비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 신호식
• 주관연구기관 : 주식회사더자연
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 바이오플라스틱;친환경플라스틱;축분유기자원;방사선;전자선; 2. bio plastic;eco friendly plastic;Livestock Organic;radiation;electron beam;

□ 연구개요 초고선량률 방사선 조사인 FLASH Radiation을 이용, 기존 Conventional 방사선 조사 방식 대비 마우스 심장에 미치는 영향을 조사하여 향후 FLASH 방사선 치료의 인간 대상 임상 시험 적용에의 기반 자료로 삼는다. □ 연구 목표대비 연구결과 C57BL/6 male 마우스를 대상으로 총 3개의 그룹으로 나누어 심장에 방사선 조사를 시행하였다. 대조군 그룹은 총 마우스 생존기간 조사목적으로 관찰하였으며, 나머지 두 그룹은 FLASH 10 Gy, 20 Gy, 30 Gy 조사 군과 Conventional 10 Gy, 20 Gy군으로 관찰하였다. 각 군별 마우스 부검은 6개월, 12개월 그리고 16개월에 시행하였다. 방사선 조사를 받은 심장조직은 기존 치료 방식인 Conventional 군에서 FLASH 군에 비해 전반적으로 통계적으로 유의한 정도 차이의 섬유화가 발생됨이 관찰되었다. 또한 FLASH 방사선 조사 그룹의 경우 마우스 심장 세포가 Conventional 군에 비해 전체적으로 비대해짐을 각종 염색을 통해 확인할 수 있었고 심장 내 혈관 주변조직의 경우도 Conventional 그룹에서 FLASH 그룹에 비해 섬유화가 더 많이 일어난 것을 조직 염색을 통해 확인할 수 있었다. 생존기간 분석에 있어서는 두 그룹의 명확한 차이가 실험 개체수가 적은 관계상 통계적으로 유의하게 드러나지는 않았으나 20 Gy 조사 군에서는 FLASH 군이 Conventional 군에 비하여 더 장기간 생존하는 것이 관찰되었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 마우스 심장에서의 FLASH 방사선 조사가 기존 Conventional 조사 방식 대비 더 적은 섬유화를 일으키는 것을 볼 수 있었다. 또한 20 Gy 이상 고선량 조사군에서는 FLASH 그룹이 더 긴 생존 기간을 보임을 확인하였다. 본 연구 결과는 이후 다양한 소동물 및 중동물의 심장 주변 종양 모델에 대해 FLASH 방사선 치료시 심장 반응에 대한 참고자료로 활용될 수 있으며 궁극적으로 향후 FLASH 방사선 조사의 인간 대상 임상 시험시 안정성에 대한 근거 자료 중 하나로 제시될 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 전완
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 초고선량률방사선;방사선치료;심장조직손상; 2. FLASH radiation;Radiotherapy;Cardiac tissue damage;

연구개요 언둘레이터(undulator)는 방사광가속기에서 방사광을 발생시키기위해 사용된다. 언둘레이터의 길이를 줄이기위한 여러 마이크로 언둘레이터들 중 플라즈마 언둘레이터에 대해 연구하였다. 최근 연구들은 레이저를 이용한 플라즈마 언둘레이터였으나, 본 과제에서는 전자빔을 이용하여 EUV용 플라즈마 언둘레이터를 위한 플라즈마 설계에 대해 연구하였다. 2개의 전자빔을 이용하여 앞서가는 전자빔(드라이버)은 플라즈마 언둘레이터를 생성하고, 따라오는 전자빔(삽입 전자빔)은 방사광을 만드는 것에 참여한다. 20 nm의 방사광을 만들기 위해 10¹⁸cm^-3 의 플라즈마 밀도에서 400 MeV의 드라이버와 삽입전자빔이 필요하리라 예상하였다. 본 연구에서는 전자빔과 플라즈마간 상호작용을 계산하였고 전자빔의 synchrotron 움직임으로부터 발생하는 방사광을 계산하는, 크게 2가지의 서로 다른 계산 알고리즘을 개발 및 적용하였다. 또한 실제 플라즈마를 생성하기 위한 기초연구를 진행하여 전자빔 플라즈마 상호작용 계산을 위해 particle-in-cell (PIC) 코드를 이용하되 수치오류가 없는 field 계산 알고리즘을 개발하였고, 전자빔의 움직임으로 발생되는 방사광은 Lienard-Wiechert Potential 식을 이용하여 계산하였다. 