□ 연구개요 식물면역 단백질인 NPR1은 전사공활성인자로 많이 연구되었지만 우리 연구진은 NPR1이 엽록체에도 존재함을 밝힘으로써 dual localization (핵, 엽록체), dual role(전사인자, redox에 따른 역행신호분자)의 단백질임을 증명하였다. 엽록체에 oligomer 형태로 유입되어 다량으로 존재하다가 스트레스 등 외부 환경변화와 Circadian Rhythm에 따른 redox 변화에 따라 엽록체에서 나와서 세포질을 경유한 후 Importin 복합체를 형성하여 핵공을 통해 핵으로 유입됨을 확인하였다. 이로써 NPR1이 실제 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호단백질임을 증명하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 연구 목표: NPR1의 역행신호분자 작용, 한 개의 단백질이 다른 위치, 다른 기능 o 고염분 스트레스에서 NPR1은 엽록체에 축적되며 chaperone과 antioxidant로서 작용하여 protein homeostasis를 유지함으로써 광합성능을 제고하고 스트레스 저항성을 높여주는데 엽록체에서의 NPR1의 이러한 기능은 핵에서의 전사활성인자 외에 새로운 분자적, 생리적 기능이 확인된 것임 o RbcL의 chloroplast transit peptide (cTP) 유전자 절편을 NPR1의 5’에 결합하여 제조한 엽록체 표적 NPR1-GFP 단백질 (p35S::cTP-NPR1-GFP)이 엽록체에서 다량의 oligomer로 존재하였지만 고염분 스트레스 이후 핵에서 monomer로 확인됨 o pNPR1::NPR1-GFP의 형질전환식물체를 이용하여 핵 NPR1의 존재가 Circadian Rhythm 양상을 나타내었으며 NPR1에 의해 조절되는 PR 전사체가 유도됨 o 엽록체에서 cTP를 제거하는 stromal processing peptidase의 돌연변이체 애기장대(spp)에 vaccum filtration된 cTP-NPR1-GFP에서는 고염분 스트레스 처리에서도 핵NPR1이 존재하지 않았는데 이는 스트로마에서 cTP가 제거되지 않았기 때문에 핵으로의 이동도 일어나지 않은 것임 ➔ NPR1은 엽록체에서 핵으로 이동하는 역행신호분자, dual localization, dual role o 엽록체→핵으로의 역행이동은 암상태에서 더 뚜렷하게 나타나며, 빛에 노출되면 엽록체 NPR1과 핵 NPR1의 반감기가 짧아지며, 단백질 분해는 proteasome에 의해 이루어지므로 NPR1의 light-induced proteasome degradation을 나타내었음 o 기능유전체 분석을 위해 NPR1의 역행이동이 활발한 시기와 역행이동이 일어나지 않는 시기를 구별하여 RNA-sequence를 수행한 결과 Nuclear Localization Signal (NLS)에 결합하여 표적 단백질의 핵 유입에 관여하는 Importin factors를 구성하는 단백질의 전사체인 Importin a-1b, Importin B, Nuclear Transport Factor, Ran-Binding Protein 7을 확인하였음, 역행이동단백질의 새로운 핵유입기작 제시 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) o NPR1은 스트레스 및 병저항성을 유도하는 역행신호전달인자이며, 엽록체에서는 항산화기능을 갖는 단백질로서, 세포내 위치 및 형태에 따라 서로 다른 기능을 확인 ➔ 특정 단백질이 세포내에서 두 개 이상의 서로 다른 위치에 존재함으로써 세포가 환경변화에 효율적으로 대응하고 세포내 다양한 과정을 조절할 수 있는 중요한 조절기작임을 확인하여 단백질 기능의 새로운 기초 이론 창출에 기여 o 병원균 감염에 의해 SA의 증가로 인해 환원적 상태가 되면 NPR1의 oligomeric 형태에서 이황화다리가 깨어져 monomer로 전환되어 핵으로 유입된다는 이론 ➔ 엽록체에서 세포의 분자적 조절을 위해 세포질로 이동 후 Importin factor가 NPR1의 NLS에 부착, 핵공을 통해 핵안으로 유입 ➔ 신호단백질의 새로운 핵유입기작 이론 제공 o 엽록체 역행신호단백질의 실질적 이동을 증명 ➔ Abiotic/Biotic 스트레스 저항성 유도에 활용하여 저항성 작물 선발 및 작물 제작, 엽록체 광합성능 제고에 활용 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박기영
