To achieve this goal, we aim to achieve four major objectives: (1) To advance alignment theory of interstellar nanoparticles and predict the spectrum of polarized anomalous microwave emission (AME) from nanoparticles; (2) To predict the spectrum of polarized dust emission using self-consistent modeling; (3) To quantify the effect of dust evolution and radiation intensity variation on the dust polarization spectrum; (4) To characterize the effect of interstellar turbulence on the spectrum of Galactic dust polarization and the power asymmetry of dust E-mode and B-mode. □ 연구 목표대비 연구결과[Research results against research goals] Our obtained results are far exceeding the research goals, as demonstrated through our publications in top journals such as Nature Astronomy, ApJ, and MNRAS. For the objective (1), we have accomplished this objective by quantifying the anomalous microwave emission from nanoparticles in interstellar shocks. In particular, we discovered a new mechanism for destruction of nanoparticles by means of centrigual stress due to mechanical torques. Three publications in ApJ on this For objective (3), we accomplished this objective by first introducing a new mechanism of dust evolution, namely, rotational disruption of grains by radiative torques in intense radiation fields. We also quantified the effect of this new mechanism on the dust polarization spectrum from optical-IR. 10 papers are published in Nature Astronomy and ApJ on this topic. Objective (4), we are now in the process of incorporating our new physics in the model and clarify the turbulence effect. □ 연구개발결과의 중요성[Importance of R&D results] - Our new discovered mechanism, RATD, presents a new understanding about how dust grains and ice evolve in the Universe. It is the first time that the dust polarization is related to the internal structure through the rotational disruption effect, and paves the way to explore the mechanical property of dust (tensile strength) via dust polarization. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : Thiem Hoang
• 주관연구기관 : 한국천문연구원
• 발행년도 : 20200600
• Keyword : interstellar medium;dust polarization;cosmic microwave background polarization;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 최시호
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 유전자 가위;유전변이;간암;종양 줄기 세포;방사선; 2. CRISPR;mutation;liver tumor;cancer stem cells;radiation;

◦ 방사선 조사 환경에서 endothelial cell이 tumor cell의 malignancy 과정에 대한 기전 확립 · 방사선이 조사된 혈관내피세포에 의해 증가되는 종양세포의 악성화 관찰 · 방사선이 조사된 혈관내피세포에서 분비되는 IL-4에 의한 종양세포 악성화 증가 · Interleukin signaling pathway를 통한 종양세포 악성화 증가 · 방사선이 조사된 혈관내피세포에 의해 활성화 된 AKT 및 ERK 경로를 통한 종양세포 악성화 증가 · 방사선이 조사된 혈관내피세포에 의해 증가되는 종양세포 악성화 과정에 대한 기전 확립 ◦ Hypoxic condition에서 endothelial cell이 tumor cell의 malignancy 과정에 미치는 영향 연구 · 저산소 상태에서 혈관내피세포에 의해 종양세포의 migration/invasion 크게 증가 · 저산소 상태에서 혈관내피세포가 종양세포의 EMT를 포함한 악성화 과정에 크게 기여 · 저산소 상태에서 혈관내피세포가 종양줄기세포의 생존을 증가 시킴 · 저산소 상태에서 혈관내피세포가 종양줄기세포의 유전자 발현에 영향을 미침 · 저산소 상태에서 혈관내피세포와 동시 배양한 종양세포의 conditioned medium 내의 분비성 단백질을 증가시킴 (출처 : 요약서 3p)

• 연구책임자 : 박문택
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 방사선;저산소;종양미세환경;혈관내피세포;방사선 저항성;종양세포 악성화;신호전달기전;방사선치료; 2. Radiation;Hypoxia;Tumor microenvironment;Endothelial cells;Radioresistance;Tumor malignancy;Signal trandudction;Radiotherpay;