실제 플라즈마 채널을 발생하기위한 가스 capillary를 개발, 이를 이용하여 플라즈마 가속 실험을 진행하였다. 연구 목표대비 연구결과 PIC 시물레이션에서 얻은 전자빔의 궤적으로부터 synchrotron radiation 계산을 하였다. 실제로 얻은 파라미터는 200 MeV, 100 MeV의 전자빔 에너지와 10¹⁷cm^-3 의 플라즈마 밀도였고 이는 초기 예상했던 수치와는 많이 낮은 것들이었다. 또한 전자빔의 길이는 수 마이크로미터로 좁아야했으며 전자빔의 에너지 분산이 예상과 다르게 큰 편이었다. 이는 드라이버 전자빔의 에너지 손실에 큰 영향을 줘 수십 cm의 긴 언둘레이터 플라즈마로를 만들기는 어려웠다. 따라서 초기에 기대하였던 FEL 효과는 에너지 분산이 커짐에 따라 EUV를 목표로하기에는 어려운 조건이었다. 본 연구과제를 통해 PIC에서의 field 알고리즘 개발, PIC 결과를 그대로 이용하여 synchrotron radiation 모듈등을 PIC 코드에 삽입하였다. 개발된 코드는 github를 통해 공개하였다. (https://github.com/scienter/jopic.git) 플라즈마 언둘레이터를 구현하기위한 일체형 가스 capillary를 개발 실험에 응용하였고 전자빔 가속, 방전 플라즈마 실험 등을 통해 개발된 capillary가 유용함을 보였다. 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 플라즈마 언둘레이터 주제는 아직 연구단계이며 극복해야할 주제임이 분명하지만 수미터의 언둘레이터길이를 100분의 1수준으로 획기적으로 줄일 수 있기에 그 효과는 상당하리라 생각된다. 본 과제를 통해 개발한 플라즈마 소스와 시물레이터는 관련 연구의 기초를 닦았다는 점에 기여를 할 수 있다고 판단한다. 공동연구를 통해 박사과정 학생 3명, 박사후연구원 2명 등 관련 전문 연구원들 육성에도 기여하였다. 본 과제에서 개발한 플라즈마 소스는 IBS 초강력레이저 연구단에서 수행하고 있는 플라즈마 가속 소스에 기여할 수 있어 추가적으로 공동 실험을 추진중에 있다. 특히 플라즈마 소스를 이용한 플라즈마 렌즈 응용 실험은 포항가속기연구소의 eLabs 시설에서 기획되고 있으며 본 과제를 통해 마련한 실험 챔버를 이용할 예정이다. 마지막으로 EUV용 플라즈마 언둘레이터를 목표로한 본 과제에서 FEL특성을 보여주지는 못하였다. 이는 EUV가 아닌 THz 영역에서 오히려 가능한 주제가 아닐까 본 과제를 수행하면서 판단되었다. 플라즈마 언둘레이터에서 발생되는 전자빔 에너지 분산 증가 이슈는 짧은 파장의 FEL에는 부족한 것으로 결론지었다. 향후 THz에서의 플라즈마 언둘레이터 연구를 이어서 진행할 예정이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조명훈
• 주관연구기관 : 포항공과대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 플라즈마;언둘레이터;플라즈마 렌즈;전자가속; 2. plasma;undulator;plasma lens;electron accelerator;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 The purpose of this work is to develop biodegradable amphiphilic copolymer coacervate-based blood-brain barrier permeable nano-sized delivery carrier for growth factor proteins to counteract aggregation of α-synuclein and track its mechanistic pathways via neuronal imaging. ◼ 전체 내용 • Two types of amphiphilic block copolymers will be synthesized with optimized chain length and functionalities – one of them will have polycation but the other polyanion as polyelectrolyte blocks while