□ 연구개요 본 연구에서는 위험물 시설의 화재 방호 성능 극대화를 위한 복사열 감쇠 미세물분무 미립화기의 최적화에 대한 연구를 수행하였음. 1차년도에는 자료 및 연구 동향 조사, 미세물분무 미립화기의 분사 특성 측정, 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 실험장치 구축과 선행 실험 및 선행 전산시뮬레이션을 수행하였음. 2차년도에는 단일 미세물분무 미립화기를 이용하여 복사열 감쇠 성능 평가 실험 및 전산시뮬레이션을 수행하였고, 이를 통해 분사 특성과 복사열 감쇠 간 상관관계 및 복사열 감쇠 성능 극대화를 위한 최적 조건을 도출하였음. 3차년도에는 미세물분무 미립화기 간 상호작용이 복사열 감쇠에 미치는 영향 파악을 위해 다중 미세물분무 미립화기를 이용한 복사열 감쇠 성능 평가 실험 및 전산시뮬레이션을 수행하였고, 최적 조건을 도출하였음. 이후 본 연구에서 도출한 최적 조건들을 적용하여 실규모 위험물 시설 화재 방호 전산시뮬레이션을 수행하였고, 미세물분무 미립화기에 의한 위험물 시설의 화재 방호 극대화 방안을 제안하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도 - 미세물분무 미립화기 및 복사열 감쇠 성능 관련 자료 및 연구 동향 조사 - 단일(1개) 및 다중(2개 이상) 미세물분무 미립화기의 분사 특성 측정 실험 장치 구축 및 실험 - 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 미세물문부 미립화기의 후보군 선정 - 단일 및 다중 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 실험 장치 구축 및 선행 실험 - 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능 평가를 위한 전산시뮬레이션 구축 및 선행 해석 ○ 2차년도 - 단일 미세물분무 미립화기를 이용한 복사열 감쇠 성능 평가 실험 - 단일 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능에 대한 전산시뮬레이션 - 실험 및 전산시뮬레이션 결과를 토대로 미세물분무가 복사열 감쇠 효과에 미치는 영향 검토 - 실험 및 전산시뮬레이션 결과를 토대로 복사열 감쇠 성능 극대화를 위한 미세물분무 최적 조건 도출 ○ 3차년도 - 다중 미세물분무 미립화기를 이용한 미세물분무의 상호작용에 따른 복사열 감쇠성능 평가 실험 - 다중 미세물분무 미립화기의 복사열 감쇠 성능에 대한 전산시뮬레이션 - 실험 및 전산시뮬레이션 결과를 토대로 복사열 감쇠 성능 극대화를 위한 다중 미세물분무 미립화기의 최적 조건 도출 - 도출한 미세물분무 미립화기의 최적 조건을 적용한 실규모 위험물 시설 화재 방호 전산시뮬레이션 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 미세물분무 특성과 복사열 감쇠 간 상관관계 및 최적 조건 도출 결과는 위험물 시설을 위한 미세물분무 화재 방호 설비의 설계 시 기초 자료로 활용 가능함. ○ 위험물 시설 화재 방호 설비의 화재 및 안전 관련 기준의 개선 및 보완을 위한 자료로 활용 가능함. ○ 전산시뮬레이션 기법의 신뢰성을 확보하고 이를 통해 화재 및 소방 관련 다양한 현상에 대한 정확한 예측이 가능함. ○ 본 연구 결과는 위험물 시설 이외에 선박, 문화재, 박물관, ESS(energy storage system), 지하주차장, 산불 등 화재 확산 방지를 위해 미세물분무 설비를 적용할 수 있는 다양한 대상물에 활용 가능함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이치영
• 주관연구기관 : 부경대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 미세물분무;복사열 감쇠;위험물 시설;화재 방호;실규모 화재시뮬레이션; 2. Water mist;Thermal radiation attenuation;Hazardous material facilities;Fire protection;Full-scale fire simulation;