• 주관연구기관 : 순천대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 역행신호전달;엽록체;활성산소;스트로마 프로세싱 분해효소; 2. Retrograde signaling;NPR1;chloroplast;reactive oxygen species;Stromal Processing Peptidase;

□ 연구개요 펨토초 레이저의 고차조화파 발생을 통해 초고속-고선속 극자외선 광원을 개발하고, x-선 자유전자레이저, 초강력 펨토초 레이저 등과 함께 활용하여 다양한 조건의 나노플라즈마 생성 및 진단기법을 개발하였다. 이를 통해 나노플라즈마에서 발현되는 양자현상 및 비평형 상태의 물성을 나노미터–펨토초 수준에서 측정, 이해하고 나노플라즈마를 이용한 응용기술을 개발하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 초고속 XUV 광원 개발 및 나노플라즈마 연구 응용 - XUV 분광기 개발 / 고차조화파 발생용 챔버 제작 - 펨토초 XUV (50~100 eV)발생, 펨토초 펌프- XUV 프로브 빔라인 구축 - 2색 레이저 시스템을 이용한 모든 정수차수 고차조화파를 포함한 XUV 발생 - 축퇴 알루미늄 플라즈마에 대한 XUV 펌프-프로브 시연 - WDAl의 극자외선 불투명도 측정 연구 - WDAl의 초고속 비평형 전자 동역학 연구 - 금 나노플라즈마의 초고속 광학적 성질 변화 측정 - Chirped pulse 활용 주파수 영역 간섭계 개발 - 나노플라즈마의 불투명도 계산 연구 ■ X-선 자유전자 레이저 및 초강력 레이저 활용한 나노플라즈마 연구 - 비평형 Warm Dense Cu에 대한 fs-XAS 측정 - 귀금속의 녹는 순간의 비평형 전자 동역학 규명 - WDM의 전자-포논 결합도 측정연구 - 금의 melting 과정에 대한 시분해 Grazing Incident SAXS (GISAXS) 측정 연구 - 레이저-플라즈마 활용 200~1000 eV 영역의 연 X-선 광원 발생 및 펌프-프로브 셋업의 개발 및 시연 - Warm dense C 나노박막의 펨토초 레이저 melting 현상에 대한 x-선 흡수 분광 진단 - 고에너지밀도 탄소 및 Warm Dense Diamond의 결합구조 변화 측정 - 고출력 레이저 나노플라즈마 생성 및 Kα 방출분광 진단 연구 - Si 나노와이어 플라즈마 생성 및 Double core-hole Ka 분광 측정 - 실리콘 플라즈마 내 hollow atom 생성 - 나노 슬랩 플라즈마의 Coherent Transition Radiation(CTR) 측정 및 상대론적 전자 펄스의 에너지 수송 기작 규명 - 고에너지밀도 플라즈마의 불투명도 계산연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구성과는 플라즈마 시스템에 대하여 새로운 연구도구인 XUV와 XFEL의 적용을 통해 플라즈마 과학의 발전과 나노플라즈마 시스템에 대한 측정기술의 정확성 향상을 이루었다. 특히 축퇴플라즈마의 초고속 물리량 측정기법, XFEL-나노플라즈마 상호작용에 대한 연구는 기술 혁신과 학문 간 융합기술의 발전에 기여하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조병익
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 나노플라즈마;극자외선;엑스선 자유전자레이저;펨토초 레이저;비평형 동역학; 2. nano plasma;Extreme Ultravaiolet;X-ray Free Electron Laser;Femtosecond Laser;Nonequilibrium dynamic;