the lipophilic block will remain same in both of them. • Synthesized UCNPs of optimized size and brightness will be used as luminescence nano probe to track pathway of protein delivery via long time continuous 3D imaging of live-cell. Near Infra-Red (NIR) radiation will be used as excitation source (e.g., 980 nm, 808 nm, etc.) since they can excite UCNPs, do not damage cells and have high penetration depths. • Growth factor proteins to counteract aggregation of α -synuclein will be loaded on the copolymer (cationic/anionic) functionalized UCNP surfaces and protected from denaturation by the use of counter-ionic copolymer. • Finally, the protein (unmodified) loaded nano carrier(micelle, overall size <300 nm) will be made of dye tagged biodegradable amphiphilic copolymer to permeate BBB through 'transcellular lipophilic pathway'. This will not have any UCNP. • Thus, the final objective of this work is to concurrently and effectively establish both the therapeutic and imaging abilities to counteract aggregation of α-synu clein and track its pathway in neuronal cell which will contribute towards the treatment of Parkinson's Disease (PD). □ 연구개발성과 During this project the followings have been achieved, • Design and synthesis of polymer functionalized nanocarriers of optimized size for efficient uptake into neuroblastoma cells. • Developed a nanocarrier whose surface was modified with a pH-responsive polymer for the protection of therapeutic proteins and efficient delivery to cancer cells. • A technique has been developed to design sub-10 nm size nanoparticles using a rapid, single-pot and cost-effective method and employed for ROS detection in neuronal, kidney, and lung cells. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 The findings obtained through these studies can be used to develop effective nanocarriers for drug delivery to different cells including the neuronal cells across the blood-brain barrier. (source : Summary 2p)

• 연구책임자 : De Ranjit
• 주관연구기관 : 포항공과대학교
• 발행년도 : 20230600