□ 연구개요 우주에서 일어나는 가장 흥미로운 현상중 하나는 초신성 폭발이다. 별이 가지고 있는 원자핵들은 핵연 소(nuclear burning)를 통해 가장 안정된 원소인 철(56Fe)로 진화하게 된다. 그 이후 더 이상 열에너지 공급이 이루어지지 못함으로 인해 중심으로 으로 원자핵들이 모여들어 충돌을 하게 되고, 그 결과 초신성 폭발로 이어진다. 이러한 현상을 물리학적으로 이해하기 위하여 세계의 많은 천체물리 그룹에서 컴퓨터 시뮬레이션을 진행하고 있다. 본 과제에서는 초신성 폭발 혹은 중성자별-중성자별 충돌 시 컴퓨터 시뮬레이션에 이용되는 고온 고밀 도 핵상태방정식을 새롭게 구성한다. □ 연구 목표대비 연구결과 초기의 연구목표는 통계학적 방법으로 상태방정식 완성하여 천체물리시뮬레이션 커뮤니티에 제공하는 것에 있었다. 그러나, 공동 협력기관의 천체 시뮬레이션 결과를 확인하며 수정 보완하는 기간이 길어짐에 따라, 현재도 공동연구를 수행 중에 있다. 그에 비해, 공동연구에 많은 인력이 필요하지 않은 연구, 특히 차가운 중성자별의 상태방정식에 대한 연구는 논문으로 출판되는 결과를 얻었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 현재 국내 초신성 폭발 시뮬레이션 그룹이 없는 상태에서 핵상태방정식을 구성하는 것은 신진연구자들에게 새로운 기회를 제공해줄 수 있다. 즉, 본과제를 함께 수행할 대학원생들에게 새로운 분야에 대한 연구를 함께 수행함으로써, 천체 시뮬레이션 전문가로서 성장할 기회를 얻을 수 있다는 것이다. 이러한 기회가 축적되고 전문가의 수가 늘어나게 되면 국내에서도 천체 폭발 시뮬레이션 그룹이 만들어질 수 있는 계기가 될 수 있으리라 생각한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임연환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중성자별;상태방정식;초신성폭발;핵물질;대칭에너지; 2. Neutron Stars;Equation of States;Supernova Explosion;Nuclear Matter;Symmetry Energy;

□ 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 연구의 목표는 토모테라피 치료계획에 사용되는 여러 매개변수와 DQA 결과의 상관관계 분석 및 Dosiomics를 통한 선량분포와 DQA 결과의 상관관계를 분석하고 이에 따른 feature들로 복합적인 머신러닝을 구성하여 DQA 결과를 예측하고 치료계획 시 조정이 필요한 매개변수를 제시하는 인공지능기반 시스템을 구축하는 것임. 최종적으로 토모테라피 치료 정확도 및 안정성 향상을 위한 인공지능 기반 방사선 치료계획 보조 시스템(RTP assistant system)을 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 가톨릭 중앙의료원 산하 병원에서 수집한 다양한 토모테라피 시스템 기반 암환자의 치료계획 및 DQA 결과 데이터를 기반으로 다양한 환자 집단의 데이터를 확보함. - 수집된 데이터를 기반으로 방사선 치료계획과 DQA 결과 간의 상관관계를 분석하고 특정 치료계획 매개변수가 DQA 결과에 미치는 영향을 확인함. - 연구에서 개발된 다양한 회귀, 분류, 앙상블 모델을 비교 분석한 결과 Voting Classifier와 Stacking Classifier가 가장 높은 성능을 보임. - 토모테라피 치료계획의 매개변수 조정과 선량분포의 변화가 DQA 결과에 미치는 영향을 정량적으로 예측할 수 있는 인공지능 모델 성능 향상 및 최적화 - 모든 모델에 최적화 된 하이퍼 파라미터들을 적용하여 임상 현장 활용을 위한 예측 성능 평가를 수행함. - 도출된 파라미터들을 재계획에 반영 후, Pass rate 평가를 통해 인공지능 기반 토모테라피 방사선 치료계획 보조 시스템을 구축함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [연구과제의 활용계획] － 본 연구를 통해 토모테라피 DQA 결과를 예측하는 모델을 개발함으로써 DQA 측정 전에 실패할 가능성이 있는 치료계획을 미리 확인할 수 있음. 이는 임상 적용 시 DQA 시간과 비용을 줄일 수 있으며 치료계획의 정확도를 보장할 수 있음 － 가톨릭 중앙의료원 산하 병원 데이터를 이용함으로 Tomotherapy Hi-art, Radixact X7, Radixact X9 등 모든 토모테라피 시스템에 적용할 수 있음. － 개발한 시스템을 기반으로 토모테라피 포함 다양한 방사선치료 장비를 이용한 IMRT, SBRT, SRS 등의 다양한 치료기법의 방사선 치료계획 데이터를 수집 및 연구하여 인공지능 기반 통합 DQA 분석 프로그램을 개발할 수 있으며, 인공지능 기반 방사선치료 보조 시스템으로써 고정밀 방사선치료의 정확도를 향상시킬 수 있음. [기대효과] 1. 