□ 연구개요 본 과제의 궁극적 연구목표는 “국내 핵폐기물 처리방향 제시”이다. 원자력 발전을 하고 나면 그 부산물로서 방사성 폐기물이 필연적으로 발생된다. 고준위 폐기물에는 수명 핵종이 다량 포함되어 있기 때문에, 그 방사능의 잠재 위해도가 자연 수준으로 감소하기까지 수 만년이 걸리며 수백년동안 높은 방사선과 붕괴열을 방출하는 특성을 갖고 있다. 본 과제는 국내 핵폐기물 처리방향 제시를 목표로한다. □ 연구 목표대비 연구결과 가속기 구동 핵변환 시스템에서 고밀도 양성자 발생장치가 많은 비중을 차지하는데 보통 양성자 에너지는 1 GeV 정도가 필요하고 그 출력은 최소 10 MW가 필요하다. 이 부분의 한 후보로 상세 사이클로트론 설계를 한다. 그림 1에서 보듯이 현재 존재하는 가장 고밀도 양성자 발생장치는 사이클로트론이며 향후 10 MW 급 사이클로트론도 스위스 PSI에서 개발예정이다. 본 과제에서는 핵심 부분으로 실제 운전에 사용될 수 있는 상세 사이클로트론 설계를 하였다. 운영 중이거나 건설예정인 국내 가속기를 활용할 수 있는 방안에 대한 조사를 하는 것이다. 국내에는 거대 규모의 가속기가 이미 운영 중이거나 (경주 양성자 가속기) 건설 예정중인데 (대전 중이온 가속기) 새로 가속기를 건설하는 것이 아니라 기존의 가속기를 바로 활용 할 수 있도록 안을 제시하는 것이다. 참고로 현재 개념설계가 완료된 한국형 중이온 가속기는 가장 가벼운 양성자에서 무거운 우라늄까지 가속기 가능하도록 제안되고 있다. 조사결과 두 시설은 각 기관의 고유사업에 집중적으로 운영이 되어야 하는 상황으로 핵변환 시스템 연구에는 적합하지 않다는 결론을 내렸다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) * 에너지 측면에서의 중요성 원자력 발전을 하고 나면 그 부산물로써 방사성 폐기물이 필연적으로 발생되는데 이중 고준위 폐기물에는 장수명 핵종이 다량 포함되어 있기 때문에 그 방사능의 잠재 위해도가 자연수준으로 감소하기까지 수십만년이 걸리며 수백년동안 높은 방사선과 붕괴열을 방출한다. 세계적으로 이에 대한 해법을 찾는데 많은 지원을 하고 있는데 우리 나라에서는 아직 이에 대한 연구가 진행되고 있지 않다. 따라서 본 연구과제를 통해 가속기 구동 핵변환 시스템의 원천 기술 개발에 대한 연구와 향후 방향을 제시함으로써 고준위 폐기물 처리 및 대체 에너지 개발에 획기적인 전기를 마련할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 신승환
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 핵폐기물;구동용가속기;사이클로트론; 2. Nuclear waste;Accelerator driven system;Cyclotron;

□ 연구개요 섬광검출기 기반의 투과형 검출기 (Transmission detector) 개발로 방사선(X-ray, Proton) 치료전 품질보증 (Quality Assurance)과 치료빔 온라인 분석을 통해 방사선 치료의 오류를 거의 실시간으로 검출하고 선량 검증할 수 있는 방사선 치료 품질 보증 시스템을 구축한다. 그리고 이를 통하여 방사선치료의 오류 가능성을 제거하고 치료품질 향상에 최적화된 품질보증 원천기술을 확보한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 섬광검출기에서의 X-ray빔, Proton 빔 측정 타당성 확인 • Linac 6MV, 10MV에서 Beam Profile 및 Transmission factor 확인 • Proton beam 대표에너지 (70 MeV, 110 MeV, 150 MeV등) 에서의 Beam Profile 및 Transmission factor 확인 ■ 선형가속기용 투과형 검출기 제작 및 치료환자QA 적용 • 선형가속기용 시스템 개발 및 환자 QA시의 섬광 이미지 