1. 방사선안전관리 시스템을 적용하여 2019년 방사선안전관리 운영사업을 진행하였다 2. 방사선작업종사자의 피폭선량은 전년과 동일하게 핵의학과를 제외한 모든 부서의 피폭선량은 기록준위(자연방사선량률) 이하를 기록하였고 핵의학과의 종사자들의 1～3분기 동안의 집단선량은 5.06 mSv , 방사성동위원소를 직접 투여하는 간호사의 피폭선량이 2.30 mSv 로 가장 높았다. 3. 작업자의 건강검진은 대한산업보건협회 및 원내에서 실시하였고 피폭에 의한 건강이상자는 없었다. 4. 작업자의 교육은 신규와 정기를 구분하여 기본 교육 및 직장교육을 원자력안전법에 의거하여 시행하였고 수시출입자는 직장교육을 시행하였다. 5. 방사선안전관리자 부재시 방사선안전관리자 대리자를 지정하는 규정을 제정하였다. 6. 방사선배기필터 교체 시 발생한 고체방사성폐기물은 지하 2층 방사성폐기물실에 보관하였고, 액체방사성폐기물은 방사능농도 측정 후 배출기준 제한값 이하일 경우 환경에 배출하였다. 7. RI 치료병실의 환자수 감소에 따른 사용방사능 양의 감소로 인하여 해당 배수배관의 누설방사선량률은 자연방사선량률을 기록하였다. 8. 밀봉방사성동위원소의 보안 시설을 운영하여 방사성테러등과 같은 방사선사고에 대비하였다. 9. 2019.08 한국원자력안전기술원에서 시행하는 정기 검사를 수행하였다. 10. 2019년에 기록된 결과물들은 국가 의료 방사선안전관리 정책수립을 위한 기초자료로 활용가능하다. (출처 : 요약서 3p)

• 연구책임자 : 김정기
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20200100
• Keyword : 1. 방사선안전관리;방사선장해방어;종사자;피폭선량;교육;방사성동위원소보안관리;정기검사;방사선사고; 2. Radiation safety and management;Radiation workers;Radiation dose;education;Radioisotope security system;Regular investigation once a year. Radiation accident;

본 연구사업의 주목표는 두가지로 영상장비 기반 연구지원과 가속기를 활용하는 연구지원이다. 첫번째로, 다중-다기능 융합PET/MRI영상 이용 연구의 활성화에 필요한 최신 융합 PET장비 도입과 신개발 다기능 방사성 추적자를 이용한 융합분자영상 기초 및 임상 응용기술 개발 / 신규 방사성 분자영상의 약품 개발 및 평가 및 임상적용 연구 활성화 지원이란 목표를 가지고 표준화된 성능평가 및 QC 프로토콜, 영상 획득 프로토콜, 정량화 기법, 다중 영상 정합 기법 등의 개발 및 국내 등의 개발과 국내 보급을 통한 국내 PET/CT영상의 유용성 향상에 기여와 융합 PET (PET/CT 및 PET/MRI)의 다중-다기능 영상의 정량분석을 위한 영상의 융합 처리/분석기술의 개발과 평가, 방사성 동위원소를 이용한 진단능의 향상과 치료반응의 효과적 평가를 위한 영상분석기술 개발 및 임상적용 그리고 관련 연구개발 사업의 연구 성과인 신개발 PET용 방사성의약품 및 융합 다중-다기능 영상용 의약품의 임상적용 및 유용성 평가 연구 수행 및 지원을 하였다. 두 번째로, MC50 사이클로트론을 통한 가속기 이용 빔 조사 시간은 총 402시간으로 의료용 RI생산은 210시간, 내부연구 57시간, 외부연구는 135시간을 빔 조사 지원하였다. RI생산 빔 조사 지원은 53건, 내부 이용자 지원건수는 74건이고 외부 이용자 지원건수는 지원건수는 94건(내부이용: 74건, 외부이용: 94건)로 총 221건을 기록하였다. MC50 사이클로트론 관련 메인 수냉 펌프 시스템 업그레이드, Circular coil 마그넷 전원공급장치 교체, Low level RF 시스템 AD 보드 성능 개선, PLC system 업그레이드 (PLC와 EPICS간 통신 구현, 차폐도어 데이터 통신 부분 업그레이드), 빔 라인 (Pump group 5) 진공 시스템 업그레이드 등의 인프라 강화를 하는 등 MC50 사이클로트론의 안정적 운영을 통해 당해연도 목표치인 장비가동률 90%를 상회하는 100 %로 고장일 수 없이 예년보다 높은 가동률을 기록하였다. 신규 의료용 RI 생산 지원을 위한 중양성자 빔 인출관련 내부 파트의 개조 및 빔 조사 조건 최적화를 통한 중양성자 빔 성능 향상을 위해 에너지별 Ion source와 Dee tip2 간격 별 중양성자 빔 테스트 및 최적화, 중양성자 빔 용 가스 시스템 유지보수 및 교체를 통해 목표치 중양성자 빔 인출량 15 ㎂로 목표치 10 ㎂를 초과 달성하였다. (출처 : 요약서 3p)

• 연구책임자 : 이교철
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20200200
• Keyword : 1. 양전자방출단층촬영술;융합영상시스템;다기능방사성의약품;다기능융합분자영상;임상연구사이클로트론;양성자;중성자;중양성자빔; 2. PET;hybrid imaging system;multi-functional radiopharmaceuticals;multi-functional hybrid molecular imaging;clinical study;MC-50;cyclotron;proton;neutron;deuteron beam;