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□ 연구개요 ○ 본 연구의 목표는 이중수소결합 도너(dual-hydrogen bond donor)와 음이온의 결합에 의해 발생하는 탈양자화(deprotonation) 현상을 전기적인 신호로 변환하여 특정 음이온을 실시간으로 검출할 수 있는 IoT 센서 플랫폼을 개발하는 것임. ○ 본 연구에서는 다양한 구조의 이중수소결합 도너 기반의 음이온 리셉터 분자를 설계 및 합성하여 음이온과 결합력을 체계적으로 평가함으로써 우수한 결합력을 갖는 리셉터 설계의 기준안을 제시함. 음이온과 리셉터의 화학적인 상호작용을 효과적으로 전기신호로 변환하기 위하여 탄소나노튜브에 기능화 하는 방법에 대한 연구를 수행함. ○ 궁극적으로, 개발한 IoT 센서 플랫폼을 활용하여 극소량의 용액에 포함되어 있는 음이온을 실시간으로 감지할 수 있는 프로토타입 센서를 구현하는 것이 본 연구의 최종 목표임. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도 ■ Squaramide, thiourea 및 croconamide 기반의 이중수소결합 도너에 양이온 기능기 (pyridinium)와 전자 당김기(electron withdrawing group)를 결합시켜 탈양자화가 효과적으로 발생하는 음이온 리셉터를 합성함. 합성한 리셉터는 ¹H 핵자기 공명 분광법(nuclear magnetic resonance, ¹H NMR)을 통해 구조 분석이 이루어짐. 음이온과 결합 특성은 자외선 가시광선 분광기(UV-vis spectroscopy)를 활용하여 음이온과 리셉터의 정량적인 결합력을 평가함. ○ 2차년도 ■ 스프레이 코팅 공정을 통하여 폴리-4비닐피리딘(poly(4-vinylpyridine), P4VP)-탄소나노튜브 복합체를 형성함. 음이온 리셉터는 P4VP-탄소나노튜브 복합체에 공유결합을 통해 기능화가 이루어짐. 리셉터가 기능화된 P4VP-탄소나노튜브 복합체를 활용하여 센서를 제작하고 음이온이 포함된 용액이 주입되었을 때, 센서의 저항이 증가함을 통해 리셉터와 음이온의 화학적 상호작용이 전기 신호로 성공적으로 변환되는 것을 증명함. ■ 합성한 리셉터 중 Squaramide가 기능화된 P4VP-탄소나노튜브 복합체가 아세테이트 음이온에 대하여 가장 우수한 감도를 나타냄. 추가적으로, 탄소나노튜브 섬유를 활용하여 음이온 리셉터를 비공유결합 방식과 공유결합 방식을 통해 기능화하여 기능화 방식에 따른 음이온 감지 특성을 비교 평가함. ○ 3차년도 ■ IoT 기반의 센서 모듈을 개발하여 센서에서 발생하는 전기 신호를 무선 통신을 통해 스마트폰으로 전송하여 실시간으로 음이온 감지에 성공함. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 아세테이트 음이온은 박테리아 세포의 성장을 제어하는 지표성분으로 알려져 있으며, 인슐린과 같은 합성 단백질 생산에서 중요한 지표로 활용됨. 박테리아 세포의 성장 환경에서 아세테이트 음이온의 농도와 세포성장에 대한 상관관계를 체계적으로 평가하여 합성 인슐린 생산효율 최적화에 기여할 것으로 기대. ○ 추가적으로, 양이온 성분과 중성 용질을 감지할 수 있는 센서를 개발하여 본 연구에서 개발한 IoT 기반 센서 모듈을 융합하여 센서 플랫폼의 활용분야의 확장을 기대. ○ 또한, 다종 센서 어레이 시스템을 개발하여 용액 속에 포함되어 있는 이온 및 바이오 마커에 대한 감지 정확성을 높이고, IoT 기술과 패턴인식 기술을 접목하여 현장진단형 센서 플랫폼으로 활용할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최선진
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 음이온 센서;이중수소결합 도너;탈양자화;탄소나노튜브;사물인터넷; 2. anion sensor;Dual-hydrogen bond donor;deprotonation;carbon nanotube;IoT;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 김석호
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 고아 핵수용체;에스트로겐 관련 수용체 감마;조절자;루시페레이스;세포기반 시험; 2. Orphan Nuclear Receptor;Estrogen Related Receptor gamma;Modulator;luciferase;cell-based assay;