분석 • 치료빔 온라인 분석 및 비교 기능 구현 • 비교 후 임상적용 가능성 도출 ■ 양성자치료기용 투과형 검출기 제작과 환자 QA 적용 • 양성자 치료기 Snout 부착 가능한 투과형 검출 시스템 개발 • Patient-specific QA Image (position, intensity) 분석 • Beam Online-monitoring 기능 개발 ■ 투과형 검출기 시스템을 이용한 온라인 분석 및 선량 검증 시스템 구축 • 선형가속기용과 양성자치료기용 투과형 검출기의 온라인 모니터링 시스템 통합 개발 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구 결과는 방사선치료 온라인 검증 시스템 개발 결과로 방사선 (X-ray, Proton) 치료 전 품질보증 (Quality Assurance)과 치료빔 온라인 분석을 통해 방사선 치료의 오류를 검출하고 온라인으로 선량 검증할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다는 중요성이 있다. 또한 기존 상업적으로 사용하던 Ion Chamber나 Diode detector 기반의 투과형 검출기가 가지는 공간분해능의 단점을 해결함과 동시에 섬광판과 카메라로 구성되는 저비용 시스템으로 치료 방사선 모니터링과 그 품질보증 원천기술을 최초로 확보할 수 있어서 본 연구의 파급효과와 잠재성은 매우 크다고 할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 안성환
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;X-ray 치료;양성자 치료;섬광검출기;투과형검출기; 2. Radiation Therapy;X-ray Therapy;Proton Therapy;Scintillator Detector;Transmission Detector;

□ 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 본 연구는 자연적으로 발생한 악성 종양 환자에서 뇌, 두경부, 척수, 비뇨기, 생식기 등 다양한 악성 종양의 관류 데이터를 CT관류검사, MR 관류검사, 조영증강 초음파검사로 평가하여 종양의 관류를 바탕으로 방사선 치료에 대한 조직 반응을 조기에 평가하여 종양의 크기 변화를 바탕으로 평가하는 기존의 방법을 대체할 조기 진단기준을 제시함 □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 『방사선치료 후 종양조직의 관류를 조영증강 초음파검사 및 관류CT검사로 정성/정량 분석하여 종양조직내 혈관 밀도의 감소와 관류저하를 바탕으로 종양의 크기 변화가 나타나기 전 방사선치료에 대한 치료반응을 조기에 진단함으로써 추가적인 항암요법 등 치료계획 수립과 환자 예후를 평가할 수 있는 관류 기준을 제시하는 것』을 목표로 함. [1] 1차년도 연구목표:악성 종양 예측을 위한 혈관신생 정도 및 관류지표 제시 조영증강 초음파검사 및 관류CT검사를 통해 종양 혈관신생 및 관류지표를 정량적으로 분석한 후 조직검사로 확인한 종양내 혈관신생 및 분포와 비교하여 종양의 악성도를 예측할 수 있는 비침습적이고 정량적인 관류지표를 제시함 [2] 2차년도 연구목표: 방사선치료에 대한 종양 관류평가 기준 확립 1차년도에서 도출된 악성종양의 관류지표를 이용해 방사선치료 전/후의 종양조직의 혈관 밀도 및 관류량의 변화를 측정한 후 조직검사 결과 및 방사선치료 평가의 국제표준으로 이용되고 있는 ‘고형암 반응평가 기준’과 비교하여 관류평가 기준이 종양의 방사선 치료 반응을 조기에 예측할 수 있는지 규명하고, 데이터 수집함 [3] 3차년도 연구목표: 고주파온열치료 병행시 종양에 대한 영향을 관류평가 규명 방사선치료 후 나타나는 종양의 관류저하를 보완할 수 있는 고주파온열치료를 병행한 후, 두 치료가 종양 미세혈류에 미치는 영향을 평가함 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 연구를 통해 자연적으로 발생한 악성 종양에서 뇌, 두경부, 척수, 비뇨기, 생식기, 부신 등의 복강 장기에 걸쳐 광범위한 관류 데이터를 CT 관류검사, MR 관류검사, 조영증강 초음파검사로 평가하여 제시하였음. 