기술적 측면 - 본 연구기관에서는 다양한 토모테라피 장비(Hi-Art, TomoHD, Radixact X7, Radixact X9)와 치료방식(Tomo-helical & Direct)이 가능하여 광범위한 환자 데이터 수집 가능함. 이러한 환자 데이터들을 학습시킴으로써 한 가지 조건에 국한하지 않고 범용적으로 토모테라피 치료에 적용 가능함. - 본 기관에서는 상기 내용과 같이 다량의 축적된 데이터를 수집 및 학습시킬 수 있는 환경이 조성되어 있기 때문에 결과 예측 모델에 대한 높은 정확성을 기대할 수 있음. 2. 경제적 ․ 산업적 측면 - DQA를 실시했을 때 결과를 기준으로 허용범위 이내면 치료를 진행하지만, 벗어나는 경우 재치료 계획을 시행해야 함. 본 연구를 통해 결과에 영향을 미치는 치료계획 매개변수를 미리 파악하고 이를 고려한 치료계획을 진행한다면 방사선치료를 위한 준비 시간이 단축될 것이며, 단축된 시간만큼 치료 시간을 확보할 수 있음. - 방사선치료 수요가 증가함에 따라 방사선치료 기술에 대한 시장성이 큰 현단계에서 개발한 시스템에 대한 전략을 세워 독보적인 위치를 확보한다면, 시장 선점에 따른 수입대체 및 수출로 인한 국부 증대가 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강영남
• 주관연구기관 : 가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 토모테라피;환자별 선량전달 정도관리;인공지능;방사선치료계획 매개변수;정도관리 통과율 결과 예측; 2. Tomotherapy;Patient-specific Delivery Quality Assurance;Artificial Intelligence;Radiation Treatment Plan Parameter;Prediction of Quality Assurance Passing Rate;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김광섭
• 주관연구기관 : 한국기계연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 나노구조체;그래핀;태양 복사에너지;능동제어;전기차; 2. Nanostructure;Graphene;Solar Radiative Energy;Active Control;Electric Vehicle;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김호진
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. CT/CBCT 영상;방사선치료;인공지능;인공음영 저감;방사선치료결과 예측; 2. CT/CBCT Image;Radiotherapy;Artificial Intelligence;Metal Artifact Reduction;Radiation Outcome Prediction;

□ 연구개요 미세유체 칩열량계를 개발하여 세포에서 발생하는 열을 측정하고 이를 통해 세포대사율을 정량측정함. 기존에 개발하였던 칩열량계를 세포대사열을 측정하기 용이하도록 미세유체기능을 추가하고, 측정민감도 및 측정안정성을 개선하여 다양한 약물을 처리하였을 때 세포대사율 변화를 분석하는 방법을 확립함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 칩열량계 성능 개선: Thermistor 온도센서의 전기적 특성을 분석하고 온도측정 민감도를 10 μK 수준으로 향상. Parylene bonding기술을 사용하여 측정챔버부피를 개선하여 volume-specific power resolution을 세계최고수준으로 확보. Droplet microfluidic를 접목하여 droplet을 이용한 유체조작. 항체를 이용한 세포포획 및 분리. - 측정환경 개선: Radiation shield를 on-chip 진공에 적용하여 열손실 감소. 온도 안정성이 10 μK 수준의 thermostat 개발. - 세포의 대사율 정량분석: 대사열 측정 민감도 100 pW 수준 확보. 부착세포와 부유세포에 대한 세포대사열 측정. 약물 처리시 대사열 변화 측정. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 세포대사열을 높은 민감도로 측정할 수 있는 미세유체 기반의 열량계는 대사관련 질환뿐 아니라, 암, 노화 등 다양한 영역에서 기초연구 및 응용연구에 활용될 수 있음. 특히 신약개발 시에 약물의 효과를 검정하기 위한 세포기반 검정법으로 활용될 수 있어 상용화 가능성도 높은 원천기술 개발연구임. 향후 기술을 더 발전시키고 처리량을 높여 실질적인 세포기반 검정이 가능한 기법으로 발전시키고 다양한 응용연구에 활용하고자 함. 이를 통해 새로운 세포대사율 측정기법으로 활용되어 의학 및 생물학 전반에 활용될 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이원희