□ 연구개요 본 연구 과제는 차세대 친환경 엑스선 조사 살균기술을 다양한 식품군에 적용하기 위해서 식품 내적·외적 스트레스 요인에 의한 미생물 내재특성 변화가 살균효과에 미치는 영향 규명, kinetics modeling을 통한 제어 효과의 정량적 분석, 저준위 엑스선 조사기술과 결합 가능한 비가열 기술의 선별 및 처리 조건 최적화를 통한 신규 조합 처리 기술 개발을 최종 목표로 함. 이를 통해 현재 식품 산업에서 사용되고 있는 식중독 균 제어 기술의 단점을 보완하고 식품공정의 최종라인에서 활용 가능한 첨단 식중독 균 제어 기술을 제시하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 적·외적 스트레스 요인 규명 – 온도, pH 조건을 중심으로 ◆ 산성도의 변화(acidification)가 엑스선 조사기술의 살균효과에 미치는 영향을 버퍼 및 실제 식품을 기반으로 검증 완료 함. ◆ 미생물별 저온생장 조건이 엑스선 조사기술의 살균효과에 미치는 영향을 버퍼 및 실제 식품을 기반으로 검증 완료함. ◆ Kinetics modeling을 활용한 제어 효과의 정량적 분석을 완료함. 2차년도: 친환경 엑스선 조사기술의 식중독 균 제어 효과에 영향을 미치는 식품 내적·외적 스트레스 요인 규명 - 수분활성도, 각 요인 조합조건을 중심으로 ◆ 저온생장 조건이 엑스선 조사기술의 살균효과에 미치는 영향을 저온에서 생육하며 식중독을 일으키는 주요 병원균을 기반으로 검증 완료함. ◆ 수분활성도의 변화(Osmotic stress)가 엑스선 조사기술의 살균효과에 미치는 영향을 저수분 식품에서 식중독을 일으키는 주요 그람양성 병원균을 기반으로 검증 완료함. ◆ 수분활성도 변화에 의한 엑스선 저항성 변화가 일어나는 기작을 분자생물학적 분석을 통해 규명함. 3차년도: 친환경 엑스선 조사기술을 활용한 비가열 조합처리 기술 개발 ◆ 조합 가능한 비가열 기술 범위를 고찰하여 실제 조합기술을 발굴하였으며 최적의 synergistic effect 도출을 위한 공정 기준을 확립하였음. ◆ 적용 대상 샘플의 품질 변화 측정을 통한 최적 처리 조건을 확립함. ◆ 정량적, 정성적 분석 기술을 이용하여 조합기술의 식중독균 제어 및 synergy 유발 메커니즘을 구체적으로 규명함. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) - 본 연구를 통해서 식품 내·외부의 주요 환경적 스트레스인 온도, pH, 수분활성도 조건에 따른 엑스선 조사기술의 식중독 균 제어 효과를 상대적으로 평가함으로써 엑스선 조사 처리에 적합한 식품군 분별은 물론 산업 적용 시 효과를 극대화 할 수 있는 공정조건을 확보할 수 있음. - 저준위 엑스선 조사 및 비가열 조합처리 기술의 경우 낮은 용량(low dose)의 엑스선을 사용하면서 식중독 균을 효과적으로 제어할 수 있는 방안이므로 고용량(high dose)의 엑스선 사용에 의해 대두 될 수 있는 안전성 및 품질열하 문제의 해결책이 될 수 있음. - 엑스선 조사 및 비열 조합처리 기술은 현재 사용되어지고 있는 제한된 종류의 식중독 균 제어 기술들에 대한 새로운 대안이자 높은 투과력을 바탕으로 식품공정의 최종라인에서도 적용 가능한 차세대 제어 기술로 활용될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 하재원
• 주관연구기관 : 국립한경대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 엑스선 조사;전리방사선;비가열 살균;이종 스트레스;조합처리 기술; 2. X-ray irradiation;Ionizing radiation;Non-thermal sterilization;Heterologous stress;Hurdle technology;