이러한 관류 데이터를 바탕으로 방사선 치료 후 종양의 반응을 조기에 예측하여 환자 생존과 삶의 질에 기여하고, 즉각적인 임상적용이 가능함 - 또한, 기존의 고형암 평가 기준에 비해 방사선 치료 종료 후 60일 이내 변화가 나타나 치료 반응을 조기 평가한 후 추가 병행 치료를 적용할 수 있음 - 악성 종양에 적용할 수 있는 면역 요법이나 전기항암치료 등 새로 도입되는 다양한 치료에 대한 반응 평가 연구에도 적용가능해 폭넓은 후속연구 진행이 기대됨 - 본 연구를 통해 2명의 박사과정생을 양성하고 있으며, 6명의 석사과정생이 배출되어 관류분석에 대한 전문 지식을 갖춘 학문후속세대를 양성하는데 기여하고 있음 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최지혜
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 악성 종양;방사선 치료;관류;조영증강;CT 관류검사; 2. malignancy;radiotherapy;perfusion;contrast enhancement;CT perfusion;

□ 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;

□ 연구개요 최근 폐암을 비롯한 여러 암 발생과 진행에 있어 immune checkpoint가 중요하며 immune checkpoint inhibitor가 암 치료에 매우 효과적임이 밝혀지고 있음. 한편 성차가 있는 대장암에서는 immune checkpoint inhibitor의 효과에도 성차가 있을 것으로 추정됨. 이러한 배경에서 본 연구의 최종목표는 '대장암 발생과 진행에 있어서 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 상호관계를 규명하여 성차에 근거한 기전을 밝히고 이에 기반한 immune checkpoints inhibitor 효과를 극대화하는 방법 수립'하고자 함에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도: 염증성 대장암 유발 모델을 이용하여 androgen 및 estrogen이 대장암 발병 및 발생 위치에 미치는 영향 비교: 내인성 및 외인성 testosterone이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. 또한 대변 장내미생물 분석을 통해 testosterone 이 장내미생물총의 불균형을 초래하여 대장암 발생에 기여한다는 새로운 사실을 확인함. 2차년도: 대장암 성별 차이의 발생 기작으로 estrogen 또는 Nuclear factor erythroid 2 p45-related factor2 (Nrf2)의 immune checkpoints 발현에 미치는 영향: Male 대장암군에서 발생한 좌측대장 종양이 estrogen 처리에 의해 유의성 있게 감소했으며, 대장암군에서 증가한 PD-L1 발현 또는 감소한 ERβ 발현 역시 estrogen에 의해 감소 또는 증가했음. 이러한 PD-L1 발현 및 대장암 발생에 대한 estrogen의 항종양 효과는 야생형(WT)군 보다 Nrf2 결핍(KO)군에서 더 강하게 나타남. 특히 대장 tumor 및 non-tumor 조직에서 epithelial cell 보다는 암미세환경에 중요한 stromal cell과 mononuclear immune cell에서 PD-L1이 발현됨을 확인. 더 나아가 성별, 대장암, 에스트로겐, 나이 및 Nrf2 유전자에 의해 조절되고 동시에 이들에 영향을 주는 장내미생물을 규명함. 3차년도: 대장암 진행 및 전이에 있어 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 dual role에 대해 연구함: Estrogen은 DSS에 의한 대장염 발생 시기에 동시 복강주사해야 항종양 효과를 나타남을 확인하였고, 에스트로겐이 Nrf2 메틸화 수준을 저해함으로써 대장암 발생에 영향을 미칠 수 있음을 규명함. 