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세포대사열;칩열량계;패릴린;미세유체; 2. cell metabolic heat;chip calorimeter;parylene;microfluidics;

□ 연구개요 본 연구의 목적은 방사성동위원소에 의해 발생하는 체렌코프방사의 에너지를 광감제에 전달함으로써 방사성동위원소를 광감제의 excitation source로 활용하여 기존 광역동치료의 한계점(빛 투과의 한계로 인하여 피부암 또는 내시경 접근 가능한 암에만 적용할수 있다는 점)을 극복하는 새로운 항체 기반 표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 ① 1단계 목표: (ⅰ) 방사성동위원소(Radioisotope, RI)가 표지된 항체 개발을 위한 암 특이적인 수용체에 결합하는 항체 선정 및 이의 RI 표지 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 Cerenkov luminescence(CL) 확인 (ⅲ) CL-기반 광역동치료에 활용 할 수 있는 광감제를 선정 → 연구 결과: (ⅰ) 암에 특이적으로 과 발현하는 HER2 수용체에 선택적으로 결합하는 항체 trastuzumab을 방사성동위원소의 전달 platform으로 선정하고 방사성동위원소 ⁶⁴Cu 표지 조건 확립 (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL 확인 및 CL에 의해서 여기 되는 광감제 protoporphyrin IX(PpIX)를 광감제로 선정. ② 2단계 목표: (ⅰ) PpIX의 암세포에서 축적하는 것을 확인 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 CL energy의 광감제 전달 평가 (ⅲ) RI 표지 항체와 광감제의 combinational treatment로 인하여 in vitro 및 in vivo 항암효과 평가 → 연구 결과: (ⅰ) 5-aminolevulinic acid(5-ALA)에 의한 PpIX의 암 선택적 축적 확인(in vitro 및 in vivo) (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL energy의 PpIX 전달 확인 (ⅲ) 5-ALA 및 ⁶⁴Cu-DOTA-trastuzumab의 combinational treatment로 인한 in vitro 및 in vivo 항암효과 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 난치성 암의 치료에 있어서 부작용 및 재발 가능성이 높은 기존 방사선치료 및 화학요법의 단점을 극복하기 위한 새로운 체렌코프방사 에너지 전달 기반 암-표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 목적이 있고, 이의 달성을 통해 기대되는 효과는 다음과 같은. ① 난치성 암에 대한 새로운 치료 regimen 제시: 암으로 인하여 사망하는 환자의 대부분은 뼈, 폐, 간 및 뇌 전이암으로 인하여 사망함. 따라서 원발암의 수술적 제거 이후에 전이암에 대한 효율적인 치료 여부가 질병 예후를 결정함에 있어서 가장 중요한 부분임. 하지만 전이암의 치료는 현재까지 화학요법에 크게 의존하고 있는데, 화학요법은 부작용 및 다중약물내성에 의한 낮은 임상 효율로 인하여 환자 삶의 질을 저하시키고, 실질적으로 사망률을 낮추는 데에 효율적이지 않음. 따라서 환자의 부담을 줄일 수 있고, 치료효율이 높은 새로운 치료 방법의 개발이 시급한 가운데, 방사성동위원소 기반 표적 광역동치료는 기존 치료 방법의 대안으로 제시될 수 있음. ② 국민 보건복지의 향상에 기여: 본 연구에서 제안하는 암 표적 광역동치료의 유효성이 입증된다면, 본 치료 방법을 다양한 암 종에 적용 할 수 있기 때문에 인류 생명 연장의 가장 큰 걸림돌인 암을 극복하는 것에 있어서 크게 도움이 될 것이라고 예상함. 또한 암의 치료효율의 증진과 부작용의 최소화, 그리고 치료 기간을 단축시킴으로써 국가적 의료비용 절감과 국민 보건복지의 향상에 기여할 것이라고 예상됨. ③ 의료용 방사성동위원소에 새로운 가치 부여: 방사성동위원소 기반 체렌코프방사 에너지 전달을 광감제의 excitation source로 이용함으로써 종양의 진단에만 국한되었던 진단용 방사성동위원소의 연구 활용범위를 크게 확장 시킬 것이라 예상됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강지수