□ 연구개요 비소세포폐암(Non Small Cell Lung Cancer, NSCLC) 세포와 마우스 폐암 동물모델을 이용하여 봉독(Bee venom)의 주요 성분인 멜리틴(melittin)의 항암 효과 및 방사선증감제(radiosensitizer)로서의 역할을 검증함으로써 비소세포폐암의 방사선치료 저항성 극복 기술을 개발함. 멜리틴이 방사선 감수성을 증가시켜 방사선치료의 효율을 증가시키는데 관련된 인자들을 발굴하여 분자생물학적 작용 기전을 규명함. 이를 통하여 방사선치료의 효과를 높이는 항암치료 원천 기술 확보를 위한 기반을 구축함. □ 연구 목표대비 연구결과 • 비소세포폐암 세포에서 멜리틴 처치 및 방사선조사(IR)에 의한 세포 영향 평가 - H460 세포주를 사용하여 세포생존율(cell viability)을 검토. 2.0μg/ml의 농도에서 48시간 배양 시 약 95%의 세포생존율을 보여 멜리틴 자체의 세포 독성은 미미하므로 약물로서 개발 가능함을 확인 - 멜리틴 처리 24, 48시간 후 IR 8 Gy를 조사하였을 때, 멜리틴 단독(각각 0.9 및 2.9%) 또는 IR 단독(각각 11.0 및 14.3%) 대비 현저한(각각 19.3 및 29.9%) 세포사멸(apoptosis)의 증가를 나타내어 방사선증감제로 작용할 가능성을 확인함 • 클론원성분석(Clonogenic assay)으로 작성한 세포생존곡선에서 멜리틴의 방사선증감제 작용 확인 - 멜리틴 병용 시 IR 단독보다 생존분율(surviving fraction)은 더 가파른 기울기로 떨어짐. IR 8 Gy 조사 시의 생존분율은 IR 단독, 멜리틴 1 및 2.0μg/ml 병용에서 각각 0.019, 0.012, 0.002를 보여, 방사선치료 효과 증강은 멜리틴의 농도에 의존적으로 더욱 강하게 나타남. • NSCLC H460 세포에서 멜리틴과 방사선치료 병용의 작용 기전 규명 - 방사선조사에 따른 생물학적 효과에 가장 중요한 DNA 손상인 이중쇄절단(DSB)의 발생과 정도를 표지하는 phosphorylated γH2AX의 발현이 IR 단독보다 멜리틴 병용처리시 유의하게 증가 및 유지됨 - DNA 손상 복구에 관여하는 p-ATM, p-DNA-PKcs 발현은 멜리틴 농도에 따라 더욱 감소함 • 마우스 비소세포폐암 동물모델에서 멜리틴의 항암 효과 검증 - H460 세포주를 BALB/C 누드 마우스에 접종하여 종양을 성장시키고 멜리틴을 복강 내 2mg/kg 투여 시, Control 군에 비해 종양의 크기가 감소함. 체중감소나 그 외 특이 부작용은 없었음. • 마우스 비소세포폐암 동물모델에서 멜리틴의 방사선증감제로서의 역할 검증 - 대조군, melttin 단독, IR 단독에서 종양크기가 500 mm³로 자라는 기간은 각각 25일, 29일 35일이었으나 멜리틴-IR 병용군은 안락사까지 200 mm³ 이하로서 탁월한 종양 축소효과를 보임. 안락사 후 적출된 종양의 크기는 각각 1.019±0.24g, 0.969±0.14g, 0.409±0.04g, 0.245±0.06g이었음. • 동물모델에서 멜리틴과 방사선치료 병용의 분자생물학적 작용 기전 규명 - 세포사멸 억제인자 Bcl-2 단백질의 발현이 IR 시 감소하며, 멜리틴과 병용 처리 시 더욱 감소함 - 세포사멸 증가인자 Bax와 cleaved caspase-3는 IR 시 증가, 멜리틴 병용 처리 시에 더욱 증가함 - 동물에서 형성된 종양을 절제한 후 면역화학염색 시행 시 같은 단백질 분포 양상이 확인됨 • 결론적으로, 멜리틴은 비소세포폐암에 대한 방사선감작제로서 작용하며, 그 기전은 DNA 이중쇄절단 회복(repair) 시스템의 억제와 bcl-2/bax/caspase-3 세포사멸 신호 경로의 증가를 통해 발생함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 이 연구의 결과를 국제학술대회에서 2회 발표하였고 SCI급 논문 1편을 이미 출판하였으며, 추가로 Impact factor 5 이상의 SCI급 전문학술지에 투고함 • 멜리틴의 방사선증감제로서의 효과가 DNA 손상 복구에 관여하는 인자들을 억제하고 세포사멸을 유도하는 것임을 밝혀, 특허출원 (“멜리틴의 비소세포폐암에 대한 방사선 증감제 용도”, 10-2023-0040936)을 완료함. PCT 국제 특허출원을 준비 중임(1년 이내). • 상기 성과를 바탕으로 아래와 같은 후속연구를 계획함. - 기관생명윤리위원회(IRB)를 통과 후 “환자유래 비소세포폐암” 조직에서 암세포를 분리하여, 실제 환자로부터 유래된 폐암에서 멜리틴이 방사선증감제로서 작용함을 확인하는 연구 진행 - 환자유래 폐암 세포를 대상으로 멜리틴 및 방사선치료 후 차세대염기서열분석(NGS)을 수행하여 신약개발 타겟 유전자를 발굴함. 이는 향후 폐암 방사선치료에 활용될 수 있는 의약품 개발에 활용될 것임. • 폐암은 국내와 전 세계적으로 암 사망 원인 1위로서 신약개발이 꾸준함. 출원된 특허를 활용하여 폐암 방사선치료의 효과를 획기적으로 개선하는 신약개발 연구를 약학대학과 협업하여 수행하고, 향후 제약회사 기술이전 또는 공동연구를 계획함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이규찬