이를 확실하게 밝하기 위해 MC38 대장암 세포주를 등에 주입한 male 대장암군과 비교하여 항-PD-L1 항체 및 estrogen 병용 투여시 MC38 female 수준으로 종양 성장이 저해되었고, 이는 Estrogen이 종양내 PD-L1 발현 및 종양 면역세포의 분포를 조절함으로써 대장암 저해에 관여함을 규명함. 또한 성별, 에스트로겐, 항-PD-L1 조절에 관여하는 장내미생물을 규명함. 4차년도: 인체 대장암 및 대장선종, 정상 조직에서 immune checkpoints 및 Nrf2 발현에 대해 알아보고 이의 성별 차이를 연구함: PD-L1 발현은 정상대조군보다 대장선종과 대장암군에서, 고식적 선종에 비해 톱니바퀴선종 조직에서 높게 발현하였음. 다변량 분석 결과, PD-L1 발현은 결합된 양성 점수(CPS) cutoff 가 1인 proximal CRC를 가진 남성과 반비례 관계, proximal CRC를 가진 여성은 dMMR/MSI-high 및 높은 EGFR 발현과 유의한 연관성을 보임을 확인함. 특히 COX-2, Nrf2, PD-1 mRNA 발현은 정상대조군보다 대장선종, 대장암군의 병변조직에서 유의하게 증가함을 확인. 건강대조군, 선종, 대장암 환자의 대변샘플 NGS 실험에서 락테이트와 뷰티레이트 생산 균주가 대장질환 예방에 기여할 수 있음을 규명함. 5차년도: 대장암 코호트에서 남녀별 Nrf2 및 immune checkpoints 발현이 대장암 병기 및 전이에 미치는 영향을 평가하고 immune checkpoints inhibitor 사용 유무에 따른 효과 연구: 대장암 진행에 따라 대장 병변조직 내 NRF2와 PD-L1의 발현증가를 확인하였고 이는 건강대조군 대장보다 높았음. 또한 NRF2 및 KEAP1의 메틸레이션 수준이 건강대조군보다 대장암 조직에서 낮음을 확인함. 또한 Ninjurin1 KO mouse AOM/DSS 대장암 모델에서 Ninjurin1과 남성호르몬 testosterone 이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 첫째, 과학적 연구 설계로 대장암 성별 차이의 중요성을 증명함. 대장암 연구에서 널리 사용되는 AOM/DSS 동물모델에 대한 성별 차이를 밝힘으로 향후 대장암 연구에서 성별 차이를 바탕으로 연구해야함을 매우 확실하고 과학적으로 밝힘. 둘째, 대장에서의 에스트로겐/Nrf2/면역관문 작용 기전에 대한 다양한 접근으로 성차의학의 이해를 도모. Nrf2의 역할을 에스트로겐 및 면역관문 억제제 anti-PD-L1과 관련해 재조명함으로써 대장암 치료에 있어 보다 안전하고 효율적인 맞춤요법 수립에 기여. 셋째, 대장암 예방 및 치료에 있어 프로바이오틱스의 효과적인 이용 가능성을 높임. 장내 미생물과 숙주의 상호작용을 성호르몬 및 대장암 치료제의 관점에서 접근하였고 probiotics를 통한 효과적인 대장암 예방 및 치료 전략수립의 근거를 제공. 넷째, 성차의학의 중요성에 대한 사회적 공감대의 형성에 기여. 성차의학의 발달은 성별 차이에 대한 지식을 보강하여 특정 성별에 검증되지 못한 부작용 가능성에 대한 관심을 유발함으로써 대장암은 물론 타 질환에서의 성차의학적 접근의 필요성에 대한 과학자들의 인식 형성에 기여함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김나영
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 대장염 및 대장암;AOM/DSS 마우스 모델;성별 차이;면역관문 PD-L1;코호트; 2. Colitis and colon cancer;AOM/DSS mouse model;Sex difference;Immune checkpoint PD-L1;Cohort;