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사성동위원소;체렌코프발광;광역동치료;항체;표적 치료; 2. Radionuclide;Cerenkov Luminescence;Photodynamic therapy;Antibody;Targeted therapy;

□ 연구개요 수계 전해질 기반의 금속공기전지는 기존 상용화된 리튬이온전지와 달리 안정적이고 높은 에너지밀도를 갖고 있어 주목을 받고 있음. 특히 아연공기전지는 아연 금속의 높은 안정성 및 가격 경쟁력을 바탕으로 많은 기업이 아연공기전지기반의 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있음. 하지만 아연공기전지의 주요 문제점인 충⸱방전 시 일어나는 산소 환원 및 발생 반응의 느린 속도로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 가지 반응을 활성화할 수 있는 전기화학촉매는 필수요소임. 본 연구를 통하여 차세대 전기화학촉매 개발과 더불어 수계 전해질 기반의 금속공기전지 개발 및 시스템 최적화를 진행하였음. 더 나아가 방사광 X-선 기반 분석 기술을 이용하여 차세대 전기화학촉매의 반응 메커니즘을 규명하였음. 특히 금속 산화물 기반의 전기화학촉매는 전이금속과 산소 등으로 이루어진 결정구조로 X-선 회절 분석법을 통해 구조 분석이 가능함. 또한 차세대 전기화학촉매의 이해도를 높이기 위해서는 결정구조뿐만 아니라 물리 화학적 구조분석이 동시에 이루어져야함. 특히 방사광 X-선 기반 분석 기술 중 물질의 전자구조와 원자들의 거리에 따른 정보 등을 파악할 수 있는 X-선 흡수 분광법을 통하여 연구를 진행하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 통하여 최종 목표였던 피로클로르 산화물 (pyrochlore, A₂B₂O₇) 기반의 차세대 금속공기전지용 전기화학촉매를 개발하였음. 특히 비스무트 (Bi) 및 이트륨(Y) 등의 다양한 A-site 금속들과 4d 오비탈 기반의 루테늄 (Ru) 및 5d 오비탈 기반의 이리듐 (Ir) 등의 B-site 전이금속들을 이용하여 우수한 산소 환원 및 발생 반응 (ORR/OER)을 나타내는 차세대 전기화학촉매를 개발하였음. 더 나아가 선정된 피로클로르 산화물 기반의 전기화학촉매 후보 물질에 대하여 방사광 X-선 기반 분석기술을 이용하여 구조적 이해도 향상을 통한 디자인 전략을 수립하였음. 이를 위하여 경 X-선 기반의 흡수 분광법을 이용하여 금속 산화물 기반의 차세대 전기화학촉매 내에 존재하는 다양한 금속 및 전이금속의 전자 및 국부 구조를 분석하였음. 특히 피로클로르 산화물내의 A-A, A-B, B-B, A-O 및 B-O 등의 다양한 결합에 대한 길이와 각각의 원자에 대한 배위수 분석을 통하여 국부 구조 파악이 가능하였음. 또한 in situ X-선 흡수 분광 분석용 삼전극 전지 개발을 통하여 산소 환원 및 발생 반응 시 발생하는 전기화학촉매의 물리 화학적 변화를 분석함으로써 반응 및 열화 메커니즘을 규명하였음. 더 나아가 본 연구를 통해 개발한 피로클로르 산화물 기반의 공기 양극을 이용하여 아연공기전지의 충⸱방전 성능을 향상시켰으며 친환경적인 차세대 전지 기술로 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 개발된 전기화학촉매는 금속공기전지 뿐만 아니라 동일한 산소 환원 및 발생 반응을 활용하는 수소연료전지의 성능 향상에도 기여할 것으로 기대함. 더 나아가 차세대 전지 및 에너지 소재 연구와 방사광 X-선 기반 분석 기술의 융합을 통해 시너지 효과를 기대함. 특히 금속공기전지는 친환경적인 차세대에너지원으로써 리튬이온전지, 태양전지 및 수소연료전지와 함께 전기자동차와 다양한 전자기기 등에 활용되어 녹색 기술 구현이 가능함. 또한 최적화된 방사광 X-선 기반 분석 기술의 활용 범위를 전지 산업 및 타 연구 분야로 확대함으로써 융합 연구를 선도하고 산업화에 이바지할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박주혁