• 주관연구기관 : 길의료재단
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 멜리틴;비소세포폐암;방사선치료;방사선증감제;세포사멸; 2. Melittin;NSCLC;Radiotherapy;Radiosensitizer;Apoptosis;

□ 연구개요 본 과제는 “방사성 세슘에서 방출되는 에너지를 활용한 방사성 세슘 제거 향상 기술 개발”로 방사성 세슘을 선택적으로, 그리고 높은 효율로 흡착할 수 있는 프루시안 블루 계열 (Prussian Blue Analogues, PBA)를 이용하여 방사성 액체 폐기물 중 방사성 세슘을 제거/회수하고, 이때 흡착된 방사성 세슘에서 방출되는 에너지가 이 프루시안 블루를 환원시킴과 동시에 방사성 세슘이 추가로 흡착되어 더 많이 제거되도록 하는 것이다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 과제에서는 외부에서 조사되는 빛이나 전기에너지 그리고 방사성 폐기물에서 방출하는 에너지를 통해서도 프루시안 블루의 환원 및 세슘 이온 추가 흡착이 일어날 수 있는지 살펴보았다. 구체적인 연구수행 내용을 요약하면 다음과 같다. (1) 방사성 세슘(¹³⁷Cs) 에서 방출하는 에너지를 활용한 방사성 세슘 흡착 성능 극대화할 수 있는지 살펴보았다. 이를 위해, 수중에서 방사성 세슘으로부터 방출하는 에너지를 활용한 고도산화 반응들을 살펴보았고, 외부 광원 없이 방사성 물질에서 방출되는 에너지가 과산화수소를 분해하여 강력한 산화력을 갖는 OH라디칼을 만들고, 이를 통해 오염물질이 분해될 수 있음을 알 수 있었다. (2) 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 활용하는 프루시안 블루 흡착제를 찾을 수 있었다. 다양한 프루시안 블루 중 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 흡수하여 이용할 수 있는 프루시안 블루를 찾아보고 이들의 물리 화학적 특성에 따른 방사성 세슘 제거 효율을 비교해 보았다. 또한, 프루시안 블루가 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 직접 이용하는 것과 광촉매가 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 흡수하고 이를 이용해 프루시안 블루에 추가적인 세슘 흡착이 일어나는 것을 비교해 보았다. (3) 방사성 세슘 흡착 및 탈착 시스템을 활용한 방사성 폐기물 저감 기술을 개발하였다. 방사성 물질을 흡착하는 흡착제 자체가 2차 폐기물이 되고 있어서 방사성 폐기물의 양을 줄이기 위해서는 흡착 효율이 높은 흡착제 개발뿐만 아니라 탈착을 통해 흡착제를 재사용하고 방사성 물질을 농축하여 최종 발생 폐기물의 양을 줄일 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 탄소나노섬유 전극을 이용하여, 전기화학적 흡착 및 탈착 반응을 통해 방사성 세슘을 선택적으로 흡착시키고, 다른 화학물질의 사용 없이 탈착 반응을 일으켜, 흡착제를 재생시킴과 동시에 발생 폐액의 농축이 가능하도록 하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 최근 들어 방사성 세슘의 제거에 관한 관심이 높아지고 있는 이유는 2011년 후쿠시마 원전 사고로 환경에 다량 유출되었고, 현재도 진행 중이기 때문이다. 또한, 원자력발전소 해체를 위한 제염과정에서 다량의 방사성 세슘 폐기물이 발생할 수 있다. 특히, 방사성 오염 폐수 내의 고 방사성 주요 핵종이 방사성 세슘과 스트론튬이며 이중 감마선을 방출하는 방사성 세슘은 그 농도가 높아 작업자의 안전을 가장 위협하는 인공 방사성 핵종이다. 방사성 세슘을 흡착하는 기존 흡착제의 경우 흡착 후 그대로 방사성 폐기물로 처리되기 때문에 2차 폐기물의 양을 획기적으로 줄일 수 있는 기술 개발이 필요하다. 본 과제를 통해 개발한 방사성 세슘에서 방출하는 에너지를 활용한 방사성 세슘 제거 향상 기술 및 방사성 세슘 흡탈착 기술 개발을 통해 방사성 폐기물의 양을 줄임으로써 경제적으로 가치 있다. 그뿐만 아니라 본 연구의 결과는 앞으로 방사성 오염 폐수 처리에 접근하는 새로운 방식을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김순현