□ 연구개요 근접장 복사열전달을 이용한 쇼트키 접합 기반 열광전변환 현상의 메커니즘을 분석하고, 나노스케일에서 실험을 통해 근접장 열광전변환 현상을 실증하고 열광전지 시스템의 성능 향상을 규명함. 또한, 근접장 열광전변환 현상 분석 및 실증 경험을 기반으로 태양광을 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 성능 분석 모델을 확립하고 실증함. □ 연구 목표대비 연구결과 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지의 층별 생산 광전류를 반영해 전력 생산량을 구하는 해석 모델을 개발했고, 다층 구조의 최적화를 통해 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지를 설계함. 또한, 쇼트키 접합 기반 광냉각기의 층별 전류 손실을 반영하여 복사 냉각 파워 및 COP를 계산하는 해석 모델을 개발하였고, 광학 필터 및 금속 재배열을 통해 근접장 광냉각기의 성능을 향상시킴. 근접장 복사열전달을 증폭하기 위해 표면 플라즈몬 공명 특성을 조절할 수 있는 금속 박막을 설계하고, 근접장 복사열전달 측정용 MEMS 디바이스를 제작, 집적된 열유속 센서를 이용하여 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달률을 측정하고 시뮬레이션 결과와 비교함. 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지 및 광냉각기에 적합한 반도체 및 금속 물질을 선정하고, 쇼트키 접합 광전지셀을 직접 제작한 뒤 성능을 체계적으로 분석함. 근접장 열광전변환 구현을 위해 히터와 거리센서가 탑재된 방사체 MEMS 디바이스를 제작하고, 나노 포지셔너를 포함한 실험장치를 구성해 쇼트키 접합 광전지셀과 평행도 및 나노 거리를 유지함. 방사체를 가열하고 광전지셀을 상온으로 유지하며 나노 거리에 따른 근접장 복사열전달 크기 및 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 열광전지를 구현함. 태양에너지를 열원으로 하는 근접장 태양 열광전지 시스템의 효율을 계산할 수 있는 모델을 확보하고, 태양 집광비와 흡수체 면적비 등 주요 변수에 따른 전력 생산량 및 시스템 효율을 파악함. 집광된 태양에너지를 구현하고, 방사체와 태양 흡수체를 포함하는 중간구조를 제작하여 가열함. 중간구조를 단열해 집광된 태양에너지로 고온 가열하고, 광전지셀과의 나노 거리를 변화시키며 전력 생산량 증폭을 측정하여 근접장 태양 열광전지를 구현함. 계획했던 1차년, 2차년, 3차년, 4차년 연구 목표 및 변경된 5차년 연구 목표를 100% 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 쇼트키 접합 기반 근접장 열광전지와 근접장 태양 열광전지가 최초로 구현되어 고효율, 고밀도 재생에너지 발전의 원천 기술이 마련됨. MEMS 기술에 기반해 나노 거리 구현 면적 및 발전 면적의 한계를 극복하여 실용성을 향상시키는 후속 연구를 진행하여 기술을 발전시킬 계획임. 또한, 근접장 복사열전달 기반 시스템의 다양한 성능 계산 모델과 구현을 위한 실험적 기법을 개발, 검증하였으므로 이를 신개념 근접장 복사열전달 기반 에너지 디바이스 제안 및 표면파를 이용한 열광전변환 성능 향상 등의 도전적인 실험 연구에 활용할 것임. 근접장 태양 열광전지는 쇼클리-퀘이서 한계를 뛰어넘는 고효율 및 고밀도 발전이 가능하여 태양에너지로부터 더 작은 발전 면적에서 더 많은 전력을 생산할 수 있음. 즉, 재생에너지 발전에 열악한 환경에서도 재생에너지 발전 비율을 늘릴 수 있는 전략적 중요 기술임. 또한, 태양에너지를 열 에너지의 형태로 변환한 다음 활용하므로 열 저장소와 결합하면 태양에너지 수급의 불안정성을 기존 EES보다 낮은 비용으로 극복할 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이봉재
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 근접장 복사열전달;표면 플라즈몬;쇼트키 다이오드;열광전변환; 2. Near-field thermal radiation;Surface plasmon;Schottky diode;Thermophotovoltaics;

□ 연구개요 본 연구는 저선량 방사선조사가 항염증효과를 나타내는 기전을 규명하고 임상연구 프로토콜을 개발하는 연구로 총 3년으로 계획되었음. 1차년도에는 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물 모델 탐색 및 구축하고자함. 2차년도는 저선량 방사선조사의 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색하고자함. 3차년도에는 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발하고자함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도: 저선량 방사선조사의 항염증효과 확인을 위한 적절한 동물모델 탐색 및 구축 - LPS의 기도삽관 및 기도절개 주입 방법 비교 예비실험을 통해 ALI 마우스 모델을 구축하고 저선량 방사선조사에 따른 항염증 억제 효과 확인을 위해 생존률 조사 및 폐렴 형성과 완화 과정을 CT로 실시간 측정하고 폐조직 분리 후 H&E 분석을 통해 염증 반응 양상을 확인하였음. 2) 2차년도: 항염증효과 기전 규명 및 최적효과 프로토콜 탐색 - LPS와 Bleomycin 염증 유도 효과를 비교하고 기도삽관 및 기도절개 주입법 차이를 비교하여 최종적으로 빛을 이용한 기도삽관으로 마우스 모델을 고도화하였음. - 0.5 Gy와 1 Gy 저선량 방사선조사의 염증 억제 효과 및 LPS 주입 후 24, 48, 96시간을 비교하여 방사선 조사조건의 변화에 따른 폐염증반응을 평가하였음. - 폐조직에서 싱글셀 준비 테스트로 BALF에서 세포수 및 세포생존율을 비교하고 면역세포 분포와 사이토카인 수치를 확인하였음. 3) 3차년도: 전임상실험 결과를 바탕으로 임상연구 프로토콜을 개발 - 폐조직에 대한 싱글셀데이터 생산 및 분석을 수행하였음. - 싱글셀 전사체 데이터 분석 결과를 기반으로 저선량 방사선에 의한 면역세포의 세포 단위별 영향과 기전을 확인하였음. - 전임상 데이터를 기반으로 임상 연구 프로토콜 작성하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기술적 측면: COVID-19의 전세계적 유행에 따라 저선량 방사선이 ARDS/ALI에 있어 임상적 효용성이 있을 수 있다는 조기 임상 결과가 발표되고 있지만, 이러한 항염증효과의 기전에 대해서는 아직 정확히 모름. 이는 중개연구로서 임상 -> 기초기전 연구의 필요성을 제기하였고, 본연구를 통한 기초자료는 다양한 염증성 질환으로 확대될 수 있음. 2) 경제적 측면: ALI/ARDS 관리를 위한 인한 중환자실 입원 기간의 감소 그리고 이로 인한 사망률 감소는 환자 및 병원 모두에 부과되는 경제적 부담을 줄여, 장기적으로는 국민 전체 중증 의료비 감소로 이어질 수 있음. 3) 임상적 측면: 치사율이 높은 ALI/ARDS의 치료 효과가 검증될 경우 이는 기존 ALI/ARDS의 관리법에 있어 중요한 발전이 될 수 있음. 또한 저선량 방사선치료의 항염증효과의 기전이 규명되면, 이를 활용하여 그 외 다른 염증성 질환, 예를 들어 염증성장질환의 급성 악화, 자가면역질환의 급성 악화, 골관절염의 급성 악화 등 다양한 형태의 항염증 효과에 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오동렬
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 저선량방사선;급성페손상;염증반응;면역반응;단일세포분석; 2. Low-dose radiation therapy;Acute lung injury;Inflammation response;Immune response;Single cell RNA sequencing;