• 주관연구기관 : 계명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전기화학촉매;피로클로르 산화물;아연공기전지;X-선 흡수 분광법;방사광; 2. Electrocatalyst;Pyrochlore oxide;Zinc-air batteries;X-ray absorption spectroscopy;Synchrotron radiation;

□ 연구개요 재생의학에 있어서 줄기세포를 세포치료제로 이용하기 위해서는 면역 적합성의 극복이 필요함. 이를 위해 환자의 세포를 추출하여 체세포 핵치환 또는 유도만능줄기세포를 제작하여 다시 환자에게 이식하는 방법이 가장 보편적으로 알려져 있으나, 이는 자신의 세포를 이용해야하기 때문에 세포치료제로서 일부 제한점이 있음. 본 연구의 목표는 기존의 만능공여자 세포주 구축에 따르는 여러 약점을 보완하기 위해 체세포 핵치환 기술을 이용한 만능공여자 세포주를 구축하여, 분화된 면역세포의 면역회피 기전 및 세포치료제로서의 안전성 검증을 통해 체세포복제 만능공여자세포의 전임상 단계 연구적 가치를 입증하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 B2M 유전자를 표적으로하여 HLA class I 분자의 넉아웃을 통해 동종 T세포의 반응을 유도하지 않는 ‘Off-the-shelf’개념의 면역거부회피를 통해 저면역세포치료제를 개발하고자 연구를 진행하였음. 본 연구는 저면역원성 체세포복제 배아줄기세포를 수립하여 NK세포와 γδ T 세포로 분화를 유도하여 B2M 유전자가 소실되어도 정상적인 면역세포로의 분화 가능성을 제시함. 나아가서, 저면역 만능공여자 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 위해 B2M 유전자를 표적으로 하여 HLA class I 분자를 넉아웃하고, 이어서 CIITA유전자를 표적으로 하는 HLA class II transcription factor를 넉아웃 하여, 항생제 처리를 통한 세포주 선발을 진행하였음. 기존의 면역관련 유전자 편집세포주의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 가능성을 높이고자 NMN을 체세포복제배아에 처리하여 배아줄기세포주 수립을 위해 배반포 품질을 향상시키는 연구에 도입하였음. 체세포복제 후 난자에 NMN을 처리하여 각 그룹별로 배반포 갯수, 생성된 배반포의 전체 세포수 및 내부세포괴 갯수의 분석을 통해 체세포복제 배반포 품질을 향상시키는 결과를 획득하였음. 나아가서 기확립된 Class I/II 넉아웃 유전자 편집 세포주를 사용하여 체세포복제시 CD47을 주입하여 다중 유전자 편집 체세포복제 배아줄기세포주 수립을 목표로 연구를 진행하였음. 하지만 의외의 결과로 CD47을 overexpression 시킬 경우 체세포복제 배반포 생성이 높은 효율로 증가되는 것을 확인함. 또한 본 연구의 연장선으로 6주령의 human fetus skin fibroblast cells 분리하여 대량 배양하였으며, 공여자 적합성 평가 완료하였음. 목표대비 결과를 끌어내는 게 순조롭지 않았으나 연구과정 중 의도치 않은 여러 발견을 통해 특허출원을 하고 목표에 가까운 결과를 도출하였음. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 면역결핍 체세포복제 배아줄기세포주 수립 기술은 그동안 만능공여자 배아줄기세포주 구축에 따르는 여러약점들을 보완할 수 있으며, 그 외의 많은 유전자 편집 체세포 복제 배아줄기세포 치료제를 개발하는 데 있어 활용가능성을 기대할 수 있음. 기존의 체세포복제 배아줄기세포주 수립의 장애를 극복하기 위해 발굴한 고품질 체세포복제 배반포 생산 효율인자는 각종 체세포복제 배아줄기세포주 세포치료제 개발에 도입하여 낮은 복제배아 효율을 극복할 수 있는 원천기술 개발로의 활용 가능 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이아름
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체세포복제;만능공여자세포;배아줄기세포;면역세포분화;면역세포치료제; 2. Somatic Cell Nuclear Transfer;Universal Donor Cells;HLA class I;HLA class II;Immune Cells;