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방사성 세슘;프루시안 블루;광촉매;흡착;탈착; 2. Radioactive Cesium;Prussian Blue;Photocatalysis;Adsorption;Desorption;

□ 연구개요 - 방사선 치료 장비의 정도 관리(QA)에 신틸레이터+이미지센서에 머신러닝기술을 결합하여 2차원 선량분포를 구현하고, 이를 바탕으로 정확한 빔선질 평가 방법을 개발하였음. - 개발된 빔선질계측 장치를 이용하여 양성자빔 특성 뿐만 아니라 광자빔에서 빔 선질을 평가할 수 있도록 구현하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 몬테칼로 (MC) 시뮬레이션으로 신틸레이터와 카메라 스펙의 최적화: MC에서 밀도 및 발광 세기를 고려하여 플라스틱 신틸레이터 선택하였으며, 연구 및 산업분야에 특화된 10비트 CCD센서의 카메라 사용 - 신틸레이터와 카메라 수납 가능한 하우징 팬텀 설계 및 제작: 기본적으로 빛 차단에 되도록 설계하고 내부 반사를 최소화 시키며, 카메라 수납하는 소형 착탈식 모듈 개념 도입하여 사용 및 구조 변경이 편리하게 설계 및 제작 - MC 시뮬레이션과 이에 대한 선량 이미지 분석 기법 연구 및 머신러닝 코드 개발: MC 시뮬레이션에서 X-ray에 의한 발광 분포 (가시광선의 역전파 논리 이용)를 구현하였으며, 이를 기반으로 계측 장비를 설계함. MC 이벤트 효율 개선을 위해 관련 파리미터 최적화. 시뮬레이션 데이터를 기반으로 양성자 빔의 선질 (beam range) 뿐만 아니라 Spread-out beagg peak (SOBP)도 측정하는 기법 개발. 또한 머신러닝 (딥러닝)의 예측 성능 평가를 위해 추가적인 정량적 분석 방법 (gamma-index passing rate로써의 loss 함수) 개발. 양성자 빔에 대한 신틸레이터의 광 분포가 주어졌을 때, beam range와 SOBP range를 각각 0.1 mm와 0.8 mm 이내의 예측 정확도를 보여줌. - 케이스 제작 및 차폐 검증: 무광 아크릴 사용하여 제작했으며, 시뮬레이션에서 카메라에 도달하는 선량 평가 - 선형가속기 및 양성자치료기에서 실험 진행 및 시뮬레이션 데이터와 비교 검증: 빔 스팟 크기와 퍼짐 정도 등을 조율하여, 신틸레이터 팬텀 중심 부위 (10-20 cm)에서 깊이 방향 선량 분포가 0.5% 이내로 잘 받는 것을 확인함. - 제작된 계측 장비 응용성을 위한 가능성 타진 및 추가 연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 연구에서 신틸레이터+이미지센서에 머신러닝기술을 결합하여 2차원 선량 분포를 구현해내는 방법을 처음으로 고안하고 개발해냈으며, 이와 같은 가능성을 알아보는 연구를 발판으로 실제 임상 현장에서 사용하기 위해 실용화를 위한 제품 개발을 계획함. - 2차원 선량 예측으로부터 빔선질 및 빔 프로파일을 동시에 측정하기 때문에 정도관리 절차의 간소화가 가능하며, 높은 화소의 이미지센서에 기반한 데이터를 이용한 딥러닝 방법으로부터 불필요한 광학적 현상을 제거하여 정확성 향상을 이루어냈음. - X-ray의 빔 대칭성 및 절대선량 측정 등에 확대 응용하여 한 번의 측정으로 월간 QA 진행이 가능하도록 데이터 추가 분석 계획. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 고영문
• 주관연구기관 : 서울아산병원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 빔선질;정도관리;딥러닝;신틸레이터; 2. Beam quality;Quality assurance;Deep learning